發(fā)展性語言障礙兒童的靜息態(tài)腦電與語音感知探究
發(fā)展性語言障礙兒童的靜息態(tài)腦電與語音感知探究
引言
內源性振蕩反映了參與認知過程的大腦網(wǎng)絡的自發(fā)活動。成人中不同頻帶的內源性活動與語言及語音感知處理相關，但典型和非典型發(fā)育兒童中此活動的發(fā)展情況尚不清晰。因此，一篇發(fā)表在Brain Sciences期刊上名為《Resting-State Electroencephalogram and Speech Perception in Young Children with Developmental Language Disorder》的文章探究了患有發(fā)展性語言障礙（DLD）的學齡前兒童、正常語言發(fā)展兒童（典型語言發(fā)展，TLD），以及成人在靜息態(tài)腦電圖中的差異。研究觀察到成人的振蕩功率顯著低于兒童，但在兒童組間功率或大腦半球側化方面沒有差異，表明振蕩活動反映了年齡差異，而非語言發(fā)展，此文章為兒童內源性振蕩的研究提供了理論支撐。
本研究有27名西班牙語兒童和18名成人參與。兒童從位于圣地亞哥的同一所學前機構招募，分成16名發(fā)展性語言障礙兒童，和11名典型語言發(fā)展兒童。還包括了先前的18名西班牙語母語者成人數(shù)據(jù)。
語言感知測試有噪聲言語測試和濾波言語測試。噪聲言語測試要求參與者在多重說話者的嘈雜環(huán)境中識別嵌入的單詞（信噪比為0，40dB SL），濾波言語測試包括識別1500赫茲低通濾波的單音節(jié)詞（50dB SL）。
經(jīng)過語言治療師篩選和家長問卷調查后，符合標準的兒童進行第一次篩選，包括聽力測試與手工任務。三個月后，通過篩選的兒童進行第二和第三次測試，收集腦電和行為數(shù)據(jù)。測試過程中，孩子們靜靜坐在照護人旁，連續(xù)記錄3分鐘的睜眼靜息狀態(tài)下的腦電；成人組數(shù)據(jù)只包括一次測試。
研究人員移除受噪聲污染的數(shù)據(jù)，通過獨立成分分析進行半自動清理眼動等偽跡。預處理后的腦電圖被分割成長度為2秒的時間片段，計算2~60赫茲區(qū)間（步長0.5赫茲）每個通道的功率譜。功率被歸類到θ波、α波、β波和γ波頻帶，在每個頻帶內進行平均。腦電振蕩的偏側化將腦電通道分為左側和右側，每個電極組內的頻譜功率被平均，計算每個頻率的偏側化指數(shù)。
本研究涉及組內和組間分析，自變量為語言狀況，包括典型語言發(fā)展、發(fā)展性語言障礙和成人。因變量包括（1）在θ波、α波、β波和γ波頻帶的平均帶寬功率；（2）振蕩偏側化；（3）聽覺噪聲中語音和濾波語音測試的正確反應百分比。
研究結果
研究者評估了兒童噪聲言語感知和濾波言語感知技能。兒童在噪聲言語測試中數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布，但在過濾語音測試中數(shù)據(jù)未呈正態(tài)分布。在噪聲言語測試中，獨立樣本t檢驗顯示組間差異不顯著。在濾波言語測試中，典型語言發(fā)展組的正確分數(shù)中位數(shù)顯著高于障礙組。
研究者計算了每組參與者的平均功率譜（圖1）。所有三個組在α波段都顯示出峰值，隨后能量減少。在兒童組中，α峰值出現(xiàn)在略低于10 Hz的位置，而在成年人中則觀察到10 Hz，典型語言發(fā)展組α峰值比發(fā)展性語言障礙組大。
研究者檢驗了不同組別在各個頻帶平均功率間的差異，基于13個前額中心電極的數(shù)據(jù)。表2展現(xiàn)了兩個相關特征：（1）成人在所有頻率上的功率均小于兒童，（2）成人在θ/α和α/β的比值均小于兒童。
一個偶然發(fā)現(xiàn)是頻帶功率比率明顯的不同（圖3）。發(fā)展性語言障礙兒童的θ/α功率比顯著高于成人和典型語言發(fā)展兒童。成人的θ/β功率比顯著小于兩組兒童的比率，但在兒童組間沒有差異。
研究者計算了所有參與者每個頻帶的側化指數(shù)（圖4）。成人和典型語言發(fā)展兒童的側化模式在某種程度上相似，但發(fā)展性語言障礙組似乎不同。
每個參與者的側化指數(shù)被分成一個低頻區(qū)段（3-7 Hz），以及一個高頻區(qū)段（20-45 Hz）（表3）。所有組的低頻和高頻振蕩的平均值都接近于零，表明沒有側化現(xiàn)象。
