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想知道古埃及人怎麼說話?科學家讓三千歲的木乃伊發給你聽!──法科地史合作企劃

Peggy Sha
・2020/08/04 ・2356字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 476 ・五年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

科學家讓木乃伊發出聲音啦!

木乃伊真是神秘又令人著迷的存在,研究者三不五時把他們抓來玩(誤)好像也就不太奇怪 ,比如說採採他們的 DNA 啦、重建個臉啦、讓他發出個聲音啦(大驚)

沒錯,就是讓他發出聲音!今年初,來自倫敦大學皇家霍洛威學院 (Royal Holloway, University of London) 的研究團隊運用 3D 列印的方式,為一具 3,000 多歲的木乃伊 Nesyamun 重建了聲道,還讓他成功發出了聲音!

什麼?三千年前的屍體還能發聲!?

還請大家莫急莫慌莫害怕,木乃伊並不是本人爬起來發出聲音了,研究者用的方式稍微迂迴了一些,請容我為各位解釋解釋。

沒有!木乃伊本人沒有爬起來唱歌跳舞!圖/Giphy

想要重建木乃伊的聲音,首先,你需要非常精準的電腦斷層掃描技術(Computed Tomography,以下簡稱 CT),以掃瞄出完整的聲道結構。每個人的聲道都不盡相同,而這些不同,也造就了每個人獨特的嗓音。

經由 CT,科學家確認了這個木乃伊的聲道結構,雖然他的舌頭早已乾燥萎縮,軟顎也已經消失了,但喉嚨等部位都完整地保留了下來,因此提供了足夠的資訊進行接下來的模擬。

送木乃伊去拍照囉!圖/© Leeds Teaching Hospitals/Leeds Museums and Galleries

用 3D 列印開啟木乃伊的發聲練習!

掃描之後,科學家們利用 3D 列印的技術將木乃伊的聲道給印了出來,而後運用語音合成樂器「Vocal Tract Organ」去模擬出語音。這個樂器有兩種使用方法,第一種是將它當作和弦樂器使用,並利用數位介面音樂鍵盤彈奏;第二種方式呢,則是將它變成可以透過 Arduino 處理的嵌入式系統,而後以兩根操縱桿進行演奏。

那這個樂器跟 3D 列印出的聲道是如何結合的呢?第一步,先拿出喇叭,喇叭的一端連結 3D 聲道的喉嚨端,另一端則連結電腦。接著,研究團隊用「Vocal Tract Organ」模擬出聲音,並讓聲音透過喇叭進入 3D 聲道,進而讓木乃伊發出聲音。

3D 列印出的精美聲道!圖/David Howard/Royal Holloway, University of London

不過,雖然將整個聲道都給印出來了,研究者們目前卻只能讓他發出一個短促母音,這聲音介於英文的「bed」、「bad」兩個音之間。(作者表示:我覺得聽起來好像也介於「呃」跟「恩」之間)

可別小看這短短的一聲,總歸是給了我們一點點線索去推斷他原本的聲音,而這種重建的過程,可不是每一具木乃伊都可以做的呢!屍體的保存必須極度完整,軟組織都得盡量保存下來,才有辦法進行後續的掃描與模擬。

歷經各種科學實驗,身經百戰的古埃及祭司

說到這裡,就不得不談談這次實驗的主角──Nesyamun,他可真是走在科研最前端的木乃伊之一。他最早是在西元 1824 年被解開,並由外科醫生和化學家進行了相關研究。等到 X 光發明之後呢,他從 1931 年開始陸續經過數次 X 光檢測。1990 年更經歷了一次完整「健檢」,包含內視鏡檢查法、組織檢查、X 光檢測、早期 CT 檢測等等。

這種種的檢查,讓我們知道 Nesyamun 是在 50 多歲死亡的。他的棺木上刻著名字,不過在破譯的過程中輾轉有了各式各樣的名字(破解的時候總是要多方嘗試的,你知道),直到最後才確定了他真正的名字應該是 Nesyamun。

Nesyamun 刻在棺上的名字。圖/研究圖片

Nesyamun 生在法老拉美西斯十一世 (Ramses XI) 在位期間,當時的政治情勢十分動盪不安。他生前是一位祭司與抄寫員,某個程度上來說,稱得上是半個靠聲音吃飯的人,需要不斷地使用聲音來進行禱告和吟唱等日常祭祀活動。

他的死亡原因可能是嚴重的過敏反應,他的身上也有其他病痛的痕跡,包含牙周炎和嚴重磨損的牙齒,而他目前的安歇之處則是英國的里兹城市博物館 (Leeds City Museum)。

古埃及的祭司在日常的祭祀中需要頻繁地使用聲音。圖/needpix

用看的還不夠,期待聖地巡遊能有視聽雙重享受

認識了 Nesyamun 後,你可能會對實驗產生一些疑慮:這木乃伊躺在那兒幾千年了,把人家挖出來還讓人家發出聲音是不是不太好啊?

