跟我一起念：“ mā má mǎ mà ......”
是不是感到毫無壓力？
但對于外國人來說，就沒有那么容易了。
看下外國人說中國話拜年的視頻：
https://v.qq.com/x/page/b01830u4d17.html
外國人學(xué)聲調(diào)的視頻：
https://v.qq.com/x/page/n08202fq4gk.html
（圖片來源：梁柏?zé)?，姜欣桐繪制）
有一位在中國做高中班主任的英國老師，平時和學(xué)生們相處得很好，但是有一天一群過度活躍的孩子在自習(xí)課上太鬧騰，看自習(xí)的老師終于按捺不住，激動地站了起來，拍著講桌:
**“**我補(bǔ)知搗你們微什么遮么吵！”
學(xué)生們意識到班主任憤怒了，但還是忍不住笑了起來。班主任也沒轍，見場面已經(jīng)失控，也捂著嘴，笑了起來……
（圖片來源：梁柏?zé)?，姜欣桐繪制）
事實(shí)上，他是一個對漢語了如指掌的牛津文學(xué)院高材生——在入學(xué)報到第一次開班會的時候，他拿著花名冊一個一個地把同學(xué)的名字字正腔圓地念了一遍——包括聲調(diào)。開學(xué)之前他給學(xué)生家長打電話，家長們竟然沒有聽出他的“歪果”腔。后來才發(fā)現(xiàn)，他在花名冊中給每個人的名字都標(biāo)好了拼音，寫好了聲調(diào)?？墒?，那天的自習(xí)課，學(xué)生們過分的吵鬧，還是讓他在很生氣的情況下“原形畢露”了。
不僅是這位來自英國的老師，有很多可以掌握好幾門語言的外國人，還是不能說把漢語說好。若是問他們漢語里面什么東西最難學(xué)，他會毫不猶豫地告訴你——“tone”(譯:聲調(diào))。
（圖片來源：梁柏?zé)?，姜欣桐繪制）
聲調(diào)之難，難于……
漢語博大精深，聲調(diào)可以說是漢語的精髓之一了。精髓的另一個意思就是難，就像哥德巴赫猜想是數(shù)學(xué)界皇冠上的明珠，花掉了數(shù)學(xué)家們多少年呀，何況是咱家的聲調(diào)呢？所以，聲調(diào)難學(xué)，聲調(diào)發(fā)不準(zhǔn)，真的能怪勤奮好學(xué)的“歪果仁”們嗎？
首先，讓我們看看聲調(diào)是什么。我們?nèi)粘Ｕf的言語(speech)，聽起來很簡單，用錄音機(jī)錄下來畫成一幅圖，也就是一些波形:
（圖片來源：梁柏?zé)隼L制）
可是這些波形內(nèi)有乾坤。君請看，下圖這個鼓起來的小包包是一個音節(jié)(syllable)。這里是普通話的“媽”，這個“媽”的前后部分分別代表著/m/和/a/。
（圖片來源：梁柏?zé)隼L制）
那么難倒了“歪果仁”的聲調(diào)在哪里呢?為了看清楚聲調(diào)，我們需要對“媽”進(jìn)行加窗傅里葉變換。
（圖片來源：梁柏?zé)觯劳├L制）
簡單來說，傅里葉變換將聲音信號分解為許多不同頻率的（也就是聽起來音高不一樣的）簡諧波——這些波可以疊加成我們聽到的聲音信號。這就好比大合奏，原始的波形就好比合奏本身，而傅里葉變換讓我們看清楚小提琴、大提琴、笛簫等各種組成合奏的樂器。加窗傅里葉變換是指對選取一段時間范圍內(nèi)的信號進(jìn)行拓展處理后進(jìn)行傅里葉變換，就好比選取樂曲中的一段來看樂器們各自的演奏情況。
再說頻率——讓我們看看下圖?！皨尅钡钠渲幸恍《伪环纸獬闪撕芏嗖煌l率的簡諧波，其中頻率最低的那段波的頻率就稱為“基頻”（F0），頻率為基頻整數(shù)倍的各段波稱為“諧波”，而這一小段聲音的音高就是由基頻決定的。
（圖片來源：梁柏?zé)?，姜欣桐繪制）
每個小段能計算出一個基頻數(shù)值，這個數(shù)值代表這一段的音高。如下圖所示，將每一小段的數(shù)值連起來，就形成了代表音高變化的曲線。
（圖片來源：梁柏?zé)?，姜欣桐繪制）
聲調(diào)是什么呢？對于單個音節(jié)，聲調(diào)就是音高的變化曲線（音高輪廓）。在物理上，聲調(diào)就是基頻F0的起伏。
那么為什么“歪果仁”們那么難學(xué)聲調(diào)呢。我們來看看英語和普通話的基頻（F0）是怎么變化的。
這是英語:
（圖片來源：梁柏?zé)隼L制）
這是普通話:
（圖片來源：梁柏?zé)隼L制）
看到區(qū)別了嗎?
