„Speech perception in early infancy: Perceptual constancy for spectrally dissimilar vowel categories“21. November 2007Referentinnen: Laura Folk und Carola MookSeminar: Perzeption für Fortgeschrittene Dozent: M.A. Uwe Reichel

Einleitung/Geschichte Vorstellung von Kuhl & Miller 1975 Experiment 1

◦ Methode◦ Aufbau ◦ Analyse

Experiment 2 ◦ Methode◦ Aufbau ◦ Analyse

Enddiskussion

Klassisches Problem sowohl in der auditiven als auch in der visuellen Wahrnehmung:

⇨ Identifikation der relevanten Stimulus-Information, die der „Beständigkeit“ der Wahrnehmung zugrunde liegt

⇨ Annahme: die Wahrnehmung von phonetischen Einheiten in der Sprache beinhaltet das Erkennen von akustischen Informationen, die konstant bleiben (z.B. über Veränderungen des Kontexts oder verschiedene Sprecher hinweg) (Shankweiler, Strange und Verbrugge 1977)

Problem in beiden Bereichen (auditiv und visuell):

⇨ genaue Spezifikation der kategorialen Cues, die man benutzt um Stimuli bestimmten Kategorien zuzuordnen

Es erschien zwar Literatur zur Sprachwahrnehmung (z.B. Liberman et al.: Kontextabhängigkeit für akustische Cues)

Kriteriale akustische Information, die vom auditiven System genutzt wird um phonetische Einheiten zu klassifizieren bleibt größtenteils unspezifiziert

Untersuchungen der Sprachwahrnehmung von Kindern wurden nicht in bezug auf Sprachlaut-Beständigkeiten durchgeführt

Bis dahin vorhandene Daten sind nur von Untersuchungen die die Fähigkeit von Kindern prüft, einzelne Sprachlaute, die je nur eine phonetische Kategorie vertreten voneinander zu unterscheiden

⇨ Ergebnis: 4 Monate alte Babys besitzen hinreichend Scharfsinn unter vielen wenn auch nicht allen Lauten menschlicher Sprache zu diskriminieren

Aber: immer noch wenig Information über die kindliche Wahrnehmung bei gleichartigen phonetischen Einheiten in unterschiedlichen Kontexten oder bei verschiedenen Sprechern etc.

Untersuchung von 14 bis 18 Wochen alten Babys 2 Stimuli Konditionen bei beiden /pi/, /ka/, /pu/ wovon nur 2 verstärkt wurden• a) /pi/ und /pu/ verstärkt, phonetisch ähnlich;• b) /pi/ und /ka/ verstärkt, phonetisch unähnlich

Zuhilfenahme der „head-turn-response“

→ Hypothese: neigen die Kinder dazu die Ähnlichkeiten der Silben mit gleichem Initiallaut zu hören, dann sollte die Tendenz die Verknüpfung zu lernen sich unterscheiden

⇨ Ergebnis: der Anteil an Kopfbewegungen bei ähnlichen Lauten war signifikant höher als bei den unterschiedlichen Lauten

Die Daten zeigen, dass Kinder Silben mit gleichen Anlaut bereitwilliger zusammen schließen als Silben mit verschiedenem Anlaut

Daten zeigen aber auch dass die Aufgabe nicht sehr exakt erledigt wurde

2 Faktoren: • viele Kinder bis 5,5Monate führen Reaktionen nicht so einfach

freiwillig aus; bei älteren, die diese Reaktionen leicht ausführen scheint es so als ob sie konditionier bar sind für leicht erkennbare Unterschiede

• Aufgabe beinhaltete eine 2-Antwort-Unterscheidung (d.h. Kopfbewegung entweder nach links oder rechts abhängig davon welcher Lautsprecher den Stimulus liefert) → für Kinder ungeheuer schwierig

Nahmen den einleitenden Schritt in Richtung von Tests bezüglich der Beständigkeit der Wahrnehmung von Vokal Kategorien bei Kindern