對此,科學家們煞費苦心地解釋了一番,在整個研究的過程中,所使用的方法都是非侵入式的,所以並沒有損及木乃伊本身。而在古埃及人的信仰中,深信「說出死者之名能讓他們重新活過來」,Nesyamun 更是在陪葬物中表明了,他希望自己的聲音在死後也能被聽見,好獲得永生。可以說研究團隊採用了最新的技術,間接地為他完成了遺願。

另一方面,光讓木乃伊發出單音還不夠,研究團隊更希望可以完整重建出一段語音,像是古埃及禱文等內容,以便在卡納克神廟 (Karnak temple) 等觀光勝地播放,如此一來,遊客們參觀時不僅可以看見過去的文物,更能聆聽來自古老時代的聲音,想必能讓體驗更加完整。

你想要聽見木乃伊為你朗誦什麼內容呢?

 

本篇文章是《法科地史 Focus This》的合作企劃文章!

由【法律白話文運動】X 【PanSci 泛科學】X【地球圖輯隊】X【故事StoryStudio】共同協力!

如果想看我們家的文章在地球圖輯隊網站的樣子,點這裡

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Peggy Sha
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曾經是泛科的 S 編,來自可愛的教育系,是一位正努力成為科青的女子,永遠都想要知道更多新的事情,好奇心怎樣都不嫌多。

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【2022 年諾貝爾生理或醫學奬】復現尼安德塔人消逝的 DNA,也映襯我們何以為人
寒波_96
・2022/10/06 ・8168字 ・閱讀時間約 17 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

人對自身歷史的好奇歷久彌新。最近十年古代 DNA 研究大行其道,光是發表於 Cell、Nature、Science 的論文就多到要辛苦讀完,加上其他期刊更是眼花撩亂。「古代遺傳學」的衝擊毋庸置疑,開創者帕波(Svante Pääbo)足以名列歷史偉人;然而,得知 2022 年諾貝爾生理或醫學獎由他一人獨得 ,還是令人吃驚——諾貝爾獎竟然會頒給人類演化學家?

諾貝爾獎有物理獎、有化學獎,但是沒有生物學獎,而是「生理或醫學獎」。帕波獲獎的理由是:「發現滅絕人類的基因組以及研究人類演化」。乍看和生理或醫學沒有關係,深入思考……好像還真的沒有什麼關係。

偷用強者我朋友的感想:「應該就是選厲害的。第一個和生理或醫學無關的生理或醫學獎得主,聽起來滿屌的」。

帕波直接的貢獻非常明確,在他的努力下,重現消失數萬年的尼安德塔人(Neanderthal)基因組。他為什麼想要這樣做,過程中經歷什麼困難,發現又有什麼意義呢?

喜愛古埃及的演化遺傳學家

帕波公元 1955 年在瑞典出生,獲獎時 67 歲。他從小對古埃及有興趣,大學時選擇醫學仍不忘古埃及,但是一生都在追求新奇的帕波,嫌埃及研究的步調太慢,後來走上科學研究之路。1980 年代初博士班時期,他使用當時最高端的分子生物學手段探討免疫學,成果發表於 Cell 等頂尖期刊,可謂免疫學界的頂級新秀。

然而,他始終無法忘情逝去的世界。1984 年美國的科學家獲得斑驢的 DNA 片段,轟動一時。斑驢已經滅絕一百年,能夠由其遺骸取得古代 DNA,令博士生帕波大為震撼。他很快決定結合自己的專業與興趣,嘗試由古埃及木乃伊取得 DNA,並且獨立將結果發表於 Nature 期刊。

古代 DNA。圖/取自 參考資料 1

博士畢業後,帕波義無反顧地轉換領域,遠渡美國追隨加州柏克萊大學的威爾森(Allan Wilson)。威爾森在 1970 年代便開始探討分子演化,後來又根據不同人類族群間粒線體 DNA 的差異,估計非洲以外的人群,分家只有幾萬年,支持智人出非洲說。

帕波正式投入相關研究後意識到,從古代樣本取樣 DNA 的汙染問題相當嚴重。這邊「汙染」的意思是,並非抓到樣本內真正的古代 DNA 目標,而是周圍環境、實驗操作者等來源的 DNA;包括他自己之前的木乃伊 DNA,很可能也不是真正的古代 DNA。另一大問題是,生物去世後 DNA 便會開始崩潰,經歷成千上萬年後,樣本中即使仍有少量遺傳物質殘存,含量也相當有限。

帕波投入不少心血改善問題。例如那時新發明的 PCR 能精確並大量複製 DNA,他馬上用於自己的題目(更早前是利用細菌,細菌繁殖時順便生產 DNA)。多年嘗試後,他決定放棄埃及木乃伊(埃及木乃伊的基因組在 2017 年成功),改以遺傳與智人差異較大的尼安德塔人為研究對象。