作為一種非聲調(diào)語言，英語的一句話中，音高基本上是平順的，如果是疑問語調(diào)，才會一直往上揚(yáng)。但是普通話就不同了。當(dāng)單個音節(jié)組合成句子的時候，每個音節(jié)的音高變化就是聲調(diào)和語調(diào)的疊加。換言之，普通話有跟英語一樣表示語調(diào)的句子長度的音高變化，還有疊加在句子“大波浪”上面的“小波浪”——聲調(diào)！
圖片來源：梁柏?zé)?，姜欣桐繪制）
就好比開車，說英語就像在平整的路上開車，雖然有起伏，但都是平緩上坡下坡。普通話就不一樣啦，你不僅要上下坡，你還要面對突如其來的密密麻麻的音節(jié)長度的震顫。就好像開慣平路的司機(jī)突然遇到坑坑洼洼的山路，需要你手腳并用輪番換擋踩剎車油門一樣，嗓（腦）子沒有自小練就十八般武藝，又怎可能迅速應(yīng)付過來呢？
然而，聲調(diào)的難，又何只在于難學(xué)呢?
由于聲調(diào)具有如此獨(dú)特的語言學(xué)地位，研究者們對其進(jìn)行了大量的研究。比如，中國語言學(xué)之父趙元任先生創(chuàng)立了一種標(biāo)記聲調(diào)的研究方法：
（圖片來源：梁柏?zé)觯劳├L制）
又比如，創(chuàng)造一系列(人間不存在的)介于一聲和二聲之間的“聲調(diào)”，讓人聽后判斷這到底是一聲還是二聲(范疇感知)：
圖解：我們?nèi)粘Ｕf話的一聲和二聲一般是有一個固定的基頻升降范圍的——比如一聲就是幾乎沒有變化，二聲是比如介于100~200Hz之間，那么如果人為地創(chuàng)造一個變化幅值低于正常的二聲變化幅值的聲調(diào)（如圖中的2~5），就會造成聲調(diào)判斷困難。（圖片來源：梁柏?zé)?，姜欣桐繪制）
又或者，是一些不怕卡機(jī)(或者是雖然老卡機(jī)，但愈卡愈勇)的大腦試圖建立大腦與聲調(diào)之間的關(guān)系——我們的大腦是怎樣處理聲調(diào)的呢?
我們的大腦是怎么處理聲調(diào)的呢?
要搞清楚這個，可是比“歪果仁”學(xué)聲調(diào)還困難N的N次方倍(N>1)的事情。但是，還是有人沖在了前面，咬了這個螃蟹幾口。
比方說，在二十年前，Gandour等研究者讓說泰語的人、說漢語的人和說英語的人躺進(jìn)磁共振儀里(Gandour, Wong, & Hutchins, 1998)。研究者每次給他們聽一對只有聲調(diào)可能不一樣的音節(jié)（比如/khaa/和/khàa/），他們需要判斷這一對音節(jié)的聲調(diào)是否一樣。在整個實(shí)驗(yàn)中，他們會聽到許多對像這樣的音節(jié)，并且做出判斷。他們希望通過記錄和對比三種母語背景的人判斷聲調(diào)激活的腦區(qū)的異同，來研究母語背景對大腦處理聲調(diào)的方式的影響。
（圖片來源：梁柏?zé)?，姜欣桐繪制）
后來，關(guān)于大腦處理語言的腦成像研究越來越多——其中，聲調(diào)研究就有不下二十個。
那么問題來了。
這么多的聲調(diào)研究，發(fā)現(xiàn)的結(jié)果都是一樣的嗎?
這里就要提一下科學(xué)得以存在和發(fā)展的基石之一——結(jié)論的可重復(fù)性了。就比方說，小明今天觀察到太陽從東方升起，提出了“太陽東升說”。小紅第二天也觀察到太陽從東邊升起，就重復(fù)檢驗(yàn)了小明的“太陽東升說”。如果小明的結(jié)論一直得到獨(dú)立觀察的重復(fù)驗(yàn)證，那么他發(fā)現(xiàn)的就應(yīng)該是真理。
然而，對于腦研究而言，事情并沒有那么簡單。
（圖片來源：梁柏?zé)?，姜欣桐繪制）
不同人的大腦是不一樣的:有的圓，有的扁;不同型號的儀器掃描出來的結(jié)果也不盡相同。因此，要求后續(xù)研究都嚴(yán)格地將結(jié)果重復(fù)出來是不實(shí)際的。但是，如果人躺在掃描儀里做的任務(wù)是相似的，那么他們的腦激活模式也應(yīng)該有很大的相似性。
為了尋找大腦加工聲調(diào)過程中最可能的激活點(diǎn)(在不同研究中都有激活的點(diǎn))，我們對已有的聲調(diào)加工的腦成像研究進(jìn)行了一項文獻(xiàn)整理工作(學(xué)名叫元分析) (Liang & Du, 2018)。在這項工作中，我們還整理了音位(比如英語中的元音和輔音)和韻律(比如疑問的語調(diào))的腦成像研究，并且對比了它們和聲調(diào)激活腦區(qū)的異同。
（圖片來源：梁柏?zé)?，姜欣桐繪制）
為了對比“歪果仁”(不說聲調(diào)的人)和說聲調(diào)的人，我們將聲調(diào)腦激活的結(jié)果按志愿者的母語背景分成了兩類。又因?yàn)轫嵚捎虚L有短，我們按韻律長度分成了兩組韻律加工任務(wù)。換言之，我們收集了五組研究:聲調(diào)母語者的聲調(diào)感知(tonal tone)，非聲調(diào)母語者的聲調(diào)感知(non-tonal tone)，音位感知(phoneme)，詞長度的韻律感知(word prosody)和句子長度的韻律感知(sentence prosody)。我們對每個組的腦激活結(jié)果分別進(jìn)行元分析。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大腦是按著聽起來像什么（聲學(xué)分析）、說起來是什么（發(fā)音模擬）以及有什么語言功能的方式來加工聲調(diào)的。