Fragestellung: können 4-16 Wochen alte Babys eine Veränderung im Ziellaut (target dimension) erkennen während ein anderer Laut (irrelevant dimension) beliebig veränderbar als Ablenkung dient

→Anwenden des „high-amplitude-sucking“ Paradigma Veränderung im Ziellaut geschah am „shift point“ Irrelevanter Laut wurde während pre- und post-shift

beliebig verändert

Fall 1: Ziel=phonemische Veränderung im Vokal irrelevant=Tonhöhenverlauf des Vokals

Fall 2: Ziel=Tonhöhenverlauf des Vokals irrelevant=Vokalfärbung

Je zwei /a/ und /i/ wurden synthetisiert, sodass sie • a) identische monotone Tonkontur • b) identische steigend fallende Kontur hatten

Diskriminierungs-“Ziele“ der Vokalfärbung und des Tonhöhenverlaufs wurden sowohl mit als auch ohne Ablenkung (irrelevant dimension) getestet

Ergebnis: Kinder nehmen eine Vokalveränderung wahr, ungeachtet

der Ablenkung durch willkürliche Tonhöhenveränderung Nehmen eine Tonhöhenveränderung wahr wenn alle

anderen Variablen konstant bleiben Können keine Tonhöhenveränderung wahrnehmen wenn

die Vokalfärbung willkürlich variiert

⇨Untersuchung zeigt, dass Kinder einen gewissen Grad an Ablenkung tolerieren und trotzdem differenzieren können, zeigt jedoch nicht, dass sie phonetische Ähnlichkeiten unter Vokal-Token erkennen

Vorhaben: Ausweiten der Ergebnisse auf eine Situation in welcher die Kinder mit Variationen in beiden „Dimensionen“ fertig werden mussten

Experimente vereinen den Gebrauch der „head-turn“ Technik mit dem klassischen „transfer-of-learning“

Kinder wurden trainiert 2 einzelne Token voneinander zu unterscheiden (je einen von zwei Vokalkategorien)

Systematisch sollen dann neue Exemplare der Vokalkategorien eingeführt werden

2 Experimente fanden statt

Versuchspersonen:◦ 4 Kinder, 5½ - 6½ Monate alt, normal entwickelt

Stimuli: • synthetisierte Token (je 2) von /a/ und /i/ mit steigend-fallender

Kontur bzw. steigender Kontur• Simulierten 3 Sprecher: männlich, weiblich und Kinderstimme• Zuhilfenahme von Daten von Peterson & Barney sowie Rabiner

und Fant • Alle Stimuli hatten eine Dauer von 500ms • Erwachsene Hörer stellten die Intensität ein bis die /i/ Token

gleich laut wie die /a/ Token wahrgenommen wurden (≙ 3dB Abnahme)

• Im Versuch wurden den Kindern die Stimuli mit 68dB dargeboten

male female child

F3 3010 (111.5) 3310 (130.7) 3730 (165.4)

/i/ F2 2290 (77.4) 2790 (98.9) 3200 (123.0)

F1 270 (52.6) 310 (79.5) 370 (71.6)

F3 2440 (83.2) 2810 (99.9) 3170 (121.0)

/a/ F2 1090 (48.4) 1220 (53.9) 1370 (55.5)

F1 730 (45.2) 850 (53.4) 1030 (52.9)

Center frequencies (and bandwidths) Peterson&Barney

Male Female Child

rise-fall 112→132→92 189→223→155 224→264→184

rise 112→132 189 →223 224 →264

Pitch contours

Experimentaufbau:• I – Kind• P – Parent • A – Assistent • E – Tester • C – Kamera • L - Lautsprecher• VR – „visual reinforcer“ • M – Monitor • Equipment u.a. „logic device“

TischTisch

AA

PP

II

c

VRVR

EEM

L

Equipment

Kind wird gehalten mit Blickrichtung zum Assistenten Assistent spielt mit „stummen“ Gegenständen Visual reinforcer ist direkt vor dem Lautsprecher platziert (beides

auf Augenhöhe des Kindes) Tester sitzt im abgetrennten Konrtollraum Parent und Assistent tragen Kopfhörer (Musik), können darüber

aber auch mit Experimentator kommunizieren „Logik-Apparat“:

• beinhaltet einen Wahrscheinlichkeitsgenerator, • zeichnet die Urteile des Assistenten und Tester automatisch auf, • bewertet den Test, • aktiviert und timed den visual reinforcer,• speichert die Latenzzeit der Antwort des Kindes und • druckt alle Daten

2 verschiedene Testläufe: • „change“ Test (Unterbrechung der einen Stimulus Kategorie durch die

Vergleichsstimuli) • „control“ Test (durchgehend gleiche Stimuli)

• pre observation post interval

change trial /a/ /a/ /a/ /a/ /i/ /i/ /i/ /a/ /a/ /a/

control trial /a/ /a/ /a/ /a/ /a/ /a/ /a/ /a/ /a/ /a/

Zeit in sek. 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Der Experimentator leitet ein Beobachtungsintervall ein wenn das Baby „bereit“ ist d.h. nicht weint, sich auf die Spielzeuge vom Assistenten konzentriert ect.

Assistent und Experimentator haben sog. „vote-buttons“ mit denen sie angeben können ob eine Kopfdrehung geschieht

Entscheiden beide, dass eine Reaktion während eines „change“ Tests stattfindet, wird automatisch der „visual reinforcer“ für 3 sek aktiviert (logic device)

Entscheidet nur einer von beiden oder keiner, dass eine Reaktion stattfindet so wird eine Fehler vermerkt und der „visual reinforcer“ nicht aktiviert

„control“ Test wird als richtig gewertet wenn keiner von beiden den „vote button“ drückt; Fehler vermerkt wenn dieser gedrückt wird

Der Experimentator weiß nicht wann ein „change“ bzw. „control“ Test kommt, hört aber was abgespielt wird

Der Assistent weiß ebenfalls nicht wann welcher Test kommt, zusätzlich hört er diesen auch nicht

Elternteil hört auch nicht welcher Test gerade abgespielt wird

⇨ Vorbeugen von Beeinflussung des Kindes und von Antworten, die auf Vorurteilen basieren

Conditioning: • Ausschließlich Darbietung von „change“ Testläufen /a/-/i/-/a/• Wechsel zwischen background und comparison war verknüpft

mit Aktivierung des „visual reinforcer“• Nach 3 aufeinanderfolgenden Kopfbewegungen in Richtung des

VR (während der entsprechenden Wechselintervalle) Übergang zum…

Initial training:• Darbietung von „change“ und „control“ Testläufen• Das Kind bleibt auf dieser Experiment-Stufe solange stehen bis

das erwünschte Leistungskriterium, 9 von 10 aufeinanderfolgende Testläufe korrekt, erreicht ist (dies gilt auch für alle folgenden Experiment-Stufen)

Pitch variation:• Tonhöhenverlauf beider Vokalkategorien wird willkürlich verändert → Veränderung soll das Kind dazu bringen die akustischen

Unterschiede zu ignorieren und an Stelle davon die Ähnlichkeiten jeder Kategorie zu erkennen (also die Vokalfärbung)

Talker variation:• Zufälliger Wechsel zwischen männlichem und weiblichen Sprecher

Talker+pitch variation• Männlicher und weiblicher Sprecher, zusätzlich willkürlicher

Tonhöhenverlauf

Entire ensemble • Hinzufügen der Kinderstimme (Token und Tonhöhenverlauf

Variationen)

background comparison

conditioning /a/ (Male, fall) /i/ (Male, fall)

initial training /a/ (Male, fall) /i/ (Male, fall)

pitch variation /a/ (Male, fall) /i/ (Male, fall)

/a/ (Male, rise) /i/ (Male, rise)

talker variation /a/ (Male, fall) /i/ (Male, fall)

/a/ (Female, fall) /i/ (Female, fall)talker + pitch

variation /a/ (Male, fall) /i/ (Male, fall)

/a/ (Male, rise) /i/ (Male, rise)

