
当我们听别人说话时,大脑面对的并不是一个个彼此孤立的声音,而是一条连续不断的“声音河流”。我们需要从中识别音节、组合词语,并进一步理解句子。那么,人类究竟如何跟上语言的节奏?不同的人是否会采用不同的方式?近日,6776永利集团陆灵犀研究员团队与北京体育大学罗路副教授合作,在国际知名认知科学期刊《Cognition》发表题为“Multiple motor systems spontaneously track speech structures at distinct levels with individual variability”的研究论文。研究发现,人在跟随言语节奏时,发音运动和眼动会自发追踪不同层级的时间结构,自主神经系统调控的心脏活动也会随言语结构发生细微变化;这些反应呈现出不同的时间特征,并表现出显著的个体差异。
自然语言具有丰富的层级结构。以汉语为例,音节可以组成词语,词语又进一步构成句子。不同层级对应不同的时间尺度:音节变化较快,词语和句子的组织则相对较慢。
过去的研究表明,大脑活动能够追踪这些不同层级的语言节奏。与此同时,即使人们只是在聆听言语,与发音有关的运动脑区也可能被激活,显示言语加工并非纯粹的听觉过程。然而,运动系统对言语的追踪究竟发生在哪些时间尺度?个体之间的听觉-运动耦合差异又会怎样影响这一过程?这些问题此前尚未得到系统回答。
研究团队招募了58名以汉语为母语的青年参与者,采用经过改进的“言语-言语同步”(speech-to-speech synchronization, SSS)任务,让参与者一边听语音,一边轻声重复“te”,尽可能与听到的音节保持同步。
为了区分不同层级的言语节奏,研究人员设置了三种语音材料。第一种是随机排列的音节,只保留每秒4个音节的快速节奏;第二种由双音节词组成,在音节节奏之外增加了每秒2个词语的节奏;第三种由两个双音节词组成四音节句子,在音节和词语节奏之上,又增加了每秒1个句子的更慢节奏。参与者只需跟随音节节奏,并未被要求关注其中的词语或句子结构。每段声音结束后,他们还需要在没有外部提示的情况下,将刚才的节奏继续保持10秒。
实验过程中,研究人员同步记录了参与者的发音、眼部电活动和心电活动,由此考察发音与眼动系统如何追踪言语节奏,以及自主神经系统调控的心脏活动是否会随言语结构发生变化。


根据言语同步表现,参与者呈现出明显的双峰分布,可分为高同步组和低同步组。这种差异不能简单用年龄、性别、焦虑、疲劳或日常运动水平解释,而是反映了听觉-运动耦合方式的个体差异。
与低同步组相比,高同步组能够更稳定地跟随音节节奏。当语音中加入词语和句子结构时,他们受到的干扰更小;即使声音停止,也能更好地依靠内部节奏继续发音。
更有意思的是,参与者虽然只被要求跟随音节,高同步组的发音却自发呈现出对双音节词节奏的追踪。当语音包含词语或句子结构时,他们的发音时间还会相对提前。这表明其发音运动系统并非只是被动跟随,而可能利用较高层级的语言结构,预测下一个音节出现的时间。

图2 从同步跟随到提前预测:高同步者会根据言语结构调整发音时机
除了外显的发音运动,研究还捕捉到了自发的眼动节奏。高同步组的眼部活动会在没有相关指令的情况下,自发跟随音节节奏。在包含词语或句子结构的语音中,眼动追踪越明显,发音同步表现也越好。
不过,眼动与发音并不是对同一过程的简单复制。发音运动系统能够利用较高层级结构进行时间预测,眼动则主要追踪任务相关的音节节奏,并呈现出不同于发音的时间模式。这表明二者可能共享部分听觉-运动耦合基础,同时又在言语追踪中发挥不同作用。

研究还发现,高同步组的心率变异性会随言语结构复杂程度发生细微变化,尤其是在声音停止、需要依靠内部节奏继续发音时。这提示自主神经系统可能根据任务的时间复杂性灵活调节身体状态。
本研究从自主发音运动、自发眼动和自主生理调节三个层面,揭示了言语追踪过程中不同的行为与生理表现:发音运动系统可能利用语言结构预测即将到来的语音,眼动可能参与对任务相关节奏的注意和跟随,自主神经活动则可能反映身体对不同时间加工要求的调节。
更重要的是,这些表现具有明显的个体差异。未来,发音同步、眼动节奏和自主生理活动等指标,或可从不同侧面刻画个体的听觉-运动耦合特征,为言语和语言障碍的评估与干预提供新的观察窗口。
这一多系统、个体化的视角,也为语言脑机接口提供了新的思路。研究表明,个体的听觉-运动耦合特征不仅体现在发音同步上,也会反映在眼动和自主生理活动中。未来,这些可测量的行为与生理信号有望帮助语言脑机接口更全面地识别使用者的个体特征与当前状态,为多模态解码和个性化校准提供依据。
语言并非只在大脑中被处理,也通过大脑与身体的互动展开。理解这种互动,或将帮助我们构建更贴近人类语言加工方式的交流技术。
论文通讯作者为6776永利集团陆灵犀研究员,第一作者为北京体育大学心理学院罗路副教授,6776永利集团已毕业硕士生张潇誉为论文做出了重要贡献。研究获得国家自然科学基金及中央高校基本科研业务费等项目支持。
论文信息:
Luo, L., Zhang, X., & Lu, L. (2026). Multiple motor systems spontaneously track speech structures at distinct levels with individual variability. Cognition, 276, 106666.
原文链接:https://doi.org/10.1016/j.cognition.2026.106666