Rond de wereld, moeders spreken anders tegen hun kinderen dan tegen andere volwassenen - en Princeton-onderzoekers hebben een nieuwe manier gevonden om die vocale verschuiving te kwantificeren.

Met hun kinderen, moeders schakelen over naar een speciale communicatieve modus die bekend staat als 'motherese' of 'baby talk' - een overdreven en enigszins muzikale vorm van spraak. Hoewel het voor volwassenen misschien gek klinkt, onderzoek heeft aangetoond dat het een belangrijke rol speelt bij het leren van talen, de emoties van baby's aanspreken en de structuur in taal benadrukken, om baby's te helpen de puzzel van lettergrepen en zinnen te ontcijferen.

En nu, Princeton-onderzoekers hebben "een nieuwe cue geïdentificeerd die moeders impliciet gebruiken om het leren van talen bij baby's te ondersteunen, " zei Elise Piazza, een postdoctoraal onderzoeksmedewerker bij het Princeton Neuroscience Institute (PNI). "We ontdekten voor het eerst dat moeders hun stemtimbre verschuiven.

"Timbre kan het best worden gedefinieerd als de unieke kwaliteit van een geluid, ' legde Piazza uit. 'De zijdezachte stem van Barry White klinkt anders dan die van Tom Waits, zelfs als ze allebei dezelfde noot zingen.'

Zij en haar collega's ontdekten dat de timbreverschuiving consistent was bij vrouwen die 10 talen spreken, inclusief Engels, en dat de verschillen sterk genoeg zijn om op betrouwbare wijze te worden uitgezocht door een machine learning-algoritme. Hun werk verschijnt in het tijdschrift Huidige biologie .

Om het timbre van babypraat te onderzoeken, Piazza en haar collega's, Marius C?t?lin Iordan, ook een PNI postdoctoraal onderzoeksmedewerker, en Casey Lew-Williams, een assistent-professor psychologie, nodigde 12 Engelssprekende vrouwen uit in het Princeton Baby Lab, waar onderzoekers bestuderen hoe baby's leren zien, praten en de wereld begrijpen. De onderzoekers namen de moeders op terwijl ze met hun baby's van 7 tot 12 maanden speelden of voorlezen en terwijl ze spraken met een volwassen experimentator.

Babypraat kwantificeren

De wetenschappers kwantificeerden vervolgens de vocale vingerafdruk van elke moeder - het algemene statistische profiel van haar timbre - met behulp van een maat die de mel-frequentie cepstrum wordt genoemd. Ze ontdekten dat op volwassenen gerichte en op baby's gerichte spraak significant verschillende vingerafdrukken had.

"Het is zo consistent tussen moeders, "zei Piazza. "Ze gebruiken allemaal dezelfde soort verschuiving om tussen die modi te schakelen."

Zij en haar collega's ontdekten dat het spraaktimbre van de moeders voldoende verschilde dat een computeralgoritme kon leren om op baby's en volwassenen gerichte spraak betrouwbaar te classificeren. zelfs met slechts één seconde opgenomen spraak.

De onderzoekers hebben geen onderzoek gedaan naar vaders of andere verzorgers. "We gebruikten moeders om het algemene toonhoogtebereik redelijk consistent te houden tussen deelnemers, "zei Piazza. "Echter, Ik zou voorspellen dat onze bevindingen vrij goed zouden generaliseren naar vaders."

Babypraat is geen nieuwe ontdekking, natuurlijk.

"We weten al lang dat volwassenen de manier waarop ze praten veranderen als ze baby's aanspreken, " zei Jenny Saffraan, een professor in de psychologie aan de Universiteit van Wisconsin-Madison die niet betrokken was bij dit onderzoek. "Ze praten langzamer, gebruik kortere zinnen, praten op een hogere toonhoogte en hun toonhoogte vaker op en neer laten gaan dan wanneer ze met andere volwassenen praten."

Wat onderscheidt dit werk, Saffraan legde uit, was dat "dit de eerste studie is om te vragen of [moeders] ook het timbre van hun stem veranderen, het manipuleren van de soorten functies die muziekinstrumenten van elkaar onderscheiden. Dit is fascinerend omdat sprekers zich duidelijk niet bewust zijn van het veranderen van hun timbre, en deze nieuwe studie toont aan dat het een zeer betrouwbaar kenmerk is van de manier waarop we met baby's praten."

Toen het Princeton-team eenmaal had vastgesteld dat de 12 moeders allemaal meetbare verschuivingen in hun stemtimbre hadden, ze begonnen na te denken over hoe ze de studie konden uitbreiden, zei Piazza.

"We vroegen ons af of dit zou kunnen worden veralgemeend naar moeders die geen Engels spreken, "zei ze. "Dus namen we een tweede set van 12 moeders, die geen Engels als moedertaal spraken, en vroeg hen alleen in hun moedertaal te spreken, niet-Engelse taal in alle opnames. Dus nu hebben we deze nieuwe, rijke dataset van opnames uit het Mandarijn, Pools, Russisch - in totaal negen verschillende talen."

Toen ze naar de gegevens keken, de onderzoekers ontdekten dat deze timbreverschuiving tussen op volwassenen en kinderen gerichte spraak "zeer consistent" was in talen van over de hele wereld:Kantonees, Frans, Duitse, Hebreeuws, Hongaars, Mandarijn, Pools, Russisch en Spaans.

Deze verschuivingen in timbre kunnen een universele vorm van communicatie met zuigelingen vertegenwoordigen, zei Piazza.

Is timbre hetzelfde als toonhoogte?

"Stel je voor dat het hele orkest tegelijkertijd exact dezelfde toonhoogte speelt terwijl ze stemmen, "zei Piazza. "Je hoort de verschillende rijke timbres die de verschillende instrumentfamilies scheiden."

Vocale omschrijvingen zoals raspende, grindachtig, hees, neus, of fluweelachtig van toepassing op timbre, niet pitchen, voegde ze eraan toe. "We gebruiken het de hele tijd om mensen te onderscheiden, dieren en andere geluiden, " ze zei.

Piazza en haar collega's isoleerden een verschuiving in de vocale vingerafdruk van babypraat "door een combinatie van slimme methoden voor het meten van timbre en machine learning-algoritmen, " zei Patrick Shafto, een datawetenschapper en universitair hoofddocent wiskunde en informatica aan de Rutgers University. Het resultaat is "de eerste succesvolle kwantitatieve formalisering van vocaal timbre die is gevalideerd door middel van modellering en een automatische methode voor het classificeren van op kinderen gerichte versus op volwassenen gerichte spraak in verschillende talen."

Hun techniek voor het kwantificeren van het timbre zou ook deuren kunnen openen naar andere soorten spraakanalyse, opgemerkt Piazza.

"Onze bevindingen kunnen spraakherkenningssoftware in staat stellen om deze spraakmodus snel in verschillende talen te identificeren. Ons werk nodigt ook uit tot toekomstige verkenningen van hoe sprekers hun timbre aanpassen aan een breed scala aan doelgroepen, zoals politieke kiezers, studenten en romantische partners."