L026 Nature 重磅 | “听”外语时，你的大脑在发生什么？科学家首次发现大脑颞上回STG具有“双重功能”！

来源：公众号 PSY-Brain_Frontier ｜ 发布：2025-11-21 ｜ 原文链接

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基本信息

Title:Shared and language-specific phonological processing in the human temporal lobe

发表时间：2025.11.19 （本周三凌晨更新）

Journal：Nature

影响因子：48.5

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研究背景

人类的听觉系统如何处理我们每天接触到的连续语音流？这是一个贯穿认知神经科学的核心问题。

当听我们自己的母语时，大脑能够毫不费力地将连续的语音流解析成一个个清晰、可辨的词汇；然而，在面对一门完全陌生的外语时，语音听起来却像是一串快速、难以分割的声响 。

这种感知上的巨大差异，提出了一个关于大脑如何处理语音的关键问题：语音处理中哪些元素是通用的，不依赖日常语言经验，哪些又是经验塑造的，具备语言特异性？   

以往研究已确定，人脑的颞上回（Superior Temporal Gyrus, STG）这一非初级听觉区域，是语音知觉的关键枢纽，负责将复杂的声学输入转化为语音特征的表征 。主流的语音处理模型曾假设，STG主要负责执行与语言理解无关的、通用的声学分析，而将高阶的词汇和句法信息处理分配给其他皮层区域 。

颞上回STG在人脑中的位置示意

然而，考虑到世界上的约7000种口语均拥有独特的音系结构和词汇统计特征（如音素组合规则、词频），一个悬而未决的争议焦点在于：长期的语言经验是否以及如何影响STG中基础语音特征的神经编码，使其在结构上反映出特定语言的知识？

这项发表于《自然》杂志的研究，通过利用高密度皮层脑电图（Electrocorticography, ECoG）技术，以高时空分辨率直接记录了来自多种语言背景（包括西班牙语、英语、普通话等）的成人受试者在听母语和不熟悉的外国语时的皮层活动，旨在精确地在神经群体层面分离和解析语音处理的共享与特异机制 。

研究核心总结

这项研究成功地在STG中分离出了共享的声学-语音处理机制和经验依赖的高阶语言结构编码机制，支持了STG作为“听觉-语言接口”的新神经生物学模型。

Fig. 1 | Shared acoustic–phonetic processing in STG across native and foreign speech.

1. 共享的声学-语音特征编码：跨越语言的通用处理

研究证实了STG在处理基础声学输入时，表现出高度的语言无关性（Language-Agnosticism），这主要归因于对声学-语音基础特征的保守编码：

1. 神经活动的高度重叠与相似幅度： 无论受试者（包括单语者）听到的是母语还是不熟悉的外语，双侧STG中的神经活动（高频活动, HFA）总幅度都相似，且激活的皮层区域高度重叠。同一参与者的大部分STG神经群体对两种语言均有显著反应。
2. 保守的声学-语音特征调谐： 通过拟合时间响应函数（Temporal Receptive Field, TRF）模型发现，STG对基础声学-语音特征（Acoustic-Phonetic Features，例如元音共振峰、语谱包络变化率、辅音发音方式等）的编码权重在母语和外语之间表现出极高的相关性。

这一发现表明，STG的神经群体在底层执行着一套语言经验无关的、共享的声学-语音处理，反映了人类发音器官的固有约束和语音声学的通用基础结构。STG是处理语音信号中普遍存在的声学内容的通用处理器。

Fig. 2 | Enhanced encoding of word-level and phoneme-surprisal features in native speech.

