學齡前人工耳蝸植入兒童語音情緒感知研究

管海濤 顧文濤

1 引言

全國殘疾人抽樣調查顯示，目前全國有2780萬人患有不同程度的聽力損失，其中11.5萬名7歲以下兒童患有重度到極重度聽力損失，每年有3萬名新生兒伴有聽力損失問題[1]。讓重度到極重度聽力損失患者恢復聽力最好的方法是植入人工耳蝸（CI）[2]，CI是通過手術植入電子耳蝸，將聲音能量通過電刺激傳遞給聽覺神經，從而讓重度到極重度聽力損失患者可以聽到和處理聽覺信息。

人工耳蝸植入后能夠提高使用者的語言理解和表達能力。提高使用者對元音和輔音的感知與表達能力[3]。隨著CI設備使用時間的增加，植入者的元輔音能力可以趕上健聽兒童[4]。CI能夠提高使用者聲調的感知與表達能力[5]，甚至還可以提高他們言語清晰度[6]。在植入人工耳蝸設備后，經過一定時間的康復訓練，許多CI兒童可以重新習得語言和言語，回歸普通學校，與健聽兒童一起學習[7]。

雖然CI能夠讓使用者重新聽到聲音并且學會表達，但是也存在一定問題。目前CI設備只能提供言語中基頻有限的頻譜或時域信息[8，9]，基頻信息的缺失會導致對音高的感知能力存在不足，音高對于韻律的感知至關重要。這些不足導致使用者在感知且表達與韻律有關的信息存在障礙，如陳述句和疑問句，詞調感知以及情緒語音的感知[10～12]。在日常生活中，正確的感知和表達情緒對社交活動具有積極作用。在成年人和兒童中出現(xiàn)情緒感知和表達障礙會導致其回避社交或被社會活動所排斥，使他們缺乏社會交往能力[7]，甚至影響生活質量[13，14]。因此，有必要了解CI使用者情緒的感知能力，針對其不足制訂合理的計劃，讓他們正確感知情緒，提高社會交往能力。

7～13 歲的CI兒童雖然能夠通過面部表情識別情緒，但是在識別由語音表達的高興、生氣、悲傷和恐懼的情緒時比健聽組[15]差。5～13歲日本CI兒童對于快樂和悲傷的識別率較高，而對生氣的識別率最差[16]。無論是成年還是年幼的CI者在識別高興、生氣等情緒的表現(xiàn)明顯差于健聽組[17]。

大量基于非聲調語言（如英語和日語）的研究一致發(fā)現(xiàn)CI者在情緒語音感知方面存在困難。但是對母語為普通話等聲調語言的CI者的情緒感知能力關注較少，尤其是學齡前的兒童。中國成年的CI者感知基本情緒的能力明顯比健聽組差[18]。年齡在6～17歲的CI者在感知高興、生氣等情緒上存在非常大的困難[19]。

綜上所述，前人較少關注母語為普通話的學齡前CI兒童對情緒語音的感知能力，我國面臨6歲以下CI者越來越多的情況。為了進一步了解這一群體，本研究目的在于考察學齡前的CI兒童對情緒語音的感知能力。本研究考察的情緒僅限于高興、悲傷和生氣3種，選擇這3種基本情緒是因為研究發(fā)現(xiàn)兒童最先學會分辨的情緒分別是高興、生氣和悲傷[20]，其次是因為它們經常出現(xiàn)在兒童的日常生活中，便于兒童理解并完成實驗。

2 方法

2.1 被試

根據聽力條件的不同，將參與實驗的兒童分成健聽組與CI組。其中14名健聽（8名男孩，6名女孩）兒童來自江蘇省南京市春暉幼兒園，年齡4.2歲～5.11歲（平均年齡5.01±0.55歲），所有兒童聽力、智力正常，沒有其他疾病。14名CI（6名男孩，8名女孩）兒童來自于江蘇省兒童康復研究中心，年齡4.2～5.9歲（平均年齡5.05±0.56歲），CI設備平均使用時間為2.53年，其中12名兒童為人工耳蝸和助聽器雙模使用者。所有兒童除聽力障礙外，沒有其他疾病。

2.2 實驗刺激

在情緒感知任務中，筆者根據兒童的常用詞語設計了6句語義中性的句子。采用Adobe Audition 1.6在安靜的錄音間內讓發(fā)音人用高興、生氣和悲傷三種情緒表達6句話（如今天下這么大的雪；小明把餅干吃完了）。要求發(fā)音人每個句子讀3次，選擇質量最好的作為正式實驗的刺激材料。錄制完成后，使用Adobe Audition 1.6編輯原始音頻文件（44.1 kHz采樣率，16位）。

2.3 實驗流程

采用筆記本電腦播放錄制好的語音文件，音量統(tǒng)一調整至65 dB，使用E-Prime 2.0呈現(xiàn)實驗刺激，語音播放結束后，電腦屏幕上會出現(xiàn)高興、生氣、悲傷3種情緒的圖片，要求被試判斷剛才播放的語音文件是哪一種情緒，被試出對應圖片，主試用鼠標點擊。在正式實驗前，讓被試進行相應的練習，讓他們理解每個情緒類型熟悉實驗流程。

2.4 數據分析

使用Praat[21]分析所有實驗語料的基頻均值、基頻范圍和基頻標準差，使用R語言中的afex包[22]，運用廣義線性混合模型（generalized linear mixed-effects models）考察被試組別以及情緒類型（高興、生氣、悲傷）對感知結果的影響。將被試數量和刺激作為隨機效應，使用lsmeans包[23]進行事后檢驗和簡單效應分析。

