Nowo narodzone mózgi rozpoznają złożone wzorce dźwiękowe

streszczenie: Nowe badania pokazują, że noworodki potrafią wykrywać złożone wzorce dźwiękowe, które podlegają nieciągłym regułom gramatycznym, co sugeruje, że zdolność przetwarzania takich sekwencji jest wrodzona. Za pomocą spektroskopii w bliskiej podczerwieni naukowcy zaobserwowali reakcje mózgu noworodków na sekwencje tonów i odkryli, że dzieci potrafią odróżnić prawidłowe i nieprawidłowe wzorce.

Badanie wykazało, że ta wczesna umiejętność aktywuje sieci związane z językiem, szczególnie w lewej półkuli, podkreślając podstawę przyszłych umiejętności językowych. Po sześciu miesiącach sieci te stają się bardziej wyspecjalizowane, co pokazuje wpływ wczesnej ekspozycji na dźwięk na rozwój mózgu.

Odkrycie to wskazuje na znaczenie wczesnych doświadczeń słuchowych i otwiera możliwość interwencji muzycznych u niemowląt w celu wspierania rozwoju języka. Odkrycia te są szczególnie ważne w przypadku dzieci przebywających w środowiskach pozbawionych stymulacji.

Podstawowe fakty

• Noworodki potrafią wykryć niesąsiadujące ze sobą wzorce dźwiękowe, co jest podstawową umiejętnością językową.
• Od urodzenia obszary mózgu przetwarzające język są aktywowane przez sekwencje dźwiękowe.
• Wczesna ekspozycja na dźwięk może pomóc w rozwoju sieci mózgowych powiązanych z językiem.

źródło: Uniwersytet Wiedeński

Zespół badaczy, w tym psycholingwistka Jutta Müller z Uniwersytetu Wiedeńskiego, odkrył, że noworodki są w stanie uczyć się złożonych sekwencji dźwiękowych, które podlegają regułom podobnym do języka.

To pionierskie badanie dostarcza długo oczekiwanych dowodów na to, że zdolność dostrzegania zależności pomiędzy niesąsiadującymi ze sobą sygnałami akustycznymi jest wrodzona.

Wyniki opublikowano niedawno w prestiżowym czasopiśmie Biologia PLoS.

Od dawna wiadomo, że dzieci mogą uczyć się sekwencji sylab lub dźwięków, które bezpośrednio następują po sobie. Jednak język ludzki często zawiera wzorce łączące elementy niesąsiadujące ze sobą.

Na przykład w zdaniu „Wysoka kobieta chowająca się za drzewem nazywa siebie Kobietą-Kotem” podmiot „wysoka kobieta” jest powiązany z czasownikiem kończącym się na „-s”, co wskazuje na trzecią osobę liczby pojedynczej.

Badania nad rozwojem języka sugerują, że dzieci zaczynają opanowywać takie zasady w swoim języku ojczystym w wieku dwóch lat. Jednak eksperymenty z nauką wykazały, że nawet pięciomiesięczne niemowlęta potrafią wykryć reguły między nieprzylegającymi do siebie elementami, nie tylko w języku, ale także w dźwiękach pozajęzykowych, takich jak tony.

„Nawet nasi najbliżsi krewni, szympansy, potrafią wykryć złożone wzorce wokalne po połączeniu w tony” – mówi współautor Simon Townsend z Uniwersytetu w Zurychu.

Rozpoznawanie wzorców w dźwiękach jest wrodzone

Chociaż kilka wcześniejszych badań sugerowało, że zdolność rozpoznawania wzorców pomiędzy niesąsiadującymi ze sobą dźwiękami jest wrodzona, dotychczas nie było na to jednoznacznych dowodów.

Międzynarodowy zespół naukowców dostarczył tych dowodów, monitorując aktywność mózgu noworodków i sześciomiesięcznych niemowląt podczas słuchania złożonych sekwencji dźwiękowych. W swoim eksperymencie noworodki – zaledwie kilkudniowe – poddano działaniu sekwencji, w których pierwszy ton był łączony z trzecim, niesąsiadującym tonem.

Po zaledwie sześciu minutach słuchania dwóch różnych typów sekwencji dzieciom przedstawiono nowe sekwencje, które miały ten sam wzór, ale z innym tonem. Te nowe sekwencje były albo poprawne, albo zawierały błąd we wzorze.

Wykorzystując spektroskopię w bliskiej podczerwieni do pomiaru aktywności mózgu, naukowcy odkryli, że mózgi noworodków potrafią rozróżnić sekwencje prawidłowe i nieprawidłowe.

