Úvod do řeči: Jak mozek tvoří slova

souhrn: Vědci učinili převratný objev o tom, jak lidský mozek tvoří slova, než začne mluvit. Pomocí senzorů Neuropixels byli schopni zmapovat, jak neurony reprezentují a seskupují zvuky řeči v jazyce.

Tato studie nejen osvětluje složité kognitivní kroky spojené s tvorbou řeči, ale také otevírá možnosti léčby poruch řeči a jazyka. Tato technologie by mohla vést k vytvoření umělé řečové protetiky, z níž by měli prospěch lidé s neurologickými poruchami.

Klíčová fakta:

1. Studie využívá pokročilé senzory Neuropixels k zaznamenávání aktivit neuronů v mozku a ukazuje, jak myslíme a produkujeme slova.
2. Vědci zjistili, že neurony se věnují jak mluvení, tak poslechu a odhalují samostatné mozkové funkce pro tvorbu jazyka a porozumění.
3. Zjištění by mohla pomoci vyvinout léčbu poruch řeči a jazyka a vést k vytvoření rozhraní mozek-stroj pro umělou řeč.

zdroj: Harvard

Nová studie vědců z Massachusetts General Hospital přidružené k Harvardu pomocí pokročilých technik zaznamenávání mozku ukazuje, jak neurony v lidském mozku spolupracují, aby umožnily lidem myslet na slova, která chtějí říct, a poté je produkovat nahlas prostřednictvím řeči.

Zjištění poskytují podrobnou mapu toho, jak jsou zvuky řeči, jako jsou souhlásky a samohlásky, reprezentovány v mozku dlouho předtím, než jsou vysloveny, a jak jsou spolu propojeny během tvorby jazyka.

Práce publikovaná v PřírodaMůže vést ke zlepšení porozumění a léčbě poruch řeči a jazyka.

„Ačkoli se mluvení normálně zdá snadné, náš mozek provádí mnoho složitých kognitivních kroků v přirozené produkci řeči – včetně vymýšlení slov, která chceme říct, plánování verbálních pohybů a vytváření zamýšlených promluv,“ říká hlavní autor Zev Williams. Docent neurochirurgie na MGH a Harvard Medical School.

„Naše mozky provádějí tyto výkony úžasnou rychlostí – přibližně tři slova za sekundu v přirozené řeči – a s pozoruhodně malým počtem chyb. Jak přesně je však tohoto výkonu dosaženo, zůstává záhadou.“

Když Williams a jeho kolegové použili špičkovou technologii zvanou Neuropixels k záznamu aktivit jednotlivých neuronů v prefrontálním kortexu, přední oblasti lidského mozku, identifikovali buňky zapojené do tvorby jazyka, které mohou být základem schopnosti mluvit. On mluví. Zjistili také, že v mozku existují samostatné skupiny neuronů věnované mluvení a poslechu.

„Použití senzorů Neuropixels u lidí bylo poprvé průkopníkem v MGH,“ řekl Williams. „Tyto senzory jsou pozoruhodné – jsou menší než šířka lidského vlasu, ale zároveň obsahují stovky kanálů, které jsou schopny zaznamenat aktivitu desítek nebo dokonce stovek jednotlivých neuronů současně.“

Williams pracoval na vývoji nahrávacích technik se Sidneym Cashem, profesorem neurologie z Massachusetts General Hospital a Harvard Medical School, který také pomohl vést studii.

Výzkum ukazuje, jak neurony představují některé ze základních prvků, které se podílejí na konstrukci mluvených slov – od jednoduchých zvuků řeči nazývaných fonémy až po jejich seskupování do složitějších řetězců, jako jsou slabiky.

Například souhláska „da“, která vzniká dotykem jazyka s tvrdým patrem za zuby, je nezbytná k vytvoření slova „pes“. Zaznamenáním jednotlivých neuronů vědci zjistili, že některé neurony se aktivují dříve, než je tento zvuk vysloven nahlas. Jiné neurony odrážely složitější aspekty stavby slov, jako je specifické seskupování zvuků do slabik.

Svou technikou vědci prokázali, že je možné spolehlivě určit, které hlásky řeči budou jednotlivci vyslovovat, než je vysloví. Jinými slovy, vědci dokážou předpovědět kombinaci souhlásek a samohlásek, které budou vytvořeny předtím, než budou slova skutečně vyřčena. Tato schopnost by mohla být využita k vytvoření protetiky nebo rozhraní mozek-stroj schopných produkovat syntetickou řeč, což by mohlo být přínosem pro řadu pacientů.

„Narušení řečových a jazykových sítí bylo pozorováno u široké řady neurologických poruch – včetně mrtvice, traumatického poranění mozku, nádorů, neurodegenerativních poruch, neurovývojových poruch a dalších,“ řekl Arjun Khanna, postdoktorand z Williamsovy laboratoře. výzkumníků. že“. Spoluautor studie.

„Doufáme, že lepší porozumění základním nervovým obvodům, které umožňují řeč a jazyk, připraví cestu pro vývoj léčby těchto poruch.“

Vědci doufají, že rozšíří svou práci studiem složitějších lingvistických procesů, které jim umožní zkoumat otázky související s tím, jak si lidé vybírají slova, která mají v úmyslu říci, a jak mozek skládá slova do vět, které předávají něčí myšlenky a pocity ostatním. .

O zprávách o výzkumu řeči a jazyka

autor: MGH Communications
zdroj: Harvard
sdělení: MGH Communications – Harvard
obrázek: Obrázek připsán Neuroscience News

Původní vyhledávání: Otevřený přístup.
„Jednotlivé nervové složky produkce řeči u lidí„Od Zeva Williamse a kol. Příroda

---

shrnutí

Jednotlivé nervové složky produkce řeči u lidí

Lidé jsou schopni generovat kombinace mimořádně rozmanitých verbálních pohybů, aby produkovali smysluplnou řeč. Tato schopnost koordinovat specifické zvukové sekvence, segmentovat je a konjugovat na subsekundových časových škálách nám umožňuje produkovat tisíce slovních zvuků a je základní složkou jazyka. Základní buněčné jednotky a struktury, kterými během řeči plánujeme a vyrábíme slova, však zůstávají velkou neznámou.

Zde jsme pomocí ostrých nahrávek Neuropixels s vysokou hustotou schopných vzorkování napříč kortikálním sloupcem u lidí objevili neurony v prefrontálním kortexu s dominantním jazykem, které kódovaly podrobné informace o fonetickém uspořádání a tvorbě striatálních slov během přirozené produkce řeči.

Tyto neurony představují specifické pořadí a strukturu artikulačních událostí před artikulací a odrážejí segmentaci hlasových sekvencí do odlišných segmentů. Také přesně předpověděli fonologické, slabičné a morfologické složky nadcházejících slov a ukázali časově uspořádanou dynamiku.

Společně demonstrujeme, jak jsou tyto směsi buněk široce organizovány podél kortikálního sloupce a jak jejich vzorce aktivity přecházejí od artikulačního plánování k produkci. Ukazujeme také, jak tyto buňky spolehlivě sledují detailní strukturu zvuků souhlásek a samohlásek během vnímání a jak specificky rozlišují procesy související s mluvením od procesů souvisejících s poslechem.

Společně tato zjištění odhalují pozoruhodně strukturovanou organizaci a kaskádu kódování fonologických reprezentací prefrontálními neurony u lidí a demonstrují buněčný proces, který může podporovat produkci řeči.