Runt världen, mödrar talar annorlunda till sina barn än de gör till andra vuxna - och Princeton-forskare har hittat ett nytt sätt att kvantifiera den röstförskjutningen.

Med sina barn, mödrar byter till ett speciellt kommunikativt läge som kallas "motherese" eller "baby talk" - en överdriven och något musikalisk form av tal. Även om det kan låta dumt för vuxna, forskning har visat att det spelar en viktig roll i språkinlärning, engagera spädbarns känslor och lyfta fram språkets struktur, att hjälpa spädbarn avkoda pusslet med stavelser och meningar.

Och nu, Princeton-forskare har identifierat "en ny signal som mödrar implicit använder för att stödja spädbarns språkinlärning, sa Elise Piazza, en postdoktoral forskningsassocierad med Princeton Neuroscience Institute (PNI). "Vi upptäckte för första gången att mammor ändrar sin vokala klang.

"Timbre definieras bäst som den unika kvaliteten på ett ljud, " förklarade Piazza. "Barry Whites silkeslena röst låter annorlunda än Tom Waits grusiga - även om de båda sjunger samma ton."

Hon och hennes kollegor fann att klangfärgsskiftet var konsekvent för kvinnor som talar 10 språk, inklusive engelska, och att skillnaderna är tillräckligt starka för att kunna plockas ut tillförlitligt av en maskininlärningsalgoritm. Deras arbete visas i tidskriften Aktuell biologi .

För att undersöka klangen av babysnack, Piazza och hennes kollegor, Marius C?t?lin Iordan, också en PNI postdoktoral forskningsassistent, och Casey Lew-Williams, en biträdande professor i psykologi, bjöd in 12 engelsktalande kvinnor till Princeton Baby Lab, där forskare studerar hur bebisar lär sig att se, prata och förstå världen. Forskarna spelade in mammorna medan de lekte med eller läste för sina 7 till 12 månader gamla spädbarn och medan de pratade med en vuxen experimentator.

Kvantifiera baby talk

Forskarna kvantifierade sedan varje mammas röstfingeravtryck - den övergripande statistiska profilen av hennes klang - med hjälp av ett mått som kallas mel-frekvensen cepstrum. De fann att vuxenriktat och spädbarnsriktat tal hade signifikant olika fingeravtryck.

"Det är så konsekvent mellan mödrar, " sa Piazza. "De använder alla samma typ av växling för att gå mellan dessa lägen."

Hon och hennes kollegor fann att mödrarnas talklang skiljde sig tillräckligt mycket för att en datoralgoritm skulle kunna lära sig att tillförlitligt klassificera spädbarns- och vuxenriktat tal, även med bara en sekunds inspelat tal.

Forskarna undersökte inte fäder eller andra vårdgivare. "Vi använde mödrar för att hålla det totala tonhöjdsintervallet ganska konsekvent mellan deltagarna, " sade Piazza. "Men, Jag skulle förutsäga att våra resultat skulle generalisera ganska bra till fäder."

Baby talk är ingen ny upptäckt, självklart.

"Vi har länge vetat att vuxna förändrar sitt sätt att tala när de talar till spädbarn, sa Jenny Saffran, en professor i psykologi vid University of Wisconsin-Madison som inte var involverad i denna forskning. "De talar långsammare, använd kortare meningar, prata på en högre tonhöjd och svepa deras tonhöjd upp och ner oftare än när de pratar med andra vuxna."

Vad som skiljer detta arbete åt, Saffran förklarade, var att "det här är den första studien som frågar om [mödrar] också ändrar klangfärgen på sin röst, manipulera de typer av funktioner som skiljer musikinstrument från varandra. Detta är fascinerande eftersom talare helt klart inte är medvetna om att ändra sin klangfärg, och den här nya studien visar att det är ett mycket pålitligt inslag i hur vi talar till spädbarn."

När Princeton-teamet hade konstaterat att de 12 mödrarna alla hade mätbara förändringar i sin sångklang, de började fundera på hur de skulle utöka studien, sa Piazza.

"Vi undrade om detta kan generaliseras till mödrar som inte pratar engelska, " sa hon. "Så vi tog en andra uppsättning av 12 mammor, som inte talade engelska som sitt modersmål, och bad dem bara att tala i sitt hemland, icke-engelska språket i alla inspelningar. Så nu har vi den här nya, rik datauppsättning av inspelningar från mandarin, Putsa, Ryska - nio olika språk totalt."

När de tittade på uppgifterna, forskarna fann att detta klangskifte mellan vuxen- och barnriktat tal var "mycket konsekvent" över språk från hela världen:kantonesiska, franska, Tysk, hebreiska, ungerska, Mandarin, Putsa, ryska och spanska.

Dessa förändringar i klangfärg kan representera en universell form av kommunikation med spädbarn, sa Piazza.

Är klang detsamma som tonhöjd?

"Föreställ dig att hela orkestern samtidigt spelar exakt samma tonhöjd när de stämmer, sade Piazza. Du hör de olika rika klangfärgerna som skiljer de olika instrumentfamiljerna åt.

Röstdeskriptorer som raspiga, grusig, hes, nasal, eller sammetslen applicera på klang, inte pitch, tillade hon. "Vi använder det hela tiden för att särskilja människor, djur och andra ljud, " Hon sa.

Piazza och hennes kollegor isolerade en förändring i det vokala fingeravtrycket av baby talk "genom en kombination av smarta metoder för att mäta klangfärg och maskininlärningsalgoritmer, " sa Patrick Shafto, en datavetare och docent i matematik och datavetenskap vid Rutgers University. Resultatet är "den första framgångsrika kvantitativa formaliseringen av vokal klang som har validerats genom modellering och en automatisk metod för att klassificera spädbarnsriktat kontra vuxenriktat tal över språk."

Deras teknik för att kvantifiera klangfärg kan också öppna dörrar för andra typer av talanalys, noterade Piazza.

"Våra resultat skulle kunna göra det möjligt för taligenkänningsprogram att snabbt identifiera detta talläge på olika språk. Vårt arbete inbjuder också till framtida utforskningar av hur högtalare anpassar sin klangfärg för att tillgodose ett brett utbud av publik, såsom politiska väljare, studenter och romantiska partners."