取得數萬年前尼安德塔人的 DNA

根據現有的證據,尼安德塔人是距今約 4 萬到 40 多萬年前的古人類。確認為尼安德塔人的第一件化石,於 1856 年在德國的尼安德谷發現,並以此得名(之前 2 次更早出土化石卻都沒有意識到)。這是我們所知第一種,不是智人的古代人類(hominin)。

對於古人類化石,一百多年來都是由考古與型態分析。帕波帶著遺傳學工具投入,不但增進考古和古人類學的知識,也拓展了遺傳學的領域。他後來前往德國的慕尼黑大學,幾年後又被挖角到馬克斯普朗克研究所,領導萊比錫新成立的人類演化部門,多年來培養出整個世代的科學家,也改變我們對人類演化的認知。

不同個體的粒線體 DNA 之間差異,智人與黑猩猩最多,智人與智人最少,智人與尼安德塔人介於期間。圖/取自 參考資料 2

帕波在 1996 年首度取得尼安德塔人的 DNA 片段,來自粒線體。他為了確認結果,邀請一位美國小女生重複實驗,驗證無誤,她就是後來也成為一方之霸的史東(Anne Stone)。比較這段長度 105 個核苷酸的片段,尼安德塔人與智人間的差異,明顯超過智人與智人。

然而,粒線體只有 16500 個核苷酸,絕大部分遺傳訊息其實藏在細胞核的染色體中。想認識尼安德塔人的遺傳全貌,非得重現細胞核的基因組。

可是一個細胞內有數百套粒線體,只有 2 套基因組,因此粒線體 DNA 的含量為細胞核數百倍;而且染色體合計超過 30 億個核苷酸,數量無比龐大。可以說,細胞核基因組可供取材的 DNA 量少,需要復原的訊息又多,比粒線體更難好幾個次元。

方法學與時俱進:從 PCR 到次世代定序

一開始,帕波與合作者使用 PCR,但是帕波知道這是死路一條。取樣 DNA 會破壞材料,尼安德塔人的化石有限;PCR 一次又只能復原幾百核苷酸,要完成 30 億的目標遙遙無期。

帕波持續努力克服難關。2000 年人類基因組首度問世,採取「霰彈槍」定序法,大幅提升效率;也就是將 DNA 序列都打碎,一次定序一大堆片段,再由電腦程式拼湊。帕波因此和 454 生命科學公司合作,改用新的次世代定序法,偵測化石中的古代 DNA。2006 年發表的論文可謂里程碑,報告次世代定序得知的 100 萬個尼安德塔人核苷酸,足以進行一些基因體學的分析。

帕波當時在美國的合作者魯賓(Edward Rubin)持續使用 PCR,雙方分歧愈來愈大,終於分道揚鑣。所以很可惜地,2010 年尼安德塔人基因組論文發表時,魯賓沒有參與到最後。這是人類史上第一次,取得滅絕生物大致完整的基因組,也是帕波獲頒諾貝爾獎的直接理由。

帕波戰隊。圖/取自 The Neandertal Genome Project

鐵證:尼安德塔人與智人有過遺傳交流

這份拼湊多位尼安德塔人的基因組,儘管品質不佳,卻足以解答一個問題:尼安德塔人與智人有過混血嗎?答案是有,卻和本來想的不一樣。尼安德塔人沒有長居非洲,主要住在歐洲、西南亞、中亞,也就是歐亞大陸的西部。假如與智人有過混血,歐洲人應該最明顯。結果並非如此。

帕波的組隊能力無與倫比,他廣邀各領域的菁英參與計畫,不只取得 DNA 資料,也陸續研發許多分析資料的手法,其中以哈佛大學的瑞克 (David Reich)最出名。

分析得知,非洲以外,歐洲、東亞、大洋洲的人,基因組都有 1% 到 4% 能追溯到尼安德塔人(後來修正為 2% 左右)。所以雙方傳承至今的混血,發生在智人離開非洲以後,又向各地分家以前;並非尼安德塔人主要活動的歐洲。

首度由 DNA 定義古代新人類:丹尼索瓦人

復原古代基因組的工作相當困難,不過引進次世代定序後,從不可能的任務降級為難題,尼安德塔人重出江湖變成時間問題。出乎意料,同樣在 2010 年,帕波戰隊又發表另外 2 篇論文,描述一種前所未知的古人類:丹尼索瓦人(Denisovan)。不是藉由化石,而是首度由 DNA 得知新的古代人種。

