《Communications Biology》：Linguistic information may compensate for age-related decline in attentional filtering
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随着年龄增长，在社交情境中理解言语对听觉系统构成了日益严峻的挑战。然而，在多说话人情境下，年龄相关的言语理解困难所涉及的注意力机制仍不清楚。研究人员采集了63名正常听力参与者（35名女性，年龄19至71岁）在个体化调整的目标-干扰比（target-to-d
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随着年龄增长，在社交情境中理解言语对听觉系统构成了日益严峻的挑战。然而，在多说话人情境下，年龄相关的言语理解困难所涉及的注意力机制仍不清楚。研究人员采集了63名正常听力参与者（35名女性，年龄19至71岁）在个体化调整的目标-干扰比（target-to-distractor ratio）条件下执行涉及多说话人范式的言语理解任务时的脑电图（EEG）信号。通过将逐试次多变量时间响应函数（multivariate temporal response function, mTRF）建模与详细的言语理解行为反应相结合，研究人员得以窥见整个成人生命跨度中低层损伤与可能的高层代偿机制。研究结果表明，成年晚期行为表现的下降与干扰刺激表征的增强相关。这提示注意力分散性增强可能是年龄相关言语理解缺陷的潜在机制。此外，在行为和神经层面，研究人员发现老年人更依赖高层语言信息。最后，研究显示对词汇层语言信息依赖性的增强可能补偿干扰刺激追踪的增强，并在整个成人生命跨度中适应性支持理解表现。因此，对高层加工依赖性的增强可能减弱年龄相关的注意力过滤损伤。
论文解读文章
一、研究背景与问题提出
在日常生活环境中，言语常常被周围环境中的噪声或竞争性语音流所掩蔽，形成具有挑战性的聆听情境，尤其对老年人而言更是如此。然而，老年人为何在多说话人情境中出现言语理解障碍，其背后的机制尚不清楚。厘清言语理解受损的原因尤为重要，因为听力能力受损与成年晚期认知和社会心理功能不佳密切相关。
健康衰老导致感觉加工的多方面变化，包括听力损失和听觉时间分辨率下降。与此同时，言语理解能力在成人生命跨度中大体得以保留。然而，老年人在知觉要求较高的聆听条件下（如竞争性语音情境）常遇到困难。成功的言语理解需要将待注意的目标语音流与一个或多个需忽略的干扰语音流分离开来。言语理解似乎与低频皮层活动相关，这些活动在时间上与语音信号对齐。在竞争性语音理解中，对目标信号声学属性的神经追踪已被证明会被选择性增强。近期证据表明，这种注意力过滤特别易受衰老变化的影响，可能源于神经抑制功能受损。
行为研究表明，老年人比年轻人更依赖语境线索以维持言语理解能力，尽管存在外周衰退。相应地，涉及语境知识激活的过程已被证明相对不受衰老影响。然而，采用事件相关电位（event-related potentials, ERPs）的神经研究结果却显示，老年人对语义语境的反应弱于年轻人。有趣的是，近期方法学进展使研究者能够在统一编码框架内，在多个层级水平（包括声学、音位和语义信息）上研究自然言语中的神经言语追踪。然而，关于语义信息在成人生命跨度中的神经表征结果并不一致，有研究显示老年人脑信号中语义信息表征更强、相似或更弱。相比之下，老年人对声学属性的神经追踪通常观察到更强。然而，这种声学属性追踪增强是起代偿作用还是反映加工噪声增加，尚不清楚。
为厘清年龄相关言语理解缺陷的神经机制与代偿机制，将神经追踪测量与行为理解表现联系起来至关重要。然而，大多数先前研究缺乏这一联系。多数在自然情境中研究言语追踪的研究缺乏详细的行为反应数据，因此无法将神经追踪与时间分辨的理解成功变化相关联。
二、研究内容与结论
研究人员将时间分辨的行为结果测量与脑电图（EEG）相结合，采用自然主义竞争性言语范式，探究成人生命跨度中声学和高层加工的行为相关性。与先前使用自然聆听范式的研究不同，研究人员要求参与者聆听短句并复述所理解的词汇。这使得能够使用细粒度、逐词的可懂度测量来分析理解动态。此外，基于自适应阶梯程序测得的个体言语接受阈（speech reception threshold, SRT），任务难度被个体化调整以控制外周限制的影响。由此，平均理解表现跨参与者达到平衡，从而可以就不同策略的使用得出结论，这些策略用于达成相似的表现水平。利用多变量时间响应函数（mTRF）建模，研究人员提供了目标流和干扰流声学及语言语音表征的逐试次神经追踪强度的洞察，以及它们与行为理解表现的关系及这种关系在成人生命跨度中的变化。
