streszczenie: Naukowcy dokonali przełomowego odkrycia dotyczącego sposobu, w jaki ludzki mózg tworzy słowa przed wypowiedzeniem. Korzystając z czujników Neuropixels, udało im się odwzorować sposób, w jaki neurony reprezentują i grupują dźwięki mowy w języku.
Badanie to nie tylko rzuca światło na złożone etapy poznawcze związane z wytwarzaniem mowy, ale także otwiera możliwości leczenia zaburzeń mowy i języka. Technologia ta może doprowadzić do stworzenia sztucznych protez mowy, z których skorzystają osoby z zaburzeniami neurologicznymi.
Kluczowe fakty:
- W badaniu wykorzystano zaawansowane czujniki Neuropixels do rejestrowania aktywności neuronów w mózgu, pokazując, w jaki sposób myślimy i tworzymy słowa.
- Naukowcy odkryli, że neurony odpowiadają zarówno za mówienie, jak i słuchanie oraz wykazują odrębne funkcje mózgu związane z tworzeniem i rozumieniem języka.
- Odkrycia mogą pomóc w opracowaniu metod leczenia zaburzeń mowy i języka oraz doprowadzić do stworzenia interfejsów mózg-maszyna na potrzeby sztucznej mowy.
źródło: Harvardzie
Nowe badanie przeprowadzone przez naukowców z Massachusetts General Hospital stowarzyszonego z Harvardem, wykorzystując zaawansowane techniki rejestracji mózgu, pokazuje, jak neurony w ludzkim mózgu współpracują, aby umożliwić ludziom wymyślenie słów, które chcą wypowiedzieć, a następnie wypowiedzenie ich na głos za pomocą mowy.
Odkrycia dostarczają szczegółowej mapy tego, jak dźwięki mowy, takie jak spółgłoski i samogłoski, są reprezentowane w mózgu na długo przed ich wypowiedzeniem oraz jak są ze sobą powiązane podczas tworzenia języka.
Praca opublikowana w NaturaMoże prowadzić do poprawy zrozumienia i leczenia zaburzeń mowy i języka.
„Chociaż mówienie zwykle wydaje się łatwe, nasze mózgi wykonują wiele złożonych etapów poznawczych w procesie wytwarzania mowy naturalnej — obejmują między innymi wymyślanie słów, które chcemy wypowiedzieć, planowanie ruchów werbalnych i formułowanie zamierzonych wypowiedzi” – mówi główny autor Zev Williams. Profesor nadzwyczajny neurochirurgii w MGH i Harvard Medical School.
„Nasze mózgi dokonują tych wyczynów z niesamowitą szybkością – około trzech słów na sekundę w mowie naturalnej – i z wyjątkowo małą liczbą błędów. Jednakże, w jaki sposób dokładnie ten wyczyn zostaje osiągnięty, pozostaje tajemnicą.”
Kiedy wykorzystali najnowocześniejszą technologię zwaną Neuropikselami do rejestrowania aktywności pojedynczych neuronów w korze przedczołowej, czołowym obszarze ludzkiego mózgu, Williams i jego współpracownicy zidentyfikowali komórki zaangażowane w wytwarzanie języka, które mogą leżeć u podstaw zdolności mówienia. On mówi. Odkryli również, że w mózgu istnieją oddzielne grupy neuronów odpowiedzialne za mówienie i słuchanie.
„Po raz pierwszy w MGH zaczęto stosować czujniki neuropikselowe u ludzi” – powiedział Williams. „Te czujniki są niezwykłe – są mniejsze niż szerokość ludzkiego włosa, a mimo to zawierają setki kanałów zdolnych rejestrować aktywność dziesiątek, a nawet setek pojedynczych neuronów jednocześnie”.
Williams pracował nad opracowaniem technik nagrywania wraz z Sidneyem Cashem, profesorem neurologii w Massachusetts General Hospital i Harvard Medical School, który również pomógł w prowadzeniu badania.
Badania pokazują, w jaki sposób neurony reprezentują niektóre podstawowe elementy biorące udział w konstruowaniu słów mówionych – od prostych dźwięków mowy zwanych fonemami po ich grupowanie w bardziej złożone ciągi, takie jak sylaby.
Na przykład spółgłoska „da”, która powstaje poprzez dotknięcie języka do podniebienia twardego za zębami, jest niezbędna do powstania słowa „pies”. Rejestrując poszczególne neurony, naukowcy odkryli, że niektóre neurony stają się aktywne, zanim dźwięk zostanie wymówiony na głos. Inne neurony odzwierciedlały bardziej złożone aspekty konstrukcji słów, takie jak specyficzne grupowanie dźwięków w sylaby.