3 結果

3.1 聲學特征分析

首先見表1。生氣的基頻均值最高，悲傷的基頻均值最低。在基頻范圍上，生氣與高興相近，而悲傷的基頻范圍最低。在基頻標準差上，生氣仍然與高興相接近，而悲傷的基頻標準差最低。高興與生氣在聲學特征上相似，而悲傷在聲學參數上與兩者差距較大。統(tǒng)計分析結果也證實高興和生氣兩種情緒在所有的聲學參數之間都沒有顯著區(qū)別，但與高興或者生氣相比，悲傷的聲學參數差異極其顯著（P<0.001）。

表1 句子聲學參數平均值

3.2 感知實驗結果

圖1顯示健聽組和CI組對情緒感知的平均正確率。健聽組在所有情緒中的表現(xiàn)均好于CI組，統(tǒng)計結果顯示組間的主效應極其顯著（P<0.001）。此外情緒間的主效應也有，但只出現(xiàn)在高興和悲傷之間。

圖1 CI和健聽兒童情緒判斷正確率

組別和情緒之間的交互作用極其顯著（P<0.001）。在健聽組中，最容易感知悲傷，正確率高達89%，其次是生氣，正確率為74%，最難的是高興，正確率為61%。對于CI組來說，其正確率僅高于機會水平（機會水平=33%），對高興的感知正確率最高43%，其次是生氣，正確率為40%，最難的是悲傷，正確率為39%。健聽組最容易識別的情緒是悲傷，而CI兒童則在所有情緒的識別上存在困難。

表2列出了兩組結果的混淆矩陣分析。CI兒童容易把3種情緒相互混淆，會把高興與悲傷混淆，生氣與悲傷混淆，或者高興與生氣混淆。表明他們在感知3種情緒的時存在困難，無法準確的區(qū)分與判斷。與CI兒童表現(xiàn)相反，健聽兒童顯示出明顯的混淆模式，他們容易將高興與生氣混淆，這一點與之前聲學分析顯示的高興與生氣的聲學特征相似有關。

表2 混淆矩陣（%）

4 討論

本研究的結果發(fā)現(xiàn)母語為普通話的學齡前CI兒童存在情緒語音理解困難。這與英語、日語等語言中有關CI植入兒童情緒感知的研究結果一致[7，15～17]。

通過分析，筆者發(fā)現(xiàn)健聽兒童的情緒語音的感知能力要強于CI兒童。導致出現(xiàn)這個差異的因素是聽力的損失影響了兒童的語言發(fā)展，從而影響了其對情緒的感知能力。情緒語音感知和語言能力之間存在相關性[24]。表明較少的聽覺經驗使得CI兒童語言發(fā)展相比健聽兒童存在延遲，并且影響他們有關于情緒概念的形成，從而對情緒感知表現(xiàn)有一定負面影響[7]。另一個因素是兩組兒童在聽力年齡上的差異。與健聽兒童相比，CI兒童從出生就聽不到聲音，長期的聽力缺失使得CI兒童在日常生活中很少有機會正確感知情緒。在本研究中，健聽兒童的平均聽力年齡是5歲，而CI兒童的平均聽力年齡只有2.53歲。健聽兒童在5歲時就能夠很好地感知情緒語音，隨著時間繼續(xù)發(fā)展[25，26]，在實驗中控制兩組聽力年齡和生理年齡，可能會有不同結果。年齡在9.5～13.2歲的兒童比年齡5.5～8.7歲的兒童在情緒任務中的表現(xiàn)更好[27]。未來的研究需要關注年齡較大的CI兒童或者CI設備使用時間更長兒童的情緒感知能力以及發(fā)展情況，以確定他們的能力是否隨著生理年齡以及CI設備使用時長的增加而提高，并且趕上健聽兒童。

在本研究中，筆者發(fā)現(xiàn)悲傷情緒在健聽組中識別的準確率最高，而高興在CI組中識別的準確率最高。從聲學分析來看，悲傷與高興或生氣相比在聲學參數上有顯著差異，這可能導致悲傷在健聽組中的識別率最高。在聽覺模式下，悲傷對于聽力受損和健聽人來說是最容易識別的。Nakata等[16]發(fā)現(xiàn)日本的CI兒童能夠成功地識別出高興和悲傷的情緒，但他們在生氣的識別表現(xiàn)上較差。本研究與其他研究的異同可能由于：首先是語言的影響。普通話是一種聲調語言，語言之間的差異會影響CI設備的加工效果。其次是被試的差異。在本研究中，被試年齡4～5歲，而Nakata等[16]的被試年齡在5～13歲之間。最后是設備的差異。本研究中，所有聽力損失兒童都植入了人工耳蝸，而在Most等[28]的研究中，只有9名兒童植入人工耳蝸設備，另外的17名兒童則配戴助聽器。

根據混淆矩陣分析，筆者發(fā)現(xiàn)健聽兒童容易將高興與生氣混淆，這是因為在這兩個情緒中，基頻均值、基頻范圍等聲學參數的差異不明顯導致的。CI兒童在所有情緒類型都表現(xiàn)出了混淆：他們容易將悲傷當作高興，或將悲傷認為是生氣，盡管悲傷和高興/生氣在聲學參數上差異顯著。這可能是因為CI設備本身的局限性，導致CI植入兒童無法仔細分辨這些差異。

5 結論

本研究考察了學齡前CI兒童和健聽兒童對于高興、生氣、悲傷3種情緒的感知，實驗結果表明CI兒童對情緒的聽覺感知正確率較低，這說明母語為普通話的學齡前CI兒童在情緒語音的感知上存在困難。通過本研究發(fā)現(xiàn)的問題，會促使家長和老師為CI兒童制訂更加完善的康復訓練計劃和內容，從而切實提高CI兒童對于情緒的理解，幫助其更好地融入社會。