聞 心/編譯

嬰兒對(duì)音符的感知

聞 心/編譯

圖1 測(cè)試的曲調(diào) 在關(guān)于旋律辨別的實(shí)驗(yàn)中，成年及嬰兒參與者反復(fù)地聽兒歌《小星星》的前幾個(gè)音符。他們學(xué)會(huì)了在聽到含有錯(cuò)誤音符（圖中框內(nèi)）的變化曲調(diào)時(shí)做出反應(yīng)。研究者用了很多不同的音色來演奏，使得音色不會(huì)是旋律辨別任務(wù)的可靠線索

對(duì)音高差異的感知需要大腦處理復(fù)雜的聲音。但值得注意的是，3個(gè)月大的、大腦發(fā)育尚不成熟的嬰兒能夠分辨出兒童歌曲《小星星》演奏中出現(xiàn)的一個(gè)錯(cuò)誤音符。

音高是用來組成優(yōu)美旋律的音樂成分?？茖W(xué)家們很早以前就了解到音高的重要性，不僅僅是對(duì)于音樂的感知，同時(shí)也是在嘈雜的環(huán)境中對(duì)于話語的傾聽及理解。但關(guān)于大腦是如何對(duì)音高進(jìn)行編碼的，我們?nèi)栽跔?zhēng)論不休。神經(jīng)影像研究顯示，當(dāng)成人聽到音高時(shí)，聽覺皮層被激活，因此該大腦區(qū)域似乎是參與了音高的處理。嬰兒大腦的聽覺皮層尚未完全發(fā)育，但華盛頓大學(xué)一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)的研究表明，嬰兒是能夠感知音高的。

無基音的音調(diào)

當(dāng)用一種樂器演奏音符時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種由多種泛音組成的復(fù)雜聲波。最低的泛音或基本頻率是攜帶音高的，而泛音的構(gòu)成決定了音符的音色。音色是一種特性，使得小號(hào)與小提琴聽起來是不一樣的。

在最近的實(shí)驗(yàn)中，研究者分別測(cè)試了3個(gè)月大的嬰兒、7個(gè)月大的嬰兒和成年參與者，看他們是否能辨別出兒歌《小星星》演奏中出現(xiàn)的錯(cuò)誤音符（見圖1）。這類工作中最大的挑戰(zhàn)之一就是要弄清楚一個(gè)參與者是否對(duì)音高或其他聲譜信號(hào)（比如聲譜能量集中的頻率）做出了反應(yīng)。為了確定參與者是否的確對(duì)音高做出了反應(yīng)，研究人員利用了一個(gè)經(jīng)典現(xiàn)象：對(duì)于缺失基音的感知。對(duì)于演奏的每一個(gè)音符，研究人員過濾出與其音高相對(duì)應(yīng)的頻率分量——即基頻。

你可能會(huì)認(rèn)為，聽者無法感知一個(gè)缺失了基頻的曲調(diào)中的音高。但事實(shí)并非如此，你可以登錄“聽覺神經(jīng)科學(xué)網(wǎng)頁”（www.auditoryneuroscience.com）自己確認(rèn)一下。事實(shí)上，你每天都能毫不費(fèi)力地聽到那些缺少基音的音高。例如，當(dāng)你在電話里聽某人說話時(shí)，即使在基頻沒有被傳送的情況下，你也可以聽到對(duì)方聲音的音高。在旋律辨別實(shí)驗(yàn)及早期的工作中，研究者使用了缺失基音的刺激來測(cè)試嬰兒大腦是否能夠?qū)碜愿叻阂舻男畔⒄掀饋韽亩a(chǎn)生對(duì)音高的感知。如果嬰兒是根據(jù)曲調(diào)的聲譜構(gòu)成做出反應(yīng)的，他們就不會(huì)在實(shí)驗(yàn)任務(wù)中取得成功。

盡管研究者使用的是缺失基音的曲調(diào)，但仍然可以想象的是參與者對(duì)音色做出了反應(yīng)。因此，研究者隨機(jī)地為每個(gè)音符改變了音色。這使得旋律聽起來好像是每一個(gè)音符都由一種不同的樂器演奏，但并沒有改變其中任何一個(gè)音符的音高。因此，旋律的音高輪廓保持不變。因?yàn)槟切┎粩喟l(fā)生的音色變化，如果參與者是對(duì)音色而不是對(duì)音高做出反應(yīng)，那么他們會(huì)感到困惑——該現(xiàn)象實(shí)際上發(fā)生在一些成年參與者身上。

嬰兒對(duì)于相對(duì)音高的感知

圖2 小隔間里的嬰兒 在一個(gè)減噪的小隔間里，參與實(shí)驗(yàn)的嬰兒坐在一名看護(hù)者的腿上。a.一位助理人員用玩具使嬰兒保持專注并面朝恰當(dāng)?shù)姆较?。嬰兒通過入耳式耳機(jī)聽旋律，但沒有人聽到嬰兒在聽什么——看護(hù)者聽音樂，助理人員則接收隔間外的一名實(shí)驗(yàn)者的指示。實(shí)驗(yàn)人員通過觀察嬰兒的行為來判斷是否向其播放了變化的旋律。嬰兒常見的反應(yīng)包括轉(zhuǎn)動(dòng)頭部，或是把目光投向之前在調(diào)節(jié)階段使用過的一個(gè)機(jī)械玩具。b.成年參與者獨(dú)自坐在隔間里。嬰兒沒有被給予口頭指令，成人獲得的也只有模糊的指令“聽到使玩具激活的變化旋律的時(shí)候，就舉起手?！背酥猓瑡雰汉统扇私邮艿臏y(cè)試一樣

