Свежее исследование, проведенное учеными Массачусетской больницы общего профиля (MGH), применило сложные методы записи данных в мозгу, чтобы раскрыть совместную функцию нейронов в человеческом мозге, которая позволяет людям формулировать свои мысли в словах и затем произносить их.
Эти результаты представляют собой подробную карту того, как звуки речи, включая согласные и гласные, представлены в мозге задолго до их произнесения, и как они соединяются в процессе речевого выражения. Опубликованная в журнале Nature работа раскрывает информацию о нейронах мозга, ответственных за речевую деятельность, что может улучшить понимание и лечение речевых и языковых расстройств.
Cтарший автор, доктор медицинских наук Зив Уильямс, профессор нейрохирургии в MGH и Гарвардской медицинской школе, объясняет:
Несмотря на то, что речь кажется простой, наш мозг выполняет множество сложных когнитивных шагов при ее воспроизведении, включая создание слов, планирование артикуляционных движений и произнесение предполагаемых вокализаций.
Наш мозг действует удивительно быстро - около трех слов в секунду при естественной речи - с минимальным количеством ошибок. Однако точные механизмы этого процесса остаются загадкой.
Используя передовую технологию "Нейропиксельные зонды" для регистрации активности нейронов в префронтальной коре, лобной области мозга, Уильямс и его коллеги обнаружили нейроны, участвующие в производстве речи и способные лежать в основе способности говорить. Они также выяснили, что в мозге есть отдельные группы нейронов, ответственных за речь и слушание.
Это первое применение зондов Neuropixels на людях в MGH. Эти зонды очень маленькие - меньше ширины человеческого волоса, но обладают сотнями каналов, способных одновременно регистрировать активность десятков или даже сотен отдельных нейронов. Это позволяет получить уникальное понимание того, как действуют нейроны и как они взаимодействуют, формируя сложное человеческое поведение, включая речь.
Исследование показало, что нейроны мозга играют ключевую роль в формировании произнесенных слов - от простых звуков речи до их сборки в более сложные конструкции, такие как слоги. Например, для произнесения слова "собака" необходима согласная "д", формируемая при касании языка к твердому небу за зубами.
Проводя запись активности отдельных нейронов, исследователи обнаружили, что определенные нейроны активизируются еще до того, как соответствующий звук будет произнесен вслух. Другие нейроны отражают более сложные аспекты формирования слов, такие как сборка фонем в слоги. С помощью своей методики исследователи показали, что можно предсказать звуки речи, которые будет произносить человек, еще до того, как он это сделает.
Иными словами, ученые могут предварительно определить, какие согласные и гласные будут произнесены, что может быть полезно для разработки искусственных протезов или интерфейсов "мозг-машина", способных воспроизводить синтетическую речь, что имеет большой потенциал для помощи широкому кругу пациентов.
Нарушения в речевых и языковых сетях встречаются при множестве неврологических расстройств, таких как инсульт, черепно-мозговая травма, опухоли, нейродегенеративные заболевания, нарушения нервного развития и другие. Мы надеемся, что улучшенное понимание основных нейронных схем, обеспечивающих речь и язык, поможет разработать методы лечения этих расстройств.
Исследователи намерены расширить свою работу, изучая более сложные языковые процессы, чтобы понять, как выбираются слова и как мозг составляет из них предложения, передающие мысли и чувства человека другим.