/a/ (Female, fall) /i/ (Female, fall)

/a/ (Female, rise) /i/ (Female, rise)

background comparisonentire

ensemble /a/ (Male, fall) /i/ (Male, fall)

/a/ (Male, rise) /i/ (Male, rise)

/a/ (Female, fall) /i/ (Female, fall)

/a/ (Female, rise) /i/ (Female, rise)

/a/ (Child, fall) /i/ (Child, fall)

/a/ (Child, rise) /i/ (Child, rise)

Alle Kinder haben in den ersten 13 Testläufen am ersten Tag 3 aufeinanderfolgende Kopfdrehungen gezeigt

2 erreichten schon am ersten Tag das „initial training“ 3 bis 4 Tage dauerte das Experiment insgesamt Anzahl der Testläufe lag zwischen 76 und 106 50 Testläufe mussten mit „9 von 10 korrekt“ abgeschlossen

werden Im ∅ lag die „Antwortzeit“ einer korrekten Kopfbewegung

bei 2.1sek bis 2.6sek Die Beurteilung von Experimentator und Assistent war zu

98.3% übereinstimmend

Condition S1 S2 S3 S4 X

conditioning 12(1) 13(1) 5(1) 9(1) 9.75

initial training 23(2) 14(1) 32(2) 13(1) 20.5

pitch training 11(2) 11(2) 10(2) 15(1) 11.75

talker variation 10(3) 10(2) 10(2) 14(2) 11.0

talker+pitch 10(4) 29(3) 10(3) 18(2) 16.75

entire ensemble 10(4) 29(4) 22(4) 19(3) 20.0

total trials to complete 76 106 89 88 89.75

total days to complete 4 4 4 3 3.75

Die effizienteste „sorting rule“ für jene Stimuli setzt voraus ein Kriteriumsmerkmal zu erkennen, welches die Zugehörigkeit zu einer der Vokalkategorien /a/ oder /i/ vorhersagt

Die Daten dienen als Unterstützung der Vermutung, dass Kinder ein Kriterium-Merkmal erkennen das als „sorting rule“ dient aufgrund ihres Verhaltens

Ergebnisse zeigen zu einem gewissen Grad, dass die Kinder einen schnellen „transfer-of-learning“ aufweisen

Was zeigt sich im Verhalten?

Bei Beginn einer neuen Kondition (besonders wenn das aller erste mal eine willkürliche Veränderung einstritt) drehen Kinder den Kopf in Richtung des VR

Bereits zu Beginn der „background“ Darbietung /a/ Nach ca. 10-15sek wieder Konzentration auf den

Assistenten und die Spielsachen → Testlauf beginnt

Beobachtungen lassen vermuten, dass das Kind in dieser kurzen Zeit versuchen die Stimuli der „background“ Darbietung beständig zu gruppieren

Da die meisten Kinder keinen Fehler machen wenn die Testphase beginnt, muss dies relativ einfach für sie sein

Die Tendenz gleich zu Beginn einer neuen Kondition den Kopf zu drehen, nimmt allmählich ab obwohl die Zahl der neuen Stimuli zunimmt

⇨ das ist wiederum Anzeichen dafür, dass die Kinder eine Strategie selektiven Hörens entwickeln um die Merkmale zu erkennen und einzuordnen

Die Erklärungen, dass Kinder die Neigung haben ein Merkmal zu entdecken, das die 2 Kategorien voneinander trennt, sind die bevorzugten

In Wirklichkeit zeigen Kinder dass sie ein „natural sorter“ sind und multidimensionale auditive Stimuli in eine Dimension übertragen in der diese in einfach erkennbare, gleich bleibende Gruppen eingeteilt werden können

Diese Neigung reflektiert generelle kognitive Strategien, die es bevorzugen in beständige Gruppen einzuteilen (nicht nur im auditiven Bereich)

Welche genaue Bedeutung diese Neigung für die Sprachwahrnehmung hat wurde allerdings nicht untersucht

Danke für die Aufmerksamkeit!

Es folgt Experiment 2