I. Speech Perception 14
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Development of speech perception and spectro-temporal modulation processing : behavioral studies in infants Laurianne Cabrera To cite this version: Laurianne Cabrera. Development of speech perception and spectro-temporal modulation processing : behavioral studies in infants. Psychology. Université René Descartes - Paris V, 2013. English. NNT : 2013PA05H112. tel-01394244 HAL Id: tel-01394244 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01394244 Submitted on 9 Nov 2016 HAL is a multi-disciplinary open access L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est archive for the deposit and dissemination of sci- destinée au dépôt et à la diffusion de documents entific research documents, whether they are pub- scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, lished or not. The documents may come from émanant des établissements d’enseignement et de teaching and research institutions in France or recherche français ou étrangers, des laboratoires abroad, or from public or private research centers. publics ou privés. Université ParisDescartes Ecole Doctorale 261 Cognition, Comportements, Conduites Humaines DEVELOPPEMENT DE LA PERCEPTION DE LA PAROLE ET DU TRAITEMENT AUDITIF DES MODULATIONS SPECTRO-TEMPORELLES : ETUDES COMPORTEMENTALES CHEZ LE NOURRISSON Development of speech perception and spectro-temporal modulation processing: Behavioral studies in infants Thèse de Doctorat présentée par Laurianne Cabrera Laboratoire de Psychologie de la Perception, Université Paris Descartes – CNRS UMR 8158 Discipline : Psychologie Thèse présentée et soutenue le 22 novembre 2013 devant un jury composé de : Lynne Werner Professeur Rapporteur Sven Mattys Professeur Rapporteur Pascale Colé Professeur Examinateur Carolyn Granier-Deferre MDU-HDR Examinateur Li Xu Professeur Examinateur Josiane Bertoncini Chargé de Recherche Co-directeur de thèse Christian Lorenzi Professeur Co-directeur de thèse A mes parents 2 Acknowledgments - Remerciements Je tiens tout d’abord à remercier mes deux directeurs, Josiane et Christian, pour leur confiance, leur attention et surtout leur temps. Merci à tous les deux d’avoir essayé de me décourager à faire de la recherche, chacun à votre façon, dès notre première entrevue. Ces remarques ont en fait renforcé mon envie de collaborer avec vous et aussi ma motivation à travailler sur ce sujet original. Je ne vous remercierai jamais assez d’avoir initié un projet si stimulant et de m’avoir transmis chacun et avec tant de philosophie vos connaissances. Josiane, je te remercie pour ces moments passés à regarder la tour Eiffel scintillée au coucher du soleil depuis ton bureau et toutes les heures passées à discuter de nos recherches et autres. Christian, je te remercie pour les œufs au plat de bon matin, les cours de grammaire et de t’être intéressé au développement précoce. J’espère être devenue en partie l’« hybride » que vous attendiez, j’ai plus qu’énormément appris grâce à vous deux. I would also like to thank very warmly Pr. Feng Ming Tsao for his welcoming in Taiwan. Thank you for your helpful comments and for all your availability. I also thank Ni Zi, Li Yang, You Shin, Lorin, Naishin and the other students for their welcoming and for having waited on me hand and foot during three months, and for all their help with this language that sounded « Chinese » for me! I am also really thankful to my thesis committee: Lynne Werner, Sven Mattys, Pascale Colé, Carolyn Granier-Deferre and Li Xu. I hope you will be satisfied reading my works and forgive my “French writing style”. Ensuite, je tiens à remercier tous les gens du laboratoire de Psychologie de la Perception, et plus particulièrement l’équipe parole et l’équipe audition. Merci à Thierry, Judit, Ranka, Scania pour leur aide et remarques très précieuses. Un très grand merci à Josette qui m’a donné toutes les « clefs » du labo bébé, mais aussi à Viviane et à Sylvie. Merci à Henny, Anjali et Judit pour leur relecture attentive de ma thèse, papiers, abstracts, et pour nos discussions scientifiques (et 3 pour les moins scientifiques aussi). Merci à Agnès, Dan, Tim, Trevor, Victor, Jonhatan, Daniel et Romain pour leur aide et les moments de détente en conférence. Merci à tous les autres pour les déjeuners, Friday drinks et plus particulièrement Silvana, Arnaud, Cédric, Andrea, Arielle… (soit le 4ème étage). Enfin, merci à tous les gens qui ont transité par le bureau 608, les anciens, Louise, Nayeli, Bahia, Marion, Aurélie, et surtout aux purs et durs : Camillia, Carline, Lauriane, Louah, Léo, Nawal. J’espère toujours me souvenir de nos frasques, petits mots doux, rigolades et « pauses ». Je remercie grandement tous les enfants et parents qui ont participé à mes études, autant à Paris qu’à Taipei, et qui m’ont appris à expliquer mes recherches simplement. Merci aussi aux jeunes adultes qui ont participé à ces études et plus particulièrement à tous mes amis qui sans trop comprendre les sons entendus m’ont grandement aidé. Je remercie tout spécialement l’ESPCI (et entre autres, Léopold, François, Lucie, Hugo, Benjamin, David, Paul, Max) et enfin Anaïs, Martin, Solène et Sophie. Enfin, merci à mes parents, mon frère, et ma tante qui m’ont soutenu lors de ma « montée à la capitale », merci de ne pas avoir douté de mes choix et d’avoir su cultiver ma curiosité. Finalement, merci à Axel qui était dans l’ombre de tous les moments de cette thèse, de la soutenance à l’école doctorale jusqu'à la soutenance de thèse. Merci de m’avoir remotivée face à certaines statistiques (>.05) et t’être enthousiasmé pour d’autres (<.05). Merci pour toute l’aide sur Matlab et autres logiciels. Merci d’avoir été là simplement et d’avoir tant discuté de mes recherches. 