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聲音和文字在大腦中分別同時處理

經(jīng)過多年的研究,神經(jīng)科學家在人腦中發(fā)現(xiàn)了一種處理語言聲音的新途徑。8 月 18 日發(fā)表在《細胞》雜志上的研究結(jié)果表明,聽覺和語音處理是并行發(fā)生的,這與大腦處理聲學信息然后將其轉(zhuǎn)化為語言信息的長期存在的理論相矛盾。

語言的聲音到達耳朵后,會被耳蝸轉(zhuǎn)換為電信號,并發(fā)送到大腦中稱為顳葉聽覺皮層的區(qū)域。幾十年來,科學家們一直認為聽覺皮層中的語音處理遵循一個串行路徑,類似于工廠的流水線。人們認為首先,初級聽覺皮層處理簡單的聲學信息,例如聲音的頻率。然后,稱為顳上回 (STG) 的相鄰區(qū)域提取對語音更重要的特征,如輔音和元音,將聲音轉(zhuǎn)化為有意義的單詞。

但是這個理論的直接證據(jù)一直缺乏,因為它需要來自整個聽覺皮層的非常詳細的神經(jīng)生理學記錄,具有極高的時空分辨率。這是具有挑戰(zhàn)性的,因為初級聽覺皮層位于分隔人類大腦額葉和顳葉的裂隙深處。

加州大學舊金山分校的神經(jīng)科學家和神經(jīng)外科醫(yī)生 Edward Chang 說:“所以,我們進行了這項研究,希望找到證據(jù)——將聲音的低級表示轉(zhuǎn)化為單詞的高級表示。” .

在七年的時間里,Chang 和他的團隊研究了九名因醫(yī)學原因不得不接受腦部手術(shù)的參與者,例如切除腫瘤或定位癲癇病灶。對于這些程序,放置小電極陣列以覆蓋整個聽覺皮層,以收集用于語言和癲癇映射的神經(jīng)信號。參與者還自愿對錄音進行分析,以了解聽覺皮層如何處理語音。

“這項研究是我們第一次可以直接從大腦表面同時覆蓋所有這些區(qū)域,并研究聲音到單詞的轉(zhuǎn)換,”張說。以前研究該地區(qū)活動的嘗試主要涉及將電線插入該地區(qū),這只能在有限數(shù)量的地點顯示信號。

當為參與者播放短語和句子時,研究人員期望找到從初級聽覺皮層到相鄰 STG 的信息流,正如傳統(tǒng)模型所建議的那樣。如果是這樣的話,這兩個區(qū)域應(yīng)該一個接一個地激活。

令人驚訝的是,研究小組發(fā)現(xiàn),當播放句子時,位于 STG 中的某些區(qū)域的反應(yīng)速度與初級聽覺皮層一樣快,這表明這兩個區(qū)域同時開始處理聲學信息。

此外,作為臨床語言映射的一部分,研究人員用小電流刺激了參與者的初級聽覺皮層。如果語音處理遵循傳統(tǒng)模型所暗示的串行路徑,則刺激可能會扭曲患者對語音的感知。相反,雖然參與者經(jīng)歷了刺激引起的聽覺幻覺,但他們?nèi)匀荒軌蚯宄芈牭胶椭貜?fù)對他們說的話。然而,當 STG 受到刺激時,參與者報告說他們可以聽到人們說話,“但無法辨認單詞。”

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