通过行为层面和神经层面的逐试次分析，研究人员探讨了多说话人环境中年龄相关言语理解变化机制的总体研究问题。在层级组织的不同水平上研究语音特征，使研究人员能够厘清低层和高层语言机制如何在具有挑战性的自然主义多说话人范式中支持理解表现。低层机制指语音（即包络）和音系（即词和音素起始）加工；高层机制指对概率特征（如词频、词惊讶度和词熵）的反应。
基于先前关于年龄相关时间分辨率和听觉敏锐度变化的证据，研究人员预期老年人会表现出可能影响其注意力过滤策略的低层损伤。此外，研究人员假设在类似所测试的多说话人环境中，老年人会参与高层机制在言语理解中的代偿性招募。具体而言，老年人应在行为和神经层面表现出对高层信息更强的依赖。
研究结果表明，干扰流神经追踪可作为年龄相关语音流分离损伤的行为相关指标。同时，行为和神经结果均表明，随年龄增长对高层目标加工的依赖增强。总体而言，研究结果突显了成人生命跨度中低层损伤与高层代偿之间的相互作用。
三、关键技术方法
研究招募了来自德国莱比锡马克斯·普朗克人类认知与脑科学研究所参与者数据库的63名正常听力参与者（35名女性，年龄19至71岁）。实验采用选择性听觉注意范式，参与者完成240个试次，每个试次同时呈现男声目标句和女声干扰句，听后复述目标句。任务难度基于个体SRT通过自适应阶梯程序个体化调整。EEG数据以1000 Hz采样率、68通道REFA8放大器记录，经带通滤波（0.5-15 Hz）、重参考、独立成分分析（ICA）去伪迹和降采样至128 Hz等预处理。语音特征提取涵盖声学特征（听觉频谱图、宽带包络、包络导数）、音素和词起始（通过WebMAUS Basic强制对齐获得）以及词汇层概率特征（词频、词惊讶度、词熵）。核心分析采用多变量时间响应函数（mTRF）建模，将EEG信号从语音特征中预测，并通过置换检验评估编码模型性能，同时结合广义线性混合模型进行神经-行为相关性分析。
四、研究结果
行为结果
低层和高层特征均预测理解表现。在广义线性混合模型中，研究人员从目标流的词汇层可懂度、惊讶度和熵预测逐词理解表现。结果显示，可懂度、惊讶度及其交互作用预测词汇复述表现。惊讶度的负效应在可懂度较低时更强，即可预测性高的词汇理解更好。词熵正向预测理解表现，与先前研究一致，表明在高不确定性语境中词汇加工更高效。总体而言，年龄和纯音平均阈（pure tone average, PTA）对理解表现有负效应。
老年人对熵的行为依赖更强。模型揭示了年龄与词熵之间的交互作用，表明词熵对理解的影响随年龄增长而增强。具体而言，低词熵对理解表现的负效应随年龄增长更强，提示老年人的理解表现受语言语境调制更强。
句子语境带来的理解增益随年龄增加。研究人员计算了主实验与无关词列表附加模块之间标准化准确率差异。多元线性回归模型显示，年龄与句子语境获得的准确率增益之间存在正相关。因此，在嘈杂环境中，老年人似乎比年轻人更多受益于有意义、连贯句子所提供的更丰富语言语境。
低层TRF模型拟合
目标流和干扰流均存在显著低层追踪。TRF分析显示，低层特征对目标流和干扰流均被显著追踪。与置换零分布相比，声学特征和词及音素起始的编码模型性能显著提高。地形图显示最强编码准确率位于额叶和中央传感器。
年龄对低层编码准确率无影响。使用多元线性回归模型预测每位参与者的平均编码准确率，控制个体SRT、主实验和对照条件准确率及PTA后，年龄与低层编码准确率强度之间无显著关联。
更强的低层编码与更好的理解相关。广义线性混合模型显示，目标流和干扰流的低层追踪对理解表现均有正效应。具体而言，目标词和音素起始的神经追踪及干扰声学的追踪与理解准确率正相关。这表明目标流的词和音素切分对理解至关重要，而对干扰流进行初始声学分析和目标流切分有利于语音流分离和理解表现。