4 Abstract - Résumé The goal of this doctoral research was to characterize the auditory processing of the spectro-temporal cues involved in speech perception during development. The ability to discriminate phonetic contrasts was evaluated in 6- and 10-month-old infants using two behavioral methods. The speech sounds were processed by “vocoders” designed to reduce selectively the spectro-temporal modulation content of the phonetically contrasting stimuli. The first three studies showed that fine spectro-temporal modulation cues (the frequency-modulation cues and spectral details) are not required for the discrimination of voicing and place of articulation in French-learning 6-month-old infants. As for French adults, 6-month-old infants can discriminate those phonetic features on the sole basis of the slowest amplitude-modulation cues. The last two studies revealed that the fine modulation cues are required for lexical-tone (pitch variations related to the meaning of one-syllable word) discrimination in French- and Mandarin-learning 6-month-old infants. Furthermore, the results showed the influence of linguistic experience on the perceptual weight of these modulation cues in both young adults and 10-month-old infants learning either French or Mandarin. This doctoral research showed that the spectro-temporal auditory mechanisms involved in speech perception are efficient at 6 months of age, but will be influenced by the linguistic environment during the following months. Finally, the present research discusses the implications of these findings for cochlear implantation in profoundly deaf infants who have only access to impoverished speech modulation cues. Cette thèse vise à caractériser le traitement auditif des informations spectro- temporelles impliquées dans la perception de la parole au cours du développement précoce. Dans ce but, les capacités de discrimination de contrastes phonétiques sont évaluées à l’aide de deux méthodes comportementales chez des enfants âgés de 6 et 10 mois. Les sons de parole sont dégradés par des « vocodeurs » conçus pour réduire sélectivement les modulations spectrales et/ou temporelles des stimuli phonétiquement contrastés. Les trois premières études de cette thèse montrent que les informations spectro-temporelles fines de la parole (les indices de modulation de fréquence et détails spectraux) ne sont pas nécessaires aux enfants français de 6 mois pour percevoir le trait phonétique de voisement et de lieu d’articulation. Comme pour les adultes français, les informations de modulation d’amplitude les plus lentes semblent suffire pour percevoir ces traits phonétiques. Les deux dernières études montrent cependant que les informations spectro-temporelles fines sont requises pour la discrimination de tons lexicaux (variations de hauteur liée au sens de mots monosyllabiques) chez les enfants français et taiwanais de 6 mois. De plus, ces études montrent l’influence de l’expérience linguistique sur le poids perceptif de ces informations de modulations dans la discrimination de la parole chez les jeunes adultes et les enfants français et taiwanais de 10 mois. Ces études montrent que les mécanismes auditifs spectro-temporels sous- tendant la perception de la parole sont efficaces dès l’âge de 6 mois, mais que ceux-ci vont être influencés par l’exposition à l’environnement linguistique dans les mois suivants. Enfin, cette thèse discute les implications de ces résultats vis-à-vis de l’implantation précoce des enfants sourds profonds qui reçoivent des informations de modulations dégradées. 5 Table of Contents ACKNOWLEDGMENTS - REMERCIEMENTS 3 ABSTRACT - RÉSUMÉ 5 ABBREVATIONS 9 FOREWORD 10 CHAPTER 1. The mechanisms of speech perception 12 I. Speech perception 14 1.1 Are we equipped with specialized speech-processing mechanisms? 14 1.1.1 The search for invariants 14 1.1.2 Speech-specific perceptual phenomena 15 1.2 Investigation of infants’ speech perception 17 1.2.1 Are young infants able to perceive phonemic differences? 17 1.2.2 Infants’ perception as a model for the investigation of specialized speech mechanisms 19 1.3 Discussion and conclusions 20 II. Developmental psycholinguistics 22 2.1 Exploration of infants’ abilities to discriminate speech acoustic cues 22 2.1.1 Perception of prosody and low-pass filtered speech signals 22 2.1.2 Perception of masked speech 24 2.2 The perceptual reorganization of speech 26 2.2.1 Vowel perception 26 2.2.2 Native and non-native consonant perception 27 2.2.3 Lexical-tone perception 28 2.3.