表 3 各組側化指數(shù)的描述性統(tǒng)計數(shù)據(jù)
表 4 偏側化/不對稱性指標的組內分析
研究者考察了兒童在語音知覺測試中的表現(xiàn)與靜息態(tài)測量指標之間是否存在關聯(lián)。噪聲言語測試中正確答案百分比與平均γ波段功率沒有顯著相關性（圖5a）；濾波言語測試中正確答案百分比與平均γ功率也沒有顯著相關性（圖5b）；噪聲言語測試與高頻振蕩側化指數(shù)沒有顯著相關性（圖5c）；濾波言語測試正確答案百分比與高頻振蕩側化指數(shù)也沒有顯著相關性（圖5d）；噪聲言語測試（圖5e）與θ/α功率比值沒有相關性；盡管濾波言語測試分數(shù)和θ/α比率存在中等的負相關性，但經(jīng)過α校正后并不顯著（圖5f）。
結論與展望
本研究發(fā)現(xiàn)典型語言發(fā)展兒童比發(fā)展性語言障礙兒童有更好的語音感知表現(xiàn)。成人在所有頻段中的功率顯著低于兒童，而兒童間的譜功率測量值并無差異。兒童的α峰值略低于成人的頻率。偶然的發(fā)現(xiàn)是不同頻帶比率測量值間的顯著差異，具有更好語言技能的兒童組θ/α頻帶比率更低，成人θ/β比率比兒童顯著低，但兒童組間無差異。
關于側化問題，發(fā)現(xiàn)在與音素或音節(jié)處理相關的振蕩頻率范圍內，都未表現(xiàn)出顯著的半球不對稱性。并未發(fā)現(xiàn)言語感知表現(xiàn)與靜息態(tài)腦電測量結果之間的關聯(lián)，表明大多數(shù)的靜息態(tài)皮層活動測量結果并不能反映參與者的語言狀態(tài)或言語感知技能。
此研究還存在一些局限性：
1.兒童樣本量較��；
2.成人組并非西班牙語單語者，可能會混淆雙語對靜息態(tài)功率測量影響；
3.言語感知測試主要反映的是聽覺而非言語感知技能，未來的研究可使用更符合生態(tài)行為的測量方法；
4.頻帶功率和側化度量受腦電差異、神經(jīng)噪聲、樣本量小及效應量小的影響，未來可探究對譜功率依賴性較小的靜息態(tài)腦電度量；
5.尚未了解到任何研究在4~6歲年齡組中檢驗功率和側化度量，沿著這一方向探索對發(fā)展性認知研究具有重要意義。
原文鏈接
Campos, A., Loyola-Navarro, R., González, C., & Iverson, P. (2025). Resting-State Electroencephalogram and Speech Perception in Young Children with Developmental Language Disorder. Brain Sciences, 15(3), 219.
https://doi.org/10.3390/brainsci15030219
研究團隊介紹
本文作者包括Ana Campos（來自倫敦大學學院耳科研究所，與圣塞巴斯蒂安大學言語聽力科學專業(yè)），Rocio Loyola-Navarro（來自圣地亞哥都市教育科學大學特殊教育系，與智利大學先進教育研究中心），Claudia González（來自圣地亞哥獨立城區(qū)市政教育管理局），Paul Iverson（來自倫敦大學學院言語、聽力和語音科學系）。
關于維拓啟創(chuàng)
維拓啟創(chuàng)（北京）信息技術有限公司成立于2006年，是一家專注于腦科學、康復工程、人因工程、心理學、體育科學等領域的科研解決方案供應商。公司與國內外多所大學、研究機構、企業(yè)長期保持合作關系，致力于將優(yōu)質的產(chǎn)品、先進的技術和服務帶給各個領域的科研工作者，為用戶提供有競爭力的方案和服務，協(xié)助用戶的科研工作，持續(xù)提升使用體驗。
相關產(chǎn)品
引言