Dźwięki aktywują sieci związane z językiem w mózgu

„Kora czołowa – obszar mózgu tuż za czołem – odgrywa kluczową rolę u noworodków” – wyjaśnia Yasuyo Minagawa z Uniwersytetu Keio w Tokio.

Siłę reakcji kory czołowej na nieprawidłowe sekwencje fonetyczne powiązano z aktywacją sieci w lewej półkuli, która jest również niezbędna do przetwarzania języka.

Co ciekawe, sześciomiesięczne niemowlęta wykazywały aktywację w tej samej sieci związanej z językiem, gdy rozróżniały sekwencje prawidłowe i nieprawidłowe.

Naukowcy doszli do wniosku, że złożone wzorce dźwiękowe aktywują te sieci związane z językiem od początku życia. W ciągu pierwszych sześciu miesięcy sieci te stają się bardziej stabilne i wyspecjalizowane.

Kluczowe znaczenie mają wczesne doświadczenia edukacyjne

„Nasze odkrycia pokazują, że mózg jest w stanie od pierwszego dnia reagować na złożone wzorce, takie jak te występujące w języku” – wyjaśnia Jutta Müller z Wydziału Lingwistyki Uniwersytetu Wiedeńskiego.

„Sposób, w jaki obszary mózgu są połączone podczas procesu uczenia się u noworodków, sugeruje, że wczesne doświadczenia edukacyjne mogą mieć kluczowe znaczenie dla tworzenia sieci, które później wspierają przetwarzanie złożonych wzorców dźwiękowych”.

Pomysły te są kluczem do zrozumienia roli stymulacji środowiskowej we wczesnym rozwoju mózgu. Jest to szczególnie ważne w przypadkach, gdy brakuje stymulacji, jest ona niewystarczająca lub źle przetworzona, np. u wcześniaków.

Naukowcy podkreślili również, że ich odkrycia pokazują, jak pozajęzykowe sygnały dźwiękowe, takie jak sekwencje tonów użyte w badaniu, mogą aktywować sieci mózgowe powiązane z językiem.

Otwiera to ekscytujące możliwości programów wczesnej interwencji, które mogłyby na przykład wykorzystywać stymulację muzyczną do wspierania rozwoju językowego.

Informacje o badaniach neurorozwojowych i nowościach z zakresu neuronauki słuchowej

autor: Aleksandra Fry
źródło: Uniwersytet Wiedeński
komunikacja: Alexandra Frei – Uniwersytet Wiedeński
obraz: Zdjęcie przypisane Neuroscience News

Oryginalne wyszukiwanie: Otwarty dostęp.
„Funkcjonalna reorganizacja obszarów mózgu, które wspierają uczenie się syntetycznych reguł w pierwszej połowie życia„Simon Townsend i in. Biologia PLoS

podsumowanie

Funkcjonalna reorganizacja obszarów mózgu, które wspierają uczenie się syntetycznych reguł w pierwszej połowie życia

Niemowlęta w wieku przedszkolnym mogą śledzić nieprzylegające zależności (NAD) w polu słuchowym. Chociaż stanowi to warunek wstępny nabywania języka, neurorozwojowe pochodzenie tej zdolności pozostaje nieznane.

Zastosowaliśmy funkcjonalną spektroskopię w bliskiej podczerwieni u noworodków i niemowląt w wieku od 6 do 7 miesięcy, aby zbadać substrat neuronowy, który wspiera uczenie się i wykrywanie NAD przy użyciu sekwencji tonów w paradygmacie sztucznego uczenia się gramatyki.

Na wykrycie NAD wskazywała aktywacja lewego płata czołowego u noworodków, natomiast aktywację lewego zakrętu nadbrzeżnego (SMG), górnego zakrętu skroniowego (STG) i dolnego zakrętu czołowego wykryto u niemowląt w wieku od 6 do 7 miesięcy.

Analizy łączności funkcjonalnej wykazały również, że wzorzec aktywacji noworodka podczas fazy testowej wykorzystywał sieć mózgu składającą się z obszarów przedczołowych, lewego SMG i STG w fazach odpoczynku i uczenia się.

Odkrycia te sugerują, że funkcjonalna sieć mózgowa związana z uczeniem się w lewej półkuli może pojawić się już po urodzeniu i służyć jako podstawa do późniejszego zaangażowania tych regionów w wykrywanie NAD, zapewniając w ten sposób neuronalną podstawę do nabywania języka.