文/上海紐約大學(xué) 編輯/月兒

漢語(yǔ)成為一種成熟的語(yǔ)言體系距今已有幾千年歷史，漢字書寫形式和句子結(jié)構(gòu)獨(dú)特，每天使用漢語(yǔ)的人數(shù)有十幾億。盡管如此，言語(yǔ)知覺領(lǐng)域利用漢語(yǔ)的特點(diǎn)探索人類一般性的認(rèn)知及神經(jīng)機(jī)制的研究卻寥寥無幾。上海紐約大學(xué)神經(jīng)與認(rèn)知科學(xué)助理教授、華東師范大學(xué)-紐約大學(xué)腦與認(rèn)知科學(xué)聯(lián)合研究中心（上海紐約大學(xué)）成員田興最近發(fā)表了一項(xiàng)研究，探索人類大腦如何對(duì)中國(guó)古詩(shī)作出反應(yīng)和處理，成功填補(bǔ)了關(guān)于語(yǔ)言結(jié)構(gòu)在言語(yǔ)知覺研究領(lǐng)域中的一項(xiàng)空白。

中國(guó)古典詩(shī)歌以嚴(yán)格遵循節(jié)奏、韻律和形式等結(jié)構(gòu)要求而著稱。受此啟發(fā)，田興教授與來自馬克斯·普朗克經(jīng)驗(yàn)美學(xué)研究所（Max Planck Institute for Empirical Aesthetics）、谷歌和華東師范大學(xué)的合作研究團(tuán)隊(duì)決定利用古詩(shī)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)探究文本結(jié)構(gòu)對(duì)人類言語(yǔ)感知的影響。研究結(jié)果刊登于知名科學(xué)期刊《當(dāng)代生物學(xué)》。

“之前已經(jīng)有人研究過人類如何通過語(yǔ)義、語(yǔ)法等各種線索來處理言語(yǔ)。而我們是最早關(guān)注內(nèi)容結(jié)構(gòu)如何影響言語(yǔ)感知的研究團(tuán)隊(duì)之一?！碧锝淌谡f道，“此外，利用詩(shī)歌開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)在神經(jīng)科學(xué)研究中也十分罕見?！碧锝淌谙嘈?，該研究成果將有助于在神經(jīng)科學(xué)、教育、藝術(shù)及文化等領(lǐng)域開創(chuàng)新的思維方式和研究方向。

研究團(tuán)隊(duì)選擇將絕句作為研究材料。絕句通常包含四行詩(shī)句，且分為五言和七言，通常第二句和第四句結(jié)尾押韻。絕句是中國(guó)古典詩(shī)歌的代表形式，也是學(xué)校語(yǔ)文教學(xué)中的重點(diǎn)，所以研究者可以輕松招募到許多熟悉絕句結(jié)構(gòu)的受試者。

▲ 絕句詩(shī)范例

在選擇作為實(shí)驗(yàn)材料的絕句時(shí)，研究者遇到了一項(xiàng)挑戰(zhàn)：他們不想使用受試者讀過的詩(shī)，因?yàn)閷?duì)詩(shī)的熟悉程度可能會(huì)影響大腦對(duì)內(nèi)容的處理。為避免“污染”研究中使用的古詩(shī)庫(kù)，田教授與合作者想到了一個(gè)別出心裁的解決方法——他們邀請(qǐng)了來自谷歌的馬敏加入研究。馬敏是一位絕佳的合作者人選，因?yàn)樗仁亲匀徽Z(yǔ)言處理領(lǐng)域的專家，同時(shí)又精通中國(guó)古詩(shī)。

馬敏開發(fā)了一個(gè)人工智能程序，該程序通過對(duì)成千上萬首古詩(shī)進(jìn)行分析，“學(xué)會(huì)”了自行創(chuàng)作全新的絕句，進(jìn)而生成了研究中使用的大部分絕句。此外，研究人員還添加了30首十分冷門的“真”絕句。所有的絕句均由人工合成語(yǔ)音朗讀，沒有停頓間隔、抑揚(yáng)頓挫和情緒起伏。換言之，受試者聽到的每一首五言絕句都是20個(gè)一連串的漢字，所以他們只能基于腦中對(duì)絕句結(jié)構(gòu)已有的認(rèn)知來處理聽到的信息。

▲ 一首人工智能生成的中國(guó)古典風(fēng)格絕句詩(shī)

13名母語(yǔ)為漢語(yǔ)的中國(guó)受試者參與了此次研究。他們都在中國(guó)接受過正規(guī)教育，所以每個(gè)人都對(duì)絕句的結(jié)構(gòu)有基本的了解。實(shí)驗(yàn)中，每位受試者會(huì)聽到180首絕句詩(shī)（其中150首由AI生成，30首是貨真價(jià)實(shí)的古詩(shī)），每首詩(shī)播放兩遍。在聆聽古詩(shī)時(shí)，研究人員會(huì)用腦磁圖掃描儀監(jiān)測(cè)受試者的大腦活動(dòng)，該儀器會(huì)通過大腦中自然產(chǎn)生的電流磁場(chǎng)來繪制受試者的腦部活動(dòng)圖像。

