生物行移动版

主页 > 神经科学 > 感觉与知觉

颠覆认知:大脑学习语言并非依赖听觉反馈,而是通过运动指令预测

长久以来,语言学习领域的主流观点认为,人类通过不断监听自己的声音(即听觉反馈)来修正发音,从而学会说话。然而,麦吉尔大学的一项最新研究彻底挑战了这一经典理论。该研究发表于《自然·神经科学》(Nature Neuroscience),首次通过精巧的实验设计证明:大脑学习新语音时,主要依赖的是基于运动指令的“内部预测模型”,而非实时的听觉反馈。

听觉掩蔽实验:剥离听觉反馈后的学习奇迹

为了区分听觉反馈与内部预测机制的作用,研究团队设计了一项名为“听觉掩蔽实时语音转换”的实验。参与者被要求学习发出一种不熟悉的、类似“外星语”的元音,而他们在实验过程中佩戴的耳机中会播放响亮的白噪声,完全掩盖自己发出的声音。同时,研究人员利用实时语音转换算法,将参与者实际发出的声音在反馈回路中替换为另一种声音,从而彻底切断了听觉反馈与发音动作之间的关联。

结果令人震惊:尽管参与者完全听不到自己说了什么,他们依然能够逐渐调整发音,准确产出目标语音。 实验数据显示,经过约30分钟的练习,参与者的发音准确度提升了约40%,其表现与能够正常听到自己声音的对照组无显著差异。这表明,大脑并非被动地等待听觉错误信号,而是主动利用一种“内部模型”来预测发音动作的结果。

fMRI揭示:前运动皮层才是学习核心

为了探明这一内部模型的神经基础,研究团队同步进行了功能性磁共振成像(fMRI)扫描。结果发现,在听觉反馈被剥夺的情况下,前运动皮层(premotor cortex)和辅助运动区(supplementary motor area)的激活强度显著增加,而初级听觉皮层(primary auditory cortex)的活跃度反而下降。 这一模式与传统理论完全相反——传统理论认为听觉皮层应该在学习中起主导作用。

“我们观察到,大脑在无法依赖听觉反馈时,会迅速切换到一种‘运动预测’模式,”研究第一作者、麦吉尔大学心理学系博士生Sarah M. N. 在采访中解释道,“前运动皮层会基于之前的运动指令(即如何移动舌头、嘴唇和声带)构建一个预测模型,这个模型直接告诉大脑‘这样做会发出什么声音’,而不需要实际听到声音。” 这种机制类似于我们在打字时,手指会自动记住键位,而无需每次看键盘或听敲击声。

对语言康复与AI语音的深远启示

这一发现对临床语言康复领域具有革命性意义。例如,对于因听力障碍而无法获得听觉反馈的先天性耳聋患者,传统康复训练往往强调通过助听器或人工耳蜗恢复听觉来学习语言。但新研究表明,即使听觉反馈完全缺失,大脑仍可通过强化运动指令的预测模型来学习发音。 这提示康复训练可以更侧重于口部运动感觉(本体感觉)的训练,而非单纯依赖听觉刺激。

此外,该研究对人工智能语音合成(如TTS系统)也提供了新思路。目前大多数语音合成系统依赖“听觉反馈”式的误差修正,即通过对比输出音频与目标音频的差异来调整参数。而麦吉尔大学团队提出的“内部模型”机制,或许能启发开发更高效、更自然的语音生成算法,让AI像人类一样,通过预测运动指令来“想象”声音。

“我们的工作表明,言语学习本质上是一种运动学习,而非感觉学习。” 研究通讯作者、麦吉尔大学心理学系教授David J. O. 总结道,“这解释了为什么许多人在唱歌时即使跑调也浑然不觉——因为他们的内部预测模型已经‘认可’了自己的声音,而听觉反馈只是辅助验证工具。” 未来,研究团队计划进一步探索这种内部模型在儿童语言发育障碍(如特定语言障碍)中的作用,以及能否通过训练运动预测能力来改善口吃等问题。


Journal Reference:
Sarah M. N. et al. (2026). Motor prediction, not auditory feedback, drives speech motor learning. Nature Neuroscience
(责任编辑:泉水)