2. 经验依赖的高阶语言结构编码：母语独有的增强机制

与低阶特征的共享编码形成鲜明对比，STG对于高阶语言组合结构信息的编码则强烈依赖于语言经验，并在母语中表现出显著增强：

1. 词汇结构编码的特异性增强： 只有在听母语时，STG中才观察到对词汇水平特征（Word-Level Features，如词边界、词频、词长）和音素惊奇度（Phoneme Surprisal，衡量音素序列可预测性的指标）的神经编码显著增强。通过计算唯一方差 (ΔR²)，这些词汇特征对神经活动的解释力在母语中显著高于外语（词边界、词长、词频均 p < 0.001）。这表明STG能够更有效地利用习得的音系和词汇统计知识来处理语音流。
2. 神经词汇切分的实现： 这种增强的编码能力直接转化为功能优势：基于STG神经活动训练的解码器在识别词边界上的准确度，在母语中显著高于外语（母语平均 AUC ≈ 0.77，外语 AUC ≈ 0.66）。
3. 超越声学线索的推理能力： 尤其值得注意的是，当词边界的声学线索变得模糊（即声学歧义指数，AAI 较高）时，母语与外语之间神经解码准确度的差异显著增加（西班牙语和英语的单因素方差分析均 p < 0.001）。这强烈暗示STG在母语处理中，超越了对声学输入的被动响应，而是通过动态整合习得的语言结构知识，执行高阶预测和推理解析，从而克服连续语音流中固有的声学不确定性，实现高效的词汇切分。

Fig. 3 | Enhanced discrimination between word and syllable boundaries in native speech.

3. 双语与熟练程度的影响：神经可塑性的梯度体现

STG对词汇结构信息的编码能力并非只针对单一语言，而是可以被多语言经验塑造，并展现出与熟练程度相关的梯度可塑性：

1. 多语言共享编码： 在高度熟练的西班牙语-英语双语者队列中，STG的神经群体对两种熟悉语言都能高效编码词汇水平和音素序列信息。这两种语言的词汇结构编码强度没有显著差异，且其唯一方差在两种语言间表现出显著相关性。这一发现支持了双语者大脑中核心语言网络高度重叠且高效共享的理论模型。
2. 熟练程度的梯度调节： 针对来自不同语言背景的参与者分析显示，STG对英语词边界的神经解码准确度与受试者自评的语言熟练程度呈显著正相关。这表明STG对词汇结构进行神经编码的能力是一种渐进的、经验驱动的机制，其调谐的深度直接反映了听者对该语言统计和音系结构的掌握程度。

Fig. 4 | Enhanced neural word-boundary decoding in native speech.

结论

这些发现挑战了STG仅作为纯粹低级声学处理器的传统观点。研究揭示了一个动态整合模型：STG在保留跨语言共享声学处理功能的同时，其神经群体能够根据语言经验，对语言特异性的序列和词汇水平信息进行增强编码，充当听觉输入和语言知识之间的高级接口，从而支撑母语中高效、鲁棒的语音理解和词汇切分。这一机制是语言习得的关键神经生物学基础，也解释了为何学习新语言后期难以达到母语者水平的挑战性所在。

Fig. 5 | Bilingual listeners show neural encoding of word-level features and phoneme surprisal for both familiar languages.

学外语的过程中，你还遇到过什么挑战？这些挑战如何用认知神经科学视角进行解释与克服呢？欢迎在评论区留下你的观点～

摘要 / Abstract

All spoken languages are produced by the human vocal tract, which defines the limited set of possible speech sounds. Despite this constraint, however, there exists incredible diversity in the world’s 7,000 spoken languages, each of which is learned through extensive experience hearing speech in language-specific contexts. It remains unknown which elements of speech processing in the brain depend on daily language experience and which do not. In this study, we recorded high-density cortical activity from adult participants with diverse language backgrounds as they listened to speech in their native language and an unfamiliar foreign language. We found that, regardless of language experience, both native and foreign languages elicited similar cortical responses in the superior temporal gyrus (STG), associated with shared acoustic–phonetic processing of foundational speech sound features, such as vowels and consonants. However, only during native language listening did we observe enhanced neural encoding in the STG for word boundaries, word frequency and language-specific sound sequence statistics. In a separate cohort of bilingual participants, this encoding of word- and sequence-level information appeared for both familiar languages in the same individual and in the same STG neural populations. These results indicate that experience-dependent language processing involves dynamic integration of both shared acoustic–phonetic and language-specific sequence- and word-level information in the STG.

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