Neurophysiological correlates of phonological perception on Korean plosives

Abstract

[한글]본 연구의 목적은 말소리 지각 시, 모국어 경험이 신경생리적 과정에 어떤 영향을 미치는지 연구하는 것이다. 자음의 지각은 자음이 완전한 음소로 인식될 때만 가능하다. 한국어는 조음 방법 (연음/경음/기식음)과 조음 장소 (양순/치경/구개)에 따른 복잡한 파열음 체계를 가진다. 반면 러시아어는 한국어에 비해 단순한 파열음 분류체계를 가지고 있고 따라서 러시아인은 한국어 파열음 (/다/, /따/, /타/)을 개별적 음소가 아닌 한 음소의 변이음으로 지각한다. 본 연구는 한국인 여성과 한국어 초보 학습자인 러시아 여성을 대상으로 한국어 파열자음의 pre-attentive 지각을 고찰하였다.

지각처리의 신경생리 연구방법으로 비침습적 방법인 사건유발전위 (Event-related potential: ERP)가 있다. 본 연구에서는 청각 사건유발전위 중 하나인 mismatch negativity (MMN)를 지각처리의 지표로 삼았다. MMN은 동일한 소리의 연속체에서 다른 종류의 소리가 제시된 이후, 소리 차이를 감지한 시점인 150-250 ms 사이에 발생한다. 본 연구에서 사용한 실험자극은 파열자음과 모음의 조합인 일음절 합성음으로, standard 자극은 /바/ 그리고 deviant 자극은 /다/, /따/, /타/이다. 모국어 영향에 따른 음운지각의 차이를 보기 위해 12 뇌파채널에서 MMN의 Global Field Power (GFP) area을 계산하였다. GFP는 선택된 뇌파 채널의 즉각적 뇌파 활성을 양적화 (quantification)하는데 적합한 분석 방법이다.

뇌파는 반복측정 3차원 변량 분석(그룹 x 조건 x midline 전극위치)으로 통계분석 하였다. 첫째, 한국인 그룹의 GFP area of MMN가 러시안 그룹에 비해 유의하게 더 많이 활성화되었다. 이는 음소 처리 시, 모국어 경험이 지속적으로 영향을 미치며 따라서 한국어 파열자음 인식 시, 두 그룹의 말소리 지각의 메커니즘 (음운지각 메커니즘 vs. 음향지각 메커니즘)이 다름을 보여준다. 둘째, midline 전극위치에서 전극간 위치가 유의한 차이를 보였다. 즉 뒤쪽 전극에 비해 앞쪽 전극에서 더 큰 GFP area of MMN 활성화를 보였다. 이것은 midline 위치에서 MMN이 anterior 국재화 됨으로 해석된다. 섯째, 세 조건 /다/, /따/, /타/은 GFP area of MMN의 유의한 차이가 있었고 또한 조건과 전극간의 상호작용이 있었다. 이런 조건간 차이와 상호작용은 신경생리 수준에서 파열음 /다/, /따/, /타/의 음운적 자질의 차이가 다르게 처리됨을 반영한다.

본 연구는 신경생리수준에서 모국어에 따른 음운 지각의 양상과 음운처리 시, 모국어 경험이 지속적으로 영향을 미침을 보여준다.

[영문]The goal of the present study was to explore whether experience on native speech sounds would affect speech discrimination at neurophysiological level. Listeners can usually discriminate some of the consonants only to the extent that they can absolutely identify them as phonemes. Koreans can perceive the consonants which are classified according to a place of articulation (bilabial/alveolar/palatal) and a manner of articulation (lax/tense/aspiration). On the contrary, Russians would be expected to perceive three Korean plosives (i.e. /da/, /t’a/, /tha/) as one phoneme since the three Korean plosives are not individual phonemes but considered as allophones to Russians. This study, thus, investigated pre-attentive brain discrimination processes of Korean plosives in two groups: Korean women and Russian women who were naïve learners of Korean language.

Event-related potential (ERP) has been used as one of the noninvasive methods of directly examining neurophysiological correlates of the perceptual processes in humans. In this study, mismatch negativity (MMN) was used as an index of the perceptual processes. MMN is one of the auditory ERP, which is elicited at approximately 150-250 ms after the onset of physically deviant auditory stimulus in identical and repeated sequences. A stimulus was a monosyllablic sound containing a stop consonant and vowel (e.g., /da/). Four stimuli were /ba/, /da/, /t’a/ and /tha/, which shared the same vowel but the different plosive portions. Standard stimulus was /ba/ and deviant stimuli were /da/, /t’a/, /tha/. For demonstrating the influence of native speech, this study analyzed the difference of phonological perception as the Global Field Power (GFP) area of MMN at 12 electrodes sites. GFP is a useful analysis to quantify the instantaneous global activity across the spatial potential field sampled over the scalp. /ERP was analyzed using three-way ANOVAs with repeated measure (group x condition x midline electrode site). The results revealed the following the three findings. First, Koreans showed significantly larger GFP area of MMN than Russians at the midline sites. It was interpreted that the experiences of native speech was influential during the speech perception processing. Therefore, two language groups used the different perceptual mechanisms (phonological mechanism vs. acoustic mechanism) for the speech perception of Korean plosives. Second, electrodes sites were significantly different. This meant that the activation of speech MMN was anterior-localized at the midline sites. Finally, the GFP areas of three conditions were significantly different and there was significant interaction between conditions and electrodes sites. These results demonstrated that phonological load was differently processed.

In summary, this study would elucidate that the phonological perception varies with the phonological features of native speech and that the influence of native speech is maintained during the processing of phonemes at the level of neurophysiology.