實(shí)驗(yàn)中，田教授及其團(tuán)隊(duì)會(huì)事先告知受試者他們將聽到大聲朗讀的絕句，然后播放錄音。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)了一種隨著每行詩(shī)的速度振蕩的大腦節(jié)律（如下圖中藍(lán)色波浪所示）。這表明，只要受試者知道自己正在聽絕句，他們的大腦便會(huì)自動(dòng)“解析”所聽內(nèi)容的結(jié)構(gòu)，將其切分為四行，每行五個(gè)字。

研究人員還發(fā)現(xiàn)了另外一種大腦節(jié)律（如下圖中綠色波浪所示），它隨著前三行內(nèi)容的速度而振蕩。團(tuán)隊(duì)猜想這種大腦節(jié)律可能與中國(guó)文學(xué)常用的“起”“承”“轉(zhuǎn)”“合”結(jié)構(gòu)有關(guān)。他們認(rèn)為，由于受試者傾向于認(rèn)為第四句是前三句內(nèi)容的總結(jié)，所以結(jié)果顯示大腦節(jié)律振蕩也在切分前三句和最后一句。之后，研究團(tuán)隊(duì)用計(jì)算模型模擬了該假設(shè)，結(jié)果表明假設(shè)很有可能是成立的。

▲ 讀絕句時(shí)的聲波和監(jiān)測(cè)到的受試者聽絕句時(shí)的大腦節(jié)律

研究人員發(fā)現(xiàn)了三種類型的大腦節(jié)律：紅色節(jié)律振蕩節(jié)奏與每個(gè)字出現(xiàn)的速度吻合；藍(lán)色節(jié)律振蕩節(jié)奏與詩(shī)中每句話出現(xiàn)的速度吻合；而綠色節(jié)律振蕩節(jié)奏與前三句出現(xiàn)的速度吻合，研究者認(rèn)為這是因?yàn)槿藗兪堋捌鸪修D(zhuǎn)合”的思維影響，將最后一句作為前三句的總結(jié)來理解。

研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，受試者第二次聽絕句時(shí)，由于對(duì)材料內(nèi)容已經(jīng)熟悉，其神經(jīng)振蕩比第一次聽時(shí)進(jìn)展更快。這一現(xiàn)象最早發(fā)現(xiàn)于神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的空間導(dǎo)航研究。研究人員通過老鼠跑迷宮的實(shí)驗(yàn)觀察到：當(dāng)再次跑相同的迷宮時(shí)，老鼠的神經(jīng)振蕩相位會(huì)提前。而這次研究則是領(lǐng)域內(nèi)首次發(fā)現(xiàn)在處理言語(yǔ)時(shí)序信號(hào)時(shí)，人類大腦也會(huì)出現(xiàn)類似的神經(jīng)振蕩加快的現(xiàn)象。

▲ 與第一次聽詩(shī)（藍(lán)線）時(shí)相比，受試者在第二次聽這首詩(shī)（紅線）時(shí)，大腦節(jié)律進(jìn)展更快

除了為神經(jīng)科學(xué)研究開拓了新方向，該研究在教育和藝術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用也不可小覷。目前的語(yǔ)言教育主要通過字詞積累、聽說練習(xí)、閱讀語(yǔ)法訓(xùn)練等方式進(jìn)行，但這項(xiàng)研究結(jié)果表明，對(duì)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)或許會(huì)有助于語(yǔ)言習(xí)得。

田興教授表示，研究藝術(shù)鑒賞中的神經(jīng)機(jī)制的科學(xué)家們也可以從這項(xiàng)研究中獲得一些新的靈感?！吧窠?jīng)科學(xué)鼻祖之一埃里克·R.坎德爾（Eric R.Kandel）曾推斷藝術(shù)是可預(yù)見的結(jié)構(gòu)碰上了不可預(yù)見的內(nèi)容，我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果剛好證明了他的這一假設(shè)?！碧锝淌谡f，“因?yàn)槲覀儼l(fā)現(xiàn)，人會(huì)依靠固定的結(jié)構(gòu)去理解千變?nèi)f化的古詩(shī)內(nèi)容。以后的藝術(shù)創(chuàng)作或許可以參考這一思路。”

“我們也可以基于研究結(jié)果提出更大膽的假設(shè)：文化差異是否有其神經(jīng)學(xué)基礎(chǔ)？中國(guó)人創(chuàng)作和鑒賞絕句已有千年歷史，長(zhǎng)期接受這樣的文化熏陶，我們的大腦是否更適應(yīng)處理有固定格式、工整結(jié)構(gòu)的信息？這都是值得深究的文化問題?！碧锝淌谡f道。

▲ 腦磁圖掃描儀

▲ 用中國(guó)水墨畫風(fēng)格繪制的大腦皮層，絕句古詩(shī)《江雪》的插圖及書法作品

田教授計(jì)劃在未來的研究中納入更多的藝術(shù)形式，繼續(xù)探究言語(yǔ)感知領(lǐng)域。他說：“我們可以采用相同的范式，用跨學(xué)科的方法將其運(yùn)用到行為學(xué)、腦科學(xué)、教育、藝術(shù)和文化領(lǐng)域。通過串聯(lián)不同的研究領(lǐng)域，吸收多樣化的觀點(diǎn)，我們可以為言語(yǔ)知覺和認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究打開更多扇大門?！?/p>