內源性振蕩反映了參與認知過程的大腦網(wǎng)絡的自發(fā)活動。成人中不同頻帶的內源性活動與語言及語音感知處理相關，但典型和非典型發(fā)育兒童中此活動的發(fā)展情況尚不清晰。因此，一篇發(fā)表在Brain Sciences期刊上名為《Resting-State Electroencephalogram and Speech Perception in Young Children with Developmental Language Disorder》的文章探究了患有發(fā)展性語言障礙（DLD）的學齡前兒童、正常語言發(fā)展兒童（典型語言發(fā)展，TLD），以及成人在靜息態(tài)腦電圖中的差異。研究觀察到成人的振蕩功率顯著低于兒童，但在兒童組間功率或大腦半球側化方面沒有差異，表明振蕩活動反映了年齡差異，而非語言發(fā)展，此文章為兒童內源性振蕩的研究提供了理論支撐。
論文信息
研究方法 本研究有27名西班牙語兒童和18名成人參與。兒童從位于圣地亞哥的同一所學前機構招募，分成16名發(fā)展性語言障礙兒童，和11名典型語言發(fā)展兒童。還包括了先前的18名西班牙語母語者成人數(shù)據(jù)。
語言感知測試有噪聲言語測試和濾波言語測試。噪聲言語測試要求參與者在多重說話者的嘈雜環(huán)境中識別嵌入的單詞（信噪比為0，40dB SL），濾波言語測試包括識別1500赫茲低通濾波的單音節(jié)詞（50dB SL）。
經(jīng)過語言治療師篩選和家長問卷調查后，符合標準的兒童進行第一次篩選，包括聽力測試與手工任務。三個月后，通過篩選的兒童進行第二和第三次測試，收集腦電和行為數(shù)據(jù)。測試過程中，孩子們靜靜坐在照護人旁，連續(xù)記錄3分鐘的睜眼靜息狀態(tài)下的腦電；成人組數(shù)據(jù)只包括一次測試。
研究人員移除受噪聲污染的數(shù)據(jù)，通過獨立成分分析進行半自動清理眼動等偽跡。預處理后的腦電圖被分割成長度為2秒的時間片段，計算2~60赫茲區(qū)間（步長0.5赫茲）每個通道的功率譜。功率被歸類到θ波、α波、β波和γ波頻帶，在每個頻帶內進行平均。腦電振蕩的偏側化將腦電通道分為左側和右側，每個電極組內的頻譜功率被平均，計算每個頻率的偏側化指數(shù)。
本研究涉及組內和組間分析，自變量為語言狀況，包括典型語言發(fā)展、發(fā)展性語言障礙和成人。因變量包括（1）在θ波、α波、β波和γ波頻帶的平均帶寬功率；（2）振蕩偏側化；（3）聽覺噪聲中語音和濾波語音測試的正確反應百分比。
研究結果
研究者評估了兒童噪聲言語感知和濾波言語感知技能。兒童在噪聲言語測試中數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布，但在過濾語音測試中數(shù)據(jù)未呈正態(tài)分布。在噪聲言語測試中，獨立樣本t檢驗顯示組間差異不顯著。在濾波言語測試中，典型語言發(fā)展組的正確分數(shù)中位數(shù)顯著高于障礙組。
表 1 兒童組言語感知測試的描述性統(tǒng)計數(shù)據(jù)
研究者計算了每組參與者的平均功率譜（圖1）。所有三個組在α波段都顯示出峰值，隨后能量減少。在兒童組中，α峰值出現(xiàn)在略低于10 Hz的位置，而在成年人中則觀察到10 Hz，典型語言發(fā)展組α峰值比發(fā)展性語言障礙組大。
圖 1 所有組的總功率及其頭皮分布（來自所有電極的平均值）
研究者檢驗了不同組別在各個頻帶平均功率間的差異，基于13個前額中心電極的數(shù)據(jù)。表2展現(xiàn)了兩個相關特征：（1）成人在所有頻率上的功率均小于兒童，（2）成人在θ/α和α/β的比值均小于兒童。
表 2 每個頻段平均帶功率（µV²）的描述性統(tǒng)計
圖2展示了13個前額中央電極上各頻帶功率的頭皮分布圖�？傮w而言，成人在所有頻率上的功率顯著低于兒童，但兒童各組之間沒有差異。
圖 2 每個頻段的平均功率（額中央?yún)^(qū)電極）
一個偶然發(fā)現(xiàn)是頻帶功率比率明顯的不同（圖3）。發(fā)展性語言障礙兒童的θ/α功率比顯著高于成人和典型語言發(fā)展兒童。成人的θ/β功率比顯著小于兩組兒童的比率，但在兒童組間沒有差異。
圖 3 θ/α比值與θ/β比值的各組平均排名
研究者計算了所有參與者每個頻帶的側化指數(shù)（圖4）。成人和典型語言發(fā)展兒童的側化模式在某種程度上相似，但發(fā)展性語言障礙組似乎不同。
圖 4 每個組在每個頻率上的側化指數(shù) (a)成人；(b) 典型語言發(fā)展；(c) 發(fā)展性語言障礙