Dzięki swojej technice naukowcy wykazali, że możliwe jest wiarygodne określenie, które dźwięki mowy będą wymawiane przez daną osobę, zanim je wymówią. Innymi słowy, naukowcy mogą przewidzieć kombinację spółgłosek i samogłosek, która zostanie wymówiona przed faktycznym wypowiedzeniem słów. Zdolność tę można wykorzystać do budowy protez lub interfejsów mózg-maszyna zdolnych do wytwarzania syntetycznej mowy, co może przynieść korzyści wielu pacjentom.
„Zakłócenia w sieciach mowy i języka zaobserwowano w przypadku szerokiego zakresu zaburzeń neurologicznych – w tym udaru, urazowego uszkodzenia mózgu, nowotworów, zaburzeń neurodegeneracyjnych, zaburzeń neurorozwojowych i nie tylko” – powiedział Arjun Khanna, doktorant w laboratorium Williamsa i jeden badaczy. że”. Współautor badania.
„Mamy nadzieję, że lepsze zrozumienie podstawowych obwodów nerwowych umożliwiających mowę i język utoruje drogę do opracowania metod leczenia tych zaburzeń”.
Naukowcy mają nadzieję rozszerzyć swoją pracę o badanie bardziej złożonych procesów językowych, co pozwoli im zbadać kwestie związane z tym, w jaki sposób ludzie wybierają słowa, które zamierzają powiedzieć, oraz w jaki sposób mózg składa słowa w zdania, które przekazują innym myśli i uczucia danej osoby. .
Informacje o badaniach nad mową i językiem
autor: Komunikacja MGH
źródło: Harvardzie
Komunikacja: MGH Komunikacja – Harvard
zdjęcie: Zdjęcie przypisane Neuroscience News
Oryginalne wyszukiwanie: Otwarty dostęp.
„Pojedyncze elementy neuronowe odpowiedzialne za produkcję mowy u ludzi„Przez Zeva Williamsa i in. Natura
podsumowanie
Pojedyncze elementy neuronowe odpowiedzialne za produkcję mowy u ludzi
Ludzie są w stanie generować kombinacje niezwykle różnorodnych ruchów werbalnych, aby wytworzyć znaczącą mowę. Ta umiejętność koordynowania określonych sekwencji dźwiękowych, segmentowania ich i łączenia w skalach czasowych poniżej sekundy pozwala nam wytworzyć tysiące dźwięków słów i jest podstawowym składnikiem języka. Jednak podstawowe jednostki i struktury komórkowe, dzięki którym planujemy i wytwarzamy słowa podczas mowy, pozostają w dużej mierze nieznane.
Tutaj, korzystając z ostrych nagrań Neuropikseli o dużej gęstości, zdolnych do próbkowania w całej kolumnie korowej u ludzi, odkryliśmy neurony w korze przedczołowej dominującej język, które kodowały szczegółowe informacje o układzie fonetycznym i tworzeniu słów prążkowia podczas produkcji naturalnej mowy.
Neurony te reprezentują specyficzną kolejność i strukturę zdarzeń artykulacyjnych poprzedzających artykulację i odzwierciedlają segmentację sekwencji głosowych na odrębne segmenty. Dokładnie przewidzieli także składniki fonologiczne, sylabiczne i morfologiczne nadchodzących słów oraz pokazali uporządkowaną czasowo dynamikę.
Wspólnie pokazujemy, jak te mieszaniny komórek są szeroko zorganizowane wzdłuż kolumny korowej i jak ich wzorce aktywności przechodzą od planowania artykulacyjnego do produkcji. Pokazujemy także, jak komórki te wiarygodnie śledzą szczegółową strukturę dźwięków spółgłosek i samogłosek podczas percepcji i jak specyficznie odróżniają procesy związane z mówieniem od tych związanych ze słuchaniem.
Łącznie odkrycia te ujawniają niezwykle uporządkowaną organizację i kaskadę kodowania reprezentacji fonologicznych przez neurony przedczołowe u ludzi i demonstrują proces komórkowy, który może wspierać wytwarzanie mowy.
„Podróżujący ninja. Rozrabiaka. Badacz bekonów. Ekspert od ekstremalnych alkoholi. Obrońca zombie.”