根據細胞核基因組,尼安德塔人、丹尼索瓦人的親戚關係最近,智人比較遠,三群人類間有過多次遺傳交流。圖/取自 參考資料 1

丹尼索瓦人得名於出土化石的遺址(地名來自古時候當地隱士的名字),位於西伯利亞南部的阿爾泰地區,算是中亞。帕波對這兒並不陌生,之前俄羅斯科學家在這裡發現過尼安德塔人化石,而且由於乾燥與寒冷,預計化石中的古代 DNA 保存狀況應該不錯。

帕波戰隊對丹尼索瓦洞穴中的一件小指碎骨定序,首先拼裝出粒線體,驚訝地察覺到這不是智人,卻也不是尼安德塔人,接下來的細胞核基因組重複證實此事。它們變成前後 2 篇論文,帕波出名的不喜歡物種爭論,不使用學名,所以直稱其為「丹尼索瓦人」。

還有幾顆丹尼索瓦洞穴出土的牙齒也尋獲粒線體,而且這些臼齒特別大,型態前所未見。奇妙的是,丹尼索瓦人粒線體、基因組的遺傳史不一樣;和智人、尼安德塔人相比,尼安德塔人的粒線體比較接近智人,細胞核基因組卻比較接近丹尼索瓦人。

這反映古代人類群體間的遺傳交流相當複雜,不只是智人、尼安德塔人,也不只有過一次。後來又在丹尼索瓦洞穴發現一位爸爸是丹尼索瓦人、媽媽是尼安德塔人的混血少女,更是支持不同人群遺傳交流的直接證據。

遠觀丹尼索瓦洞穴。圖/取自論文〈Age estimates for hominin fossils and the onset of the Upper Palaeolithic at Denisova Cave〉的 Supplementary information

回溯分歧又交織的人類演化史

重現第一個尼安德塔人基因組後,帕波戰隊持續改進定序與分析的技術,也獲得更多樣本,深入不同族群的分家年代、彼此間的混血比例等問題,新知識不斷推陳出新。

丹尼索瓦人方面,如今仍無法確認他們的活動範圍,不過很可能是歐亞大陸偏東部的廣大地區。一如尼安德塔人,丹尼索瓦人也與智人有過遺傳交流。

最初估計某些大洋洲人配備 4% 到 6% 的丹尼索瓦人血緣,後來修正為 2% 左右(不同方法估計的結果不一樣,總之和尼安德塔血緣差不多)。不同智人具備丹尼索瓦 DNA 的比例差異頗大,某些大洋洲人之外,東亞族群也具備些許,歐亞大陸西部的人卻幾乎沒有。

到帕波獲得諾貝爾獎為止,古代 DNA 最早的紀錄是超過一百萬年的西伯利亞古代象。圖/最早古代DNA,超過一百萬年的西伯利亞象

至今年代最古早的人類 DNA,來自西班牙的胡瑟裂谷(Sima de los Huesos),距今 43 萬年左右(最早的是超過一百萬年的古代象,由受到帕波啟發的其餘團隊發表)。根據 DNA 特徵,胡瑟裂谷人的細胞核基因組更接近尼安德塔人,可以視作初期的尼安德塔人族群。然而,他們的粒線體卻更像丹尼索瓦人。

帕波開發的研究方法,不只針對消逝的智人近親,也能用於古代智人與其他生物,累積一批數萬年前智人的基因組。釐清近期的混血事件外,還能探討不同人群當初分家的時期。估計尼安德塔人、丹尼索瓦人約在 40 多萬年前分家,他們和智人的共同祖先,又能追溯到距今 50 到 80 萬年的範圍。

智人何以為智人?遠古血脈的傳承,磨合,新適應

消逝幾萬年的尼安德塔人、丹尼索瓦人,皆為智人的極近親。由於數萬年前的遺傳交流,仍有一部分近親血脈流傳於智人的體內。這些血脈經過數萬年,早已融入成為我們的一部分。

人,人,人,人呀。圖/取自 參考資料 2

智人的某些基因與基因調控,受到遠古混血影響。最出名的案例,莫過於青藏高原族群(圖博人或藏人)的 EPAS1 基因繼承自丹尼索瓦人,比智人版本的基因更有利於適應缺氧。另外也觀察到許多案例,與免疫、代謝等功能有關。

近年 COVID-19(武漢肺炎、新冠肺炎)席捲世界,觀察到感染者的症狀輕重受到遺傳差異影響;其中至少兩處 DNA 片段,一處會增加、另一處降低住院的機率,都可以追溯到尼安德塔人的遠古混血。

非洲外每個人都有 1% 到 2% 血緣來自尼安德塔人,不同人遺傳到的片段不一樣。將不同智人個體的片段拼起來,大概能湊出 40% 尼安德塔人基因組(不同算法有不同結果),也就是說,當初進入智人族群的尼安德塔 DNA 變異,不少已經失傳。