圖解：元分析的激活結(jié)果圖：紅色表示聲調(diào)母語者的聲調(diào)感知，藍(lán)色表示非聲調(diào)母語者的聲調(diào)感知，綠色表示音位感知，紫色和黃色分別表示詞長度和句子長度的韻律感知 (Liang & Du, 2018)。
具體而言，聲調(diào)的激活區(qū)域在聽皮層(耳朵附近的腦區(qū))中更加偏向右側(cè)，只有聲調(diào)母語者加工聲調(diào)時出現(xiàn)了左側(cè)的激活，這說明決定意義的角色使得聲調(diào)在聲調(diào)母語者腦中有更多的語言功能(因?yàn)檎Z言區(qū)域偏向左腦)。在左側(cè)聽皮層中，聲調(diào)激活區(qū)與音位激活區(qū)重疊，位于句子長度韻律的前面，這也體現(xiàn)了聲調(diào)的語言功能。而在右側(cè)聽皮層中，聲調(diào)激活區(qū)域位于音位的后面和韻律的前面，這更加體現(xiàn)出聲調(diào)長度夾在音位和韻律之間這一聲學(xué)屬性。
另一個更加神秘的激活區(qū)位于負(fù)責(zé)說話的區(qū)域。我們在左側(cè)運(yùn)動皮層發(fā)現(xiàn)了音位、聲調(diào)和韻律的激活。而且，聲調(diào)與韻律(都是用喉部控制)重疊并位于音位(唇舌控制)的下方，符合大腦運(yùn)動皮層的拓?fù)浞植迹ㄟ\(yùn)動皮層的不同小區(qū)域負(fù)責(zé)傳達(dá)身體不同區(qū)域的運(yùn)動指令，按區(qū)域的比例畫成人形，就是“運(yùn)動小人”，motor homunculus，如下圖）。發(fā)音系統(tǒng)的參與其實(shí)是人感知言語的一種獨(dú)特方式，聽者會通過重構(gòu)和預(yù)測說話者的發(fā)音動作來輔助言語理解(Du et al., 2014, 2016)。
（圖片來源：梁柏?zé)?，姜欣桐繪制）
圖解：聲調(diào)感知的腦機(jī)制模型：（A）普通話“咦？你在吃飯嗎？”的語音頻譜圖（spectrogram）和音高輪廓（pitch contour）；（B）聲調(diào)感知的腹側(cè)通路（ventral stream，在聽皮層，對聲調(diào)進(jìn)行聲學(xué)分析和語義辨認(rèn)）和背側(cè)通路（dorsal stream，在發(fā)音運(yùn)動區(qū)域，對聲調(diào)進(jìn)行發(fā)音運(yùn)動模擬）(Liang & Du, 2018)
總而言之，通過這些文獻(xiàn)整理，我們進(jìn)一步了解了大腦處理聲調(diào)的方式。然而，研究的路還有很長的一段要走。
比如，如何讓“歪果仁”們學(xué)習(xí)普通話時不再那么痛苦呢？這就像是遙遠(yuǎn)的夜空中閃爍的北斗星，指示著我們前行的路。
（圖片來源：梁柏?zé)觯劳├L制）
作者單位：中國科學(xué)院心理研究所
參考文獻(xiàn)：
Du, Y., Buchsbaum, B. R., Grady, C. L., & Alain, C. (2014). Noise differentially impacts phoneme representations in the auditory and speech motor systems. Proceedings of the National Academy of Sciences, 111(19), 7126–7131. https://doi.org/10.1073/pnas.1318738111
Du, Y., Buchsbaum, B. R., Grady, C. L., & Alain, C. (2016). Increased activity in frontal motor cortex compensates impaired speech perception in older adults. Nature Communications, 7, 12241. https://doi.org/10.1038/ncomms12241
Gandour, J., Wong, D., & Hutchins, G. (1998). Pitch processing in the human brain is influenced by language experience. NeuroReport, 9(9), 2115–2119. https://doi.org/10.1097/00001756-199806220-00038
Liang, B., & Du, Y. (2018). The functional neuroanatomy of lexical tone perception: An activation likelihood estimation meta-analysis. Frontiers in Neuroscience, 12, 495. https://doi.org/https://doi.org/10.3389/fnins.2018.00495
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