听觉流分离降低听觉-运动同步敲击中的细分成本：节奏感知对同步稳定性的调节作用

《Heliyon》：Stream segregation reduces the subdivision cost in auditory-motor synchronized tapping

本研究针对听觉-运动同步中存在的“细分成本”现象，探讨了音调序列结构（特别是听觉流分离）对同步稳定性的影响。通过让参与者同步敲击ABA_序列中的B音，发现当音调频率差异较大（>10半音）且刺激间隔（ISI）较短（100 ms）时，听觉流分离能够缓解细分成本，提高敲击稳定性。该研究为理解节奏感知与运动协调的神经机制提供了新视角，对节奏训练和运动障碍康复具有潜在应用价值。

　　

当我们随着音乐节拍点头、跺脚或跳舞时，大脑正悄然进行一场精密的计时演算。这种将身体运动与听觉节拍同步的能力，即感觉运动同步（Sensory-Motor Synchronization），是人类互动、音乐表演和日常活动的基础。科学家常通过手指敲击任务来研究这一过程，并观察到一个有趣现象：人们倾向于在声音出现之前就提前敲击，这种负平均异步性（Negative Mean Asynchrony）表明我们是在预测而非被动反应节奏事件。然而，当节奏变得复杂，例如需要每隔一个或几个节拍敲击一次（即1:n敲击）时，同步的稳定性就会出现微妙变化。研究发现，当刺激间隔（Inter-Stimulus Interval, ISI）超过300毫秒时，插入细分音调反而能提升同步稳定性，产生“细分益处”（Subdivision Benefit）；但当ISI短于300毫秒时，细分却会导致更大的变异性，即“细分成本”（Subdivision Cost）。这一矛盾现象难以用现有的预测编码或时间参照理论完全解释，暗示节奏的感知结构可能在其中扮演关键角色。

听觉流分离（Stream Segregation）是听觉场景分析中的核心现象，指大脑将交替的高、低音调组织成整合或分离的流。例如，ABA_ABA...序列在音调差异大、ISI短时，会被感知为两个独立的流（A_A_A...和B_B_B_...），而非整合的gallop节奏。这种感知转换是否会影响运动同步中的细分成本？为此，研究人员在《Heliyon》上发表了题为“Stream segregation reduces the subdivision cost in auditory-motor synchronized tapping”的研究，通过精巧的实验设计揭示了听觉流分离对同步稳定性的调节作用。

研究采用同步敲击任务，招募16名健康参与者，让他们在隔音室中通过耳机聆听ABA_模式音调序列，并同步敲击其中的B音。实验操纵三个关键变量：音调频率差异（窄：<5半音；宽：>10半音）、ISI（100、200、300毫秒，对应敲击间隔ITI为400、800、1200毫秒）以及音高变化方向（上/下）。通过计算敲击与目标音onset的时间差（时间异步性），分析其均值（准确性）和标准差（SD，稳定性）来评估同步表现。

结果发现，所有条件下均出现负平均异步性，但细分效应并未体现在准确性上，而是显著反映在同步稳定性中。在长ITI（1200毫秒）时，控制条件（单一音调重复）的SD显著高于分离条件（窄、宽序列），表现出细分益处；而在短ITI（400毫秒）时，分离条件的SD反而高于控制条件，证实了细分成本的存在。尤为关键的是，在ITI为400毫秒时，宽序列的SD显著低于窄序列，表明音调差异增大缓解了细分成本。事后报告确认，仅宽序列在ITI 400毫秒时被感知为分离流，说明感知结构而非单纯的物理差异驱动了稳定性改善。

研究人员进一步计算了细分指数（Subdivision Index, SI），即实验条件与控制条件SD的差值。在ITI 400毫秒时，SI显著为负（细分成本），但宽序列的SI负值小于窄序列；在ITI 1200毫秒时，SI转为正（细分益处）。这些发现表明，听觉流分离通过改变节奏感知复杂性，调节了顶叶皮层（Inferior Parietal Lobe, IPL）在节奏处理中的作用，进而影响运动皮层的同步执行。支持这一观点的神经影像学研究表明，IPL与听觉流分离和节拍感知密切相关，而动作模拟听觉预测（Action Simulation for Auditory Prediction, ASAP）假说强调了背侧听觉通路在听觉-运动耦合中的枢纽地位。

材料与方法

研究招募16名健康参与者，采用ABA_音调序列（频率：C4=261.6 Hz、D4=293.6 Hz、G#6=1661.2 Hz、A6=1760 Hz），通过控制音调差异（窄/宽）和ISI（100/200/300 ms）设计实验条件。参与者需同步敲击目标音，敲击时机由定制设备记录，时间异步性的均值与SD用于评估同步表现。

结果1：时间异步性分布揭示基本模式

所有条件下敲击均早于音调onset，呈现负平均异步性。分布直方图显示，ITI缩短时，异步性的变异性增加。

结果2：细分效应主要体现在同步稳定性

平均异步性仅受ITI主效应影响，而SD分析显示，ITI与频率差异存在交互作用。在ITI 400 ms时，分离条件SD高于控制条件（细分成本），但宽序列SD低于窄序列；在ITI 1200 ms时，控制条件SD高于分离条件（细分益处）。

结果3：细分指数量化感知结构的影响

SI分析表明，短ITI下细分成本显著，但宽序列的成本较小；长ITI下细分益处显著。这一结果与听觉流分离的感知报告一致。

本研究的结论强调，音调序列的结构通过听觉流分离调节细分成本，尤其在短ITI下，分离感知可提升同步稳定性。这不仅深化了我们对节奏感知-运动协调机制的理解，还为节奏训练、音乐教育及运动障碍康复提供了理论依据。未来研究可结合fMRI等技术，直接观测IPL在流分离中的活动，进一步揭示其神经基础。