失傳可能是機率問題,某一段 DNA 剛好沒有智人繼承。但是也可能是由於尼安德塔 DNA 變異,對智人有害或是遺傳不相容,而被天擇淘汰。遺傳重組之故,智人基因組上每個位置,繼承到尼安德塔變異的機率應該差不多;可是相比於體染色體,X 染色體的比例卻明顯偏低;這意謂智人的 X 染色體,不適合換上尼安德塔版本。

例如 2022 年發表的論文,比較 TKTL1 基因上的差異對智人、尼安德塔人神經發育的影響。圖/取自〈Human TKTL1 implies greater neurogenesis in frontal neocortex of modern humans than Neanderthals

智人之所以異於非人者幾希?藉由比較智人的極近親尼安德塔人,能深入思考這個大哉問。是哪些遺傳改變讓智人誕生,後來又衍生出什麼不可取代的遺傳特色?另一方面也能反思,某些我們以為專屬智人的特色,其實並非智人的專利。

分析遺傳序列,畢竟只是鍵盤辦案,一向雄心壯志的帕波,當然想要更進一步解答疑惑。比方說,尼安德塔人、智人間某處 DNA 差異對神經發育有什麼影響?體外培養細胞、模擬器官發育的新穎技術,如今也被帕波引進人類演化學的領域。

瑞典與愛沙尼亞之子,德國製造,替人類做出卓越貢獻的人

回顧完帕波到得獎時的精彩成就,他的工作與生理或醫學有哪些關係,各位讀者可以自行判斷。我還是覺得沒什麼直接關係,如遠古混血影響病毒感染的重症機率這種事,那些 DNA 變異最初是否源自尼安德塔人,其實無關緊要。不過多少還是有些影響,像是為了研究古代基因組而研發出的基因體學分析方法,應該也能用於生醫領域。

《尋找失落的基因組》台灣翻譯本。

帕波 2014 年時發表回憶錄《尋找失落的基因組》,自爆許多內幕。台灣的翻譯出過兩版,可惜目前絕版了。我在 2015 年、2019 年各寫過一篇介紹。書中有許多值得玩味之處,不同讀者會看到不同重點,有興趣可以找來閱讀,看看有什麼啟發。

主題是諾貝爾獎就不能不提,帕波得獎也讓諾貝爾新添一組父子檔,他的爸爸伯格斯特龍(Sune Karl Bergström)是 1982 年生理或醫學獎得主。為什麼父子不同姓?因為他是隨母姓的私生子,父子間非常不熟。

他的媽媽卡琳.帕波(Karin Pääbo)是愛沙尼亞移民瑞典的化學家,2007 年去世前曾在訪問提及,她兒子在 13、14 歲時從埃及旅遊回來,對科學產生興趣。帕波獲頒諾貝爾獎後受訪提到,可惜媽媽已經去世,無法與她分享榮耀。移民異國討生活的單親媽媽,能夠養育出得到諾貝爾獎的兒子,也可謂偉大成就。

人類演化的議題弘大淵博,但是究其根本,依然要回歸到一代一代的傳承。每個人都無比渺小,卻也是全人類中的一份子,親身參與其中。諾貝爾生理或醫學獎 2022 年的頒獎選擇,乍看突兀,仔細思索卻頗有深意。帕波的研究也許很不生理或醫學,卻再度強化諾貝爾奬設立的精神:「獎勵替人類做出卓越貢獻的人」。

  • 帕波得獎後接受電話訪問:

延伸閱讀

參考資料

  1. Press release: The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2022. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2022. Wed. 5 Oct 2022.
  2. Advanced information. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2022. Wed. 5 Oct 2022.
  3. Geneticist who unmasked lives of ancient humans wins medicine Nobel
  4. Ancient DNA pioneer Svante Pääbo wins Nobel Prize in Physiology or Medicine
  5. Nature 論文蒐集「Nobel Prize in Physiology or Medicine 2022
  6. Estonian descendant Svante Pääbo awarded Nobel prize

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

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口罩影響幼兒「讀」懂情緒?口罩新生代:幼兒情緒 3 大關鍵發現
雞湯來了
・2022/10/02 ・2250字 ・閱讀時間約 4 分鐘

  • 文/雞湯來了特派員 林威廷
  • 校稿/雞湯來了 陳世芃
  • 製圖/雞湯來了 黃珮甄、雞湯來了實習生 翁欣容
  • 編輯/雞湯來了 蕭子喬
圖/雞湯來了

自從 COVID-19 疫情爆發,戴口罩已成為日常生活的新常態。口罩遮住了人們大部分的臉,讓彼此看不到完整長相,更看不到豐富的臉部表情。究竟,這是否對人與人之間的互動有深遠的影響?

