工作记忆对成年口吃者与非口吃者听觉节奏辨别的差异性贡献及其神经机制

《Scientific Reports》：Differential contribution of working memory to auditory rhythm discrimination in stuttering and nonstuttering adults

本研究针对成年口吃者（AWS）节奏感知研究结果不一致的问题，通过整合三项研究数据（n=159），首次发现AWS群体节奏辨别能力与工作记忆（WM）呈显著正相关（简单节奏r=0.475，复杂节奏r=0.501），而对照组相关性较弱。结果表明AWS可能通过依赖工作记忆的间隔计时机制（interval-based timing）补偿基底节-丘脑-皮层网络（BGTC）相关的节拍计时缺陷（beat-based timing），为口吃神经机制提供了新的行为证据。

　　

当我们说话时，语言的流畅输出依赖于精密的节奏控制。然而对于全球约1%的成年口吃者（Developmental Stuttering）而言，这种自然的语言节律会被不自主的重复、延长或停顿打断。数十年的研究表明，这种神经发育障碍与基底节-丘脑-皮层网络（BGTC）的结构和功能异常密切相关，而该网络同样参与非言语的节奏处理。有趣的是，虽然口吃儿童普遍表现出节奏感知缺陷，但成年口吃者的相关研究却得出了不一致的结论——有些研究发现缺陷，有些则未发现显著差异。

这种矛盾现象背后可能隐藏着重要的认知补偿机制。美国密歇根大学Emily O. Garnett领衔的研究团队在《Scientific Reports》发表的最新研究提出一个创新假说：成年口吃者可能通过调动不同的计时系统来弥补先天的节奏处理缺陷。具体而言，他们可能从自动的节拍计时机制（beat-based timing）转向更需要认知资源参与的间隔计时机制（interval-based timing），而后者高度依赖工作记忆（Working Memory, WM）能力。

为验证这一假说，研究团队整合了三项独立研究的数据，共纳入159名参与者（65名成年口吃者，94名对照）。所有参与者均完成了自动化操作广度任务（Operation Span, OSPAN）——一种经典的工作记忆容量测量任务，以及听觉节奏辨别任务。节奏刺激包括简单节奏（有规律强化的明显节拍）和复杂节奏（缺乏一致节拍标记），源自Grahn和Brett建立的范式。

研究方法的核心在于结合行为测量与群体比较分析。工作记忆通过OSPAN任务评估，该任务要求参与者在验证数学表达式的同时记忆字母序列，有效测量领域一般性的注意控制能力。节奏辨别任务采用信号检测论框架，计算敏感性指标d'和反应偏向c。统计分析包括方差分析检验组间差异，以及Pearson相关分析考察工作记忆与节奏辨别的关联。

研究结果揭示了四个关键发现。首先，两组在工作记忆容量上无显著差异（AWS: M=51.81, SD=15.65; 控制组: M=55.24, SD=15.62），表明口吃本身不必然导致一般工作记忆缺陷。其次，节奏辨别表现出典型的节拍优势效应——简单节奏的辨别显著优于复杂节奏（p<0.001），这一模式在两组中均存在。

第三，相关分析结果支持了核心假说：成年口吃者的工作记忆与节奏辨别呈显著正相关，而对照组相关性较弱。对于简单节奏，成年口吃者r(61)=0.475（p<0.001），对照组r(91)=0.120（p=0.252）；对于复杂节奏，成年口吃者r(63)=0.501（p<0.001），对照组r(91)=0.228（p=0.028）。Fisher r-to-z转换显示组间差异显著（简单节奏z=2.38, p=0.0044；复杂节奏z=1.91, p=0.0281）。

最后，当中位分割将成年口吃者分为高、低工作记忆组后，高工作记忆成年口吃者与对照组在节奏辨别上无差异，而低工作记忆成年口吃者表现显著较差，尤其对复杂节奏（t(118)=3.81, p<0.001, Cohen's d=0.833）。

这些发现支持了补偿机制假说：成年口吃者可能通过依赖工作记忆的间隔计时策略来弥补节拍计时缺陷。从神经机制看，节拍计时与BGTC网络（特别是辅助运动区和壳核）相关，而间隔计时则更多涉及小脑网络。前人的fMRI研究已发现成年口吃者在节奏辨别时BGTC区域活动增强但效率较低，同时基底节与小脑间的功能连接改变，提示间隔计时机制的代偿性招募。

该研究的理论意义在于为口吃的异质性表现提供了认知解释框架，揭示了工作记忆容量如何调节代偿策略的有效性。实践上，这些发现为针对性干预提供了方向：针对工作记忆的训练可能增强口吃者的节奏处理能力，而强调节拍结构的环境设置可能降低对认知资源的需求。未来研究可进一步探索不同计时机制在口吃儿童向成人发展过程中的动态变化，以及它们与言语流畅性改善的直接关联。

总之，这项研究通过巧妙的实验设计和多层次分析，揭示了成年口吃者节奏感知背后的认知代偿机制，为理解这一复杂神经发育障碍的认知神经基础提供了重要突破。