年龄增长与更强的分散性相关。模型揭示了年龄与干扰流词和音素起始神经追踪对理解表现影响之间的显著交互作用。事后简单斜率分析显示，老年人中干扰起始神经追踪存在显著负效应，而年轻人和中年人无此效应。因此，干扰起始的更强神经表征在老年人中产生负面影响，提示在中间（亚词汇）切分层级上对干扰句分配更多注意力可能是老年人言语理解困难的基础。尽管干扰声学追踪与理解正相关，但老年人中干扰起始存在负效应，这可能表明声学分析是理解所必需的，而中间起始层级的追踪标志着对理解有害的分散效应。
高层TRF模型拟合
目标流词汇层特征被显著追踪。对残差化EEG响应从词汇层（词频、惊讶度、熵）和音素层（音素惊讶度、音素熵）概率特征进行TRF分析。词汇层概率特征对目标流被显著追踪，而音素层概率特征未被显著追踪。同样，高层特征对干扰流未被显著追踪。
高层追踪随年龄增长而增强。年龄对词汇层目标追踪存在正效应，老年人对高层语言特征的神经响应更强。
高层目标追踪与理解改善相关。线性混合模型显示高层目标追踪对理解表现有正效应，即目标流词汇层追踪改善时理解表现也改善。该效应无年龄交互作用，表明这种正相关在成人生命跨度中保持稳定。
高层语言追踪可能补偿增强的分散性。探索性分析中，多元回归模型预测每位参与者的平均准确率，结果显示词汇层目标与干扰起始编码准确率之间存在显著交互作用。该交互表明，当干扰起始追踪增强时，词汇层目标追踪对理解表现的正效应更强。该效应特异于干扰起始的神经追踪，干扰声学追踪无显著交互。因此，更强的高层追踪可能补偿个体分散性的增强。然而，基于现有相关性证据，无法对此关系的起源做出因果结论。这些效应与参与者年龄无显著交互，表明这种代偿机制可能是成人生命跨度中在挑战条件下维持言语加工的普遍策略。
时间分辨编码准确率揭示词汇层特征的晚期追踪。探索性时间分辨编码准确率分析显示，高层词汇特征在词起始后400 ms开始的晚期时间窗中被表征。该效应特异于目标句，干扰句无显著编码性能。
更强的晚期语言追踪随年龄增长。年龄与晚期窗口（词起始后400 ms起）词汇层目标特征编码准确率之间存在正相关。这些晚期时间窗通常与词身份和词期望加工相关的高层过程有关。因此，高层过程的神经追踪似乎在成人生命跨度中增强，提示随年龄增长对高层加工的依赖增强。
五、讨论与结论
讨论部分指出，通过结合详细行为理解反应和多元逐试次神经编码模型，研究揭示了两个主要发现：一方面，老年人表现出语音流分离能力受损和分散性增强的迹象，这一行为相关损伤可能促成多说话人环境中年龄相关的理解困难；另一方面，随年龄增长，行为和神经层面对高层语言信息的参与增强。连接这些发现，研究提供了高层追踪可能通过促进成功理解来补偿更强神经分散性的证据。
行为结果显示，理解表现受低层词可懂度以及词惊讶度和词熵的影响。可懂度与惊讶度之间的交互表明惊讶度效应在可懂度较低时更强，且该效应幅度在成人生命跨度中保持恒定。词熵的正效应随年龄增长而增强，可能表明与不确定性相关的注意力动态调制随年龄增加。与这一结论一致，老年人似乎从整体句子语境中获益更多。
神经-行为相关性显示，目标词和音素起始的逐试次神经追踪与理解表现正相关，与先前结果一致。干扰声学追踪的正效应表明对干扰流的初始低层分析有利于语音流分离。高层词汇特征追踪与更好理解表现相关。年龄与声学或词汇层编码对理解效应的交互均不显著，表明编码强度对理解表现的影响在成人生命跨度中保持恒定。
关键的神经-行为发现是，干扰词和音素起始的神经追踪在老年人中对行为有负效应，而年轻人无此效应。由于任务难度基于个体SRT个体化调整，神经分散性差异不能归因于外周听力限制导致的老年人整体表现较差。这一结果进一步支持老年人言语理解受损可能依赖于注意力过滤损伤的观点。
年龄与目标流词汇层编码强度之间的正相关表明，老年人对高层概率特征的神经追踪强于年轻人。时间分辨分析显示，在词起始后400 ms开始的晚期加工窗口中，年龄与词汇层编码性能正相关。结合行为层面发现的老年人对词熵和句子语境依赖增强，结果表明成年晚期在行为和神经层面对高层语言加工的依赖增强。研究证据表明，增强的词汇层追踪可补偿干扰表征增强的有害效应，因此对高层加工依赖的增强可能作为成人生命跨度中在挑战性聆听条件下维持成功言语理解的策略。
结论部分翻译：总而言之，研究人员发现成人生命跨度中存在行为相关的注意力过滤衰退，这可能构成成年晚期言语理解困难的基础。这种低层损伤可能通过行为和神经层面对高层机制依赖的增强而得到补偿。因此，老年人可能日益依赖自然语言中提供的语境线索以在成年晚期维持言语理解能力。这些结果为针对成年晚期言语理解和社会融入的干预措施提供了启示，主张增强高层认知加工以支持言语理解中的代偿性招募。