當(dāng)然，嬰兒無法告訴我們他們聽到了什么，因而在實(shí)驗(yàn)中，研究者通過觀察參與者對(duì)聽到的聲音的反應(yīng)來評(píng)估其聽覺感知。如圖2a所示，測(cè)試期間，嬰兒坐在護(hù)理者的腿上，一位助理人員用玩具使嬰兒保持專注并面朝恰當(dāng)?shù)姆较?。在長(zhǎng)達(dá)一小時(shí)的實(shí)驗(yàn)之初，我們反復(fù)播放了兒歌《小星星》的前7個(gè)音符。為確保沒有韻律方面的線索可循，我們將每個(gè)音符都持續(xù)同樣的時(shí)間——650毫秒，每?jī)蓚€(gè)相鄰的音符之間停頓500毫秒。

實(shí)驗(yàn)中參與者的任務(wù)是聽一段包含了一個(gè)錯(cuò)誤音符的“變化旋律”。在最初的調(diào)節(jié)階段，變化的旋律總是伴隨著一個(gè)機(jī)械玩具的激活（圖2b）。一旦實(shí)驗(yàn)人員可以通過觀察參與者的行為來確定是否播放了變化的旋律，那么這個(gè)最初的調(diào)節(jié)階段就完成了。隨后，參與者進(jìn)入了一個(gè)測(cè)試階段，期間只有當(dāng)實(shí)驗(yàn)者無誤地確定了變化的旋律在播放時(shí)，機(jī)械玩具才會(huì)被激活。在這一階段，玩具的作用就是強(qiáng)化刺激，以保持參與者的反應(yīng)。

旋律是由音高構(gòu)成的，有可能聽一段旋律時(shí)只關(guān)注絕對(duì)音高的線索——即每一個(gè)音符的基音，獨(dú)立于其他音符而存在。但真正組成一段旋律的是音符之間的音高關(guān)系。畢竟，當(dāng)你聽到一段旋律轉(zhuǎn)換成另一種調(diào)號(hào)時(shí)，你仍然能把它識(shí)別出來，即使音符的絕對(duì)音高已經(jīng)改變了。旋律的辨別需要你去關(guān)注那些表達(dá)音高輪廓的相對(duì)音高線索。

過去的研究表明，嬰兒可以根據(jù)他們被給予的任務(wù)對(duì)于絕對(duì)或相對(duì)音高做出反應(yīng)，所以研究人員用兩種方式測(cè)試參與者。在第一種方式的測(cè)試中，一直用同一種調(diào)號(hào)演奏《小星星》——即音高是保持不變的。在這種情況下，參與者可以獲得絕對(duì)音高和相對(duì)音高的線索。在第2種方式的測(cè)試中，研究人員將旋律變換成另外兩種調(diào)號(hào)。所播放的每一種旋律都是從這3種調(diào)號(hào)中隨機(jī)選取的，這樣一來，絕對(duì)音高線索就不再有用了。在上述兩種方式的測(cè)試中，嬰兒都能夠辨別出旋律。特別是，嬰兒在第2種方式的測(cè)試中取得成功可以表明，他們能夠利用相對(duì)音高線索來提取出旋律輪廓。

音色混亂：成人的問題

與成年人相比，嬰兒更容易學(xué)會(huì)把一個(gè)錯(cuò)誤的音符與一個(gè)被激活的玩具聯(lián)系起來。大多數(shù)嬰兒在第一次嘗試時(shí)就通過了實(shí)驗(yàn)的調(diào)節(jié)階段。許多成年參與者在調(diào)節(jié)階段則需要更多的反復(fù)才能學(xué)會(huì)這個(gè)任務(wù)，甚至有些成人根本就學(xué)不會(huì)。在音色持續(xù)變化的情況下，一些成年人似乎很難將一個(gè)錯(cuò)誤的音符分離出來并把它與一種強(qiáng)化刺激物聯(lián)系起來。之前的研究，包括研究者實(shí)驗(yàn)室的工作，也發(fā)現(xiàn)了成年人在音色變化時(shí)很難對(duì)音高做出反應(yīng)。尚不清楚這種音色混亂為什么對(duì)嬰兒卻沒有影響。

研究表明，3個(gè)月大的嬰兒可以把來自高泛音的信息整合起來形成對(duì)音高的感知，并以此分辨出帶有一個(gè)錯(cuò)誤音符的變化旋律。3個(gè)月大的嬰兒對(duì)音高的感知能力表明，在沒有聽覺皮層參與的情況下，皮質(zhì)下的加工處理可能足以在處于發(fā)育的聽覺系統(tǒng)中對(duì)音高進(jìn)行編碼。現(xiàn)在我們知道，聽力正常的嬰兒在3個(gè)月大的時(shí)候就可以感知音高，我們可以更可靠地為那些音高感知能力受損的嬰兒進(jìn)行診斷。

[資料來源：Physics Today][責(zé)任編輯：彥 隱]