更值得注意的是,臉部表情屬於肢體語言的一部份,是言語溝通之外,辨識與表達情緒相當重要的管道。各級學校教師和照護中心人員,為了避免傳播病毒,多會戴上口罩。

然而,在這種環境下成長,年紀還小且對於情緒辨識還在初步學習中的幼兒,是否會因此失去與人正常互動和判斷情緒的機會呢?對於他們情緒辨識的發展,又有什麼影響呢?

「口罩是否會影響幼兒判斷他人情緒」一題,雞湯來了綜整多篇研究,發現西方相關研究較多,而結果其實眾說紛紜。許多研究藉由不同實驗設計,不同切入視角、樣本對照,便得出了不同結果。不過,我們也因而從中歸納出幾個關於口罩新生代幼兒情緒發展的重要發現。

關鍵發現 1|年齡發展階段:3-5 歲最受口罩影響

2021 年 5 月一組研究團隊發表一篇研究,他們測試「3-5 歲幼兒」、「6-8 歲兒童」和「成人」三個群體判斷人臉情緒的正確率:他們準備了不同情緒的人臉,將人臉的照片後製放上口罩,讓這三群人判斷情緒。

圖/雞湯來了

結果發現:不同年齡層的群體中,「3-5 歲幼兒」面對戴或沒戴口罩的人,回答對方情緒的「答對與否」比例差距最大,可說上述三種對象中最受口罩遮臉影響的群體。研究也推論,因為「3-5 歲幼兒」判斷情緒的主要來源仍是臉部表情;6 到 8 歲兒童和成人,則較懂得運用其他情境線索來判斷情緒。

圖/雞湯來了

關鍵發現 2|容易被混淆的情緒:生氣與難過

另一篇 2021 年 11 月的研究,從 9 間照護中心招募 276 位 3-6 歲的幼兒, 讓他們判斷 15 個演員所拍的 90 張人臉照片的情緒。這些幼兒判斷「照片中沒戴口罩的人之情緒」正確率為 70.6%,若將照片換成戴上口罩的人,這些幼兒判斷的正確率仍為 66.9%!

特別的是,有約 25% 無法區分生氣和難過這兩種情緒,占了辨識情緒錯誤之中的多數,可見對於幼兒而言,「生氣」和「難過」在臉部表情上有許多相似的特徵,如何進一步區分情緒,是可以進一步討論的課題。

圖/雞湯來了

關鍵發現 3|表情之外的辨識來源:聲音的判斷力

其實在疫情之前,2019 年就有研究團隊關注過幼兒的情緒判斷能力。他們不只關心臉部表情,也關注聲音。他們讓 313 位就讀幼兒園的 3-6 歲幼兒:分別透過觀察「臉部表情」和「聽聲音」來判斷情緒。

結果發現:觀察「臉部表情」的視覺判斷正確率最高達 8 成,但以「聽聲音」聽覺判斷的正確率只有 5-6 成。由此可知,對於幼兒而言,視覺很可能比聽覺更容易判斷情緒。

研究也進一步分析,發現觀察「臉部表情」時,「開心」的情緒比起「生氣和難過」更容易透過視覺判斷出來;但若只有「聽聲音」的話,悲傷的情緒比較容易被察覺。

圖/雞湯來了

幼兒情緒教育可以怎麼做?疫情之下把握可控的 2 個安心實踐

由上述的幾項研究結果,我們可以發現兩個重點:

  1. 喜怒哀樂,判斷各種情緒的難易度不同
    幼兒判斷不同情緒的能力程度是有差異性的,差異性的原因可能來自於年齡,或者為情緒的不同性質,比如說幼兒最容易辨識開心,但容易混淆難過與生氣。
  2. 除了表情,還有多種判斷情緒的來源
    判斷情緒的依據不只有臉部表情,肢體、聲音語調、各種情境線索也能幫助我們判斷情緒。

或許,在口罩還是一種日常必須之時,我們可以多著眼於其他「可控」的因素,例如引導孩子判斷情緒的多元方法,從聲音、其他肢體語言等判斷;又或者更進一步和孩子透過故事或案例,討論生氣與難過的的差異,嘗試學習更多口罩日常的情緒辨識之道。

圖/雞湯來了

大人可以透過繪本共讀的方式,討論繪本中的角色在故事中的情境中「產生了什麼情緒」、「為什麼會產生這樣的情緒」。共讀討論時,不只從圖片中角色的表情,還可以從書中角色的肢體動作、其他角色的反應等多元脈絡,練習判斷角色的情緒類型和產生原因。

甚至,我們可以進一步在日常生活中,引導孩子正視自己的情緒、接納並以合適的方式表達情緒。同時引導幼兒觀察目前身處的情境,例如現在是什麼場合、現場的人們在做什麼、我應該如何表現等等。

