报告人：田兴

整理人：王原野

审核人：罗欢

2018年6月12日，来自上海纽约大学（NYU Shanghai）的田兴教授应北京大学IDG麦戈文脑科学研究所PI、北京大学心理与认知科学学院罗欢研究员的邀请，在北京大学王克桢楼1113教室做了一场题为“Motor-to-sensory transformation mediates human cognition”的报告。田兴教授阐述了他对于运动与听觉系统在调制语言加工过程的交互作用的研究。田兴教授首先介绍了内部的前递模型(Internal Forward Model)，接下来阐述了这个模型在运动到感觉系统的转换中的应用以及其相关的行为研究和神经机制。

内部前递模型(Internal Forward Model)

当我们在做一个动作时，我们的大脑会模拟这个动作传出信号以此来预期这个动作会带来的后果，这就是内部前递模型。在我们说话、交流的过程中，运动系统输出我们说话的动作，根据内部前递模型，我们的大脑会模拟这一动作并且在听觉系统产生对这一动作的反应预期。而听皮层在真正接收到运动带来的听觉响应时产生的信号将与这一预期进行对比，由此我们在说话时，大脑在对这一过程进行实时监控，以此确保我们可以流利准确地说话发声。为了探究这种内部前递模型是否真正在运动皮层和听皮层当中存在，以及这一过程具体发生在哪些阶段和哪些脑区相关，田兴教授做了以下一系列研究。

研究阐述

为了区分开运动皮层真实传递出的信号在听皮层引起的响应和大脑模拟出的信号在听皮层引起的响应，田兴教授采用了想象发声的研究方法，以想象引起的响应作为根据内部前递模型产生的运动到感觉系统的转换效应。

图1 实验方法图示

在第一个脑磁图实验中，田兴教授主要探究这种运动到感觉的转换是否存在于语音层次内（phonological）。实验一共有4种条件，分别为真实发声（A），想象发声(AI)，真实听到(H)，想象听到(HI)，被试在四种条件下分别相应地读、想象读、听、想象听到ba或ki的声音，接下来他们会再听到ba或ki的声音，如果被试前后听到或者发声的声音一致，那么会产生适应效应，反之则不会。结果如图2所示，想象和真实发声引起的响应类似，想象和真实听到引起的响应也类似，但想象发声和想象听到所引起的响应则相反，说明这种运动到感觉的转换存在于语音层次中(Tian&Poeppel, 2013)。

图2 脑磁图波形结果

在他们后续的文章里，他们进一步将想象听到和想象发声引起的响应做了对比，发现运动在感觉的转换主要涉及的脑区（即想象发声比想象听到响应显著大的脑区）为SMG和pSTS,由此他们提出了双通路预期模型(Tian&Poeppel, 2016)，如图3所示。

图3 双通路预期模型（dual stream prediction model）

田兴教授除了在语音层面上，在音调（pitch）层面上也进行了相应的探究，即被试在听到声音后，想象（不想象）发出这个声音，在经过不同的时间延迟后，被试再次听到这个声音，但声音的音调发生了变化。研究结果显示大脑M100幅值的变化在时间延迟为100ms内时，会随着音调变化的不同而产生差异。由此可以推知运动感觉转化过程同样发生在音调层面(Tian&Poeppel, 2015)。之后田兴教授又探究了这一过程是否发生在对声音响度(loudness)感知的层面上,实验流程如图4所示， 被试想象发出不同响度的声音后会听到与自己发出响度不同的声音，结果与之前的研究类似，不论是行为打分还是大脑信号M100都会受到想象中发声响度的影响(Tian et al, 2018)。

图4 实验流程

总结

这一系列的研究显示，运动到感觉系统的转化普遍发生于语言(speech)认知的不同层级过程中，这一模型以及其涉及的大脑区域是我们语言认知过程的重要基础。

参考文献

Tian, X., & Poeppel, D. (2014). Dynamics of self-monitoring and error detection in speech production: evidence from mental imagery and MEG. Journal of cognitive neuroscience, 27(2), 352-364.

Tian, X., Ding, N., Teng, X., Bai, F., & Poeppel, D. (2018). Imagined speech influences perceived loudness of sound. Nature Human Behaviour, 2(3), 225.

Tian, X., Zarate, J. M., & Poeppel, D. (2016). Mental imagery of speech implicates two mechanisms of perceptual reactivation. Cortex, 77, 1-12.

Tian, X., & Poeppel, D. (2013). The effect of imagination on stimulation: the functional specificity of efference copies in speech processing. Journal of cognitive neuroscience, 25(7), 1020-1036.