每個參與者的側化指數(shù)被分成一個低頻區(qū)段（3-7 Hz），以及一個高頻區(qū)段（20-45 Hz）（表3）。所有組的低頻和高頻振蕩的平均值都接近于零，表明沒有側化現(xiàn)象。
表 3 各組側化指數(shù)的描述性統(tǒng)計數(shù)據(jù)
表4展示了組內分析的結果，所有組中均沒有顯著的不對稱性。研究者同樣比較了典型語言發(fā)展組、發(fā)展性語言障礙組和成人組之間低頻和高頻振蕩的側化指數(shù)，顯示在低頻和高頻之間沒有組間差異。
表 4 偏側化/不對稱性指標的組內分析
研究者考察了兒童在語音知覺測試中的表現(xiàn)與靜息態(tài)測量指標之間是否存在關聯(lián)。噪聲言語測試中正確答案百分比與平均γ波段功率沒有顯著相關性（圖5a）；濾波言語測試中正確答案百分比與平均γ功率也沒有顯著相關性（圖5b）；噪聲言語測試與高頻振蕩側化指數(shù)沒有顯著相關性（圖5c）；濾波言語測試正確答案百分比與高頻振蕩側化指數(shù)也沒有顯著相關性（圖5d）；噪聲言語測試（圖5e）與θ/α功率比值沒有相關性；盡管濾波言語測試分數(shù)和θ/α比率存在中等的負相關性，但經(jīng)過α校正后并不顯著（圖5f）。
圖 5 兒童腦電圖測量與言語感知表現(xiàn)之間的相關性
結論與展望
本研究發(fā)現(xiàn)典型語言發(fā)展兒童比發(fā)展性語言障礙兒童有更好的語音感知表現(xiàn)。成人在所有頻段中的功率顯著低于兒童，而兒童間的譜功率測量值并無差異。兒童的α峰值略低于成人的頻率。偶然的發(fā)現(xiàn)是不同頻帶比率測量值間的顯著差異，具有更好語言技能的兒童組θ/α頻帶比率更低，成人θ/β比率比兒童顯著低，但兒童組間無差異。
關于側化問題，發(fā)現(xiàn)在與音素或音節(jié)處理相關的振蕩頻率范圍內，都未表現(xiàn)出顯著的半球不對稱性。并未發(fā)現(xiàn)言語感知表現(xiàn)與靜息態(tài)腦電測量結果之間的關聯(lián)，表明大多數(shù)的靜息態(tài)皮層活動測量結果并不能反映參與者的語言狀態(tài)或言語感知技能。
此研究還存在一些局限性：
1.兒童樣本量較��；
2.成人組并非西班牙語單語者，可能會混淆雙語對靜息態(tài)功率測量影響；
3.言語感知測試主要反映的是聽覺而非言語感知技能，未來的研究可使用更符合生態(tài)行為的測量方法；
4.頻帶功率和側化度量受腦電差異、神經(jīng)噪聲、樣本量小及效應量小的影響，未來可探究對譜功率依賴性較小的靜息態(tài)腦電度量；
5.尚未了解到任何研究在4~6歲年齡組中檢驗功率和側化度量，沿著這一方向探索對發(fā)展性認知研究具有重要意義。
原文鏈接
Campos, A., Loyola-Navarro, R., González, C., & Iverson, P. (2025). Resting-State Electroencephalogram and Speech Perception in Young Children with Developmental Language Disorder. Brain Sciences, 15(3), 219.
https://doi.org/10.3390/brainsci15030219
研究團隊介紹
本文作者包括Ana Campos（來自倫敦大學學院耳科研究所，與圣塞巴斯蒂安大學言語聽力科學專業(yè)），Rocio Loyola-Navarro（來自圣地亞哥都市教育科學大學特殊教育系，與智利大學先進教育研究中心），Claudia González（來自圣地亞哥獨立城區(qū)市政教育管理局），Paul Iverson（來自倫敦大學學院言語、聽力和語音科學系）。
關于維拓啟創(chuàng)
維拓啟創(chuàng)（北京）信息技術有限公司成立于2006年，是一家專注于腦科學、康復工程、人因工程、心理學、體育科學等領域的科研解決方案供應商。公司與國內外多所大學、研究機構、企業(yè)長期保持合作關系，致力于將優(yōu)質的產(chǎn)品、先進的技術和服務帶給各個領域的科研工作者，為用戶提供有競爭力的方案和服務，協(xié)助用戶的科研工作，持續(xù)提升使用體驗。
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