相關推薦:繪本推薦與引導孩子情緒的方法

延伸閱讀:雞湯來了

參考資料

  1. Covic, A., von Steinbüchel, N., & Kiese-Himmel, C. (2020). Emotion Recognition in Kindergarten Children. Folia phoniatrica et logopaedica : official organ of the International Association of Logopedics and Phoniatrics (IALP), 72(4), 273–281.
  2. Gori, M., Schiatti, L., & Amadeo, M. B. (2021). Masking Emotions: Face Masks Impair How We Read Emotions. Frontiers in psychology, 12, 669432.
  3. Schneider J., Sandoz V., Equey L., Williams-Smith J., Horsch A., Bickle Graz M. (2022) The Role of Face Masks in the Recognition of Emotions by Preschool Children. JAMA Pediatr. 176(1): 96-98.
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什麼!你怎麼用眼睛聽聲音:認識麥格克效應
雅文兒童聽語文教基金會_96
・2022/09/28 ・2905字 ・閱讀時間約 6 分鐘

  • 文/李翊瑞|雅文基金會聽語科學研究中心助理研究員

早晨,鬧鐘聲不停地在耳邊響起,儘管心裡有再多的不甘願,你依然掀開棉被起身,輕揉著眼睛抬頭看了看時間。

在日常生活中,透過耳朵聽聲音、依靠眼睛看東西,兩者獨立運作,似乎是我們不曾懷疑過的事情。然而,人類的視覺及聽覺真的互不影響、毫無關聯嗎?

當朋友與我們說話時,對方的聲音和唇形如果有著明顯不同,又會發生什麼神奇的事呢?

究竟是「聽」別人說話,還是「看」別人說話呢?圖/Pexels

無心插柳柳成蔭:麥格克效應的發現

當一個人說話的聲音與唇形變化不一致時,所產生的聽錯覺現象稱為麥格克效應(McGurk effect)。

麥格克效應最早是由兩位英國心理學家——哈利.麥格克(Harry McGurk)約翰.麥克唐納(John MacDonald)於 1976 年提出[1],有趣的是,這個發現完全是場意料外的事。最初,他們正在進行一項語音知覺的研究,實驗中會讓嬰兒觀看一位母親說話的影片,同時搭配該位母親的配音,並記錄不同月齡的嬰兒對於語音的反應。

在一次實驗中,播放影片以及聲音時並未同步,使得影片中說話者唇形為「ga」,卻播放出「ba」的聲音。神奇的是,麥格克與麥克唐納不約而同聽到卻不是「ga」或「ba」,而是「da」的聲音[2]

說話者唇形為「ga」、播放聲音為「ba」,會聽到「da」的聲音。圖/雅文基金會

感到困惑的兩人,隨後重新設計了實驗,並招募更多受試者參與研究,發現高達 98% 的受試者在唇形為「ga」播放聲為「ba」的情況下都聽到了「da」的聲音。最終,他們將這個出乎意料的發現,發表在著名的科學期刊《Nature》[1],開啟了後續一系列有關聽錯覺以及視聽整合的研究。

聽到你懷疑人生,不存在的聲音從何而來?

麥格克效應的發生,顯示了視覺與聽覺訊息之間會相互作用,使我們得以一窺人類語音知覺系統的神秘面紗。與他人對話時,雙耳會將接收到的刺激(語音)傳遞至大腦的初級聽覺皮質(A1,圖中藍色處),同時雙眼接收到的訊息(嘴唇變化、臉部表情與舌頭動作)則會傳遞到初級視覺皮質(V1,圖中紅色處),這兩個區域所接收到的訊息會進一步傳送到顳上溝(superior temporal sulcus,STS,圖中紫色處)進行整合[3]

因此,我們知覺到的語音就不是單一的視覺(「ga」)或聽覺(「ba」)訊息,而是整合後的「da」。顳上溝在視聽整合的過程中扮演非常關鍵的角色[4],後續研究也發現,麥格克效應較少出現在顳上溝功能異常的受試者,如自閉症兒童及失語症成人[5, 6, 7]

視覺訊息(來自初級聽覺皮質 A1,圖中藍色處)和聽覺訊息(來自初級視覺皮質 V1,圖中紅色處)會在顳上溝(STS,圖中紫色處)進行整合。圖/Lüttke (2018)

既然我們已經知道不存在的聲音是經大腦整合而產生,多聽多看幾次就會漸漸習慣而消失嗎?長期研究麥格克效應的美國心理學家勞倫斯.羅森布拉姆(Lawrence Rosenblum)曾提到:

「即便我已經研究此效應長達二十五年,既看又聽了成千上萬次,它依然會發生在我身上,無法自主地去控制它[8]。」

由此可知,麥格克效應不同於一般的魔術表演,即使已經瞭解了原理,甚至感受到它正在發生,但那個不存在的聲音依舊會在我們腦中迴響。

從戴口罩到追劇,視聽整合的重要性

雖然口罩雖然能有效減少病毒的傳播,卻也增加了與他人對話上的困難,使溝通的品質大打折扣[9]。在口罩會影響溝通的「聲音」與「視覺」線索,該如何為愛防疫無礙溝通?文中就有提到,影響溝通的兩大面向為[10]

  • 聽覺:口罩會降低高頻語音(約 2000 – 7000 赫茲)的音量,影響高頻語音的清晰度,讓聲音聽起來悶悶的。如果聽不清楚,就可能會把「胡先生」聽成「吳先生」、「鞋子」聽成「茄子」等。
  • 視覺:口罩會遮蔽臉部表情與唇形變化,因而缺少了視覺上的線索。像是在餐廳或會議等多人同時說話的吵雜環境,若看不見唇形會較難辨別每句話的來源。

麥格克效應顯示了大腦會整合聽覺與視覺訊息來理解當下的聲音,而佩戴口罩所帶來的不便,不僅影響了聽力正常者,對於聽力受損的族群更是一大挑戰,不僅無法接收到清楚的語音訊息,更不能透過讀唇來理解對話內容。所幸,透明口罩的問世[11],使我們得以看見對方的表情,感受到對方的情緒,更能清楚辨識唇形,兼顧防疫及溝通的需求!

透明口罩幫助我們看見對方的唇形和表情,減少溝通上的阻礙。圖/BBC News

另一方面,疫情的衝擊也帶動串流影音平台的崛起,宅在家收看喜愛的戲劇及電影已蔚為風潮,而追劇的過程其實也是種視聽整合的展現。我們對於劇情的理解,除了劇中角色對話的聲音,影片中的字幕也很關鍵。要知道怎樣追劇可以聽和看得更輕鬆嗎?別錯過追劇沒字幕就聽不到?電視聲音不清楚,你可以這樣做[12]

字幕有助於理解影片的內容。圖/Pexels

參考資料

  1. McGurk, H., & MacDonald, J. (1976). Hearing lips and seeing voices. Nature264(5588), 746–748. https://doi.org/10.1038/264746a0
  2. Massaro, D. W., & Stork, D. G. (1998). Speech Recognition and Sensory Integration: A 240-year-old theorem helps explain how people and machines can integrate auditory and visual information to understand speech. American Scientist, 86(3), 236–244. http://www.jstor.org/stable/27857023
  3. Lüttke, C. S. (2018). What you see is what you hear: Visual influences on auditory speech perception (Doctoral dissertation, [Sl: sn]).
  4. Beauchamp, M. S., Nath, A. R., & Pasalar, S. (2010). fMRI-Guided transcranial magnetic stimulation reveals that the superior temporal sulcus is a cortical locus of the McGurk effect. Journal of Neuroscience30(7), 2414-2417. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.4865-09.2010
  5. Taylor, N., Isaac, C., & Milne, E. (2010). A comparison of the development of audiovisual integration in children with autism spectrum disorders and typically developing children. Journal of Autism and Developmental Disorders40(11), 1403–1411. https://doi.org/10.1007/s10803-010-1000-4
  6. Redcay E. (2008). The superior temporal sulcus performs a common function for social and speech perception: implications for the emergence of autism. Neuroscience and Biobehavioral Reviews32(1), 123–142. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2007.06.004 
  7. Hickok, G., Rogalsky, C., Matchin, W., Basilakos, A., Cai, J., Pillay, S., … & Fridriksson, J. (2018). Neural networks supporting audiovisual integration for speech: A large-scale lesion study. Cortex103, 360-371.
  8. BBC Two. (2010). Try this bizarre audio illusion! Retrieved August 12, 2022, from https://www.youtube.com/watch?v=G-lN8vWm3m0.
  9. Chládková, K., Podlipský, V. J., Nudga, N., & Šimáčková, Š. (2021). The McGurk effect in the time of pandemic: Age-dependent adaptation to an environmental loss of visual speech cues. Psychonomic Bulletin & Review28(3), 992–1002. https://doi.org/10.3758/s13423-020-01852-2
  10. 張逸屏(民109年8月11日)。口罩會影響溝通的「聲音」與「視覺」線索,該如何為愛防疫無礙溝通?PanSci泛科學。https://pansci.asia/archives/189531
  11. Taylor-Coleman, J. (2020, May 26). Coronavirus: Call for clear face masks to be ‘the norm’. BBC News. Retrieved August 12, 2022, from https://www.bbc.com/news/world-52764355 。
  12. 洪右真(民109年10月28日) 追劇沒字幕就聽不到?電視聲音不清楚,你可以這樣做。PanSci泛科學。https://pansci.asia/archives/192941
雅文兒童聽語文教基金會_96
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雅文基金會提供聽損兒早期療育服務,近年來更致力分享親子教養資訊、推動聽損兒童融合教育,並普及聽力保健知識,期盼在家庭、學校和社會埋下良善的種子,替聽損者營造更加友善的環境。