2018年6月1日

研究显示大脑活动模式基本流利的演讲

当我们说话时,我们吸引近100块肌肉,不断移动嘴唇,下巴,舌头和喉咙塑造我们呼吸到流利的声音序列,形成我们的单词和句子。旧金山加州大学的科学家们的一项新研究揭示了大脑的这些复杂的发音动作协调。

新的研究表明,大脑的演讲中心组织根据身体的需要声道因为它产生的演讲比语音如何(它的“语音”)。语言学家把演讲分成抽象单位的声音称为“音素”,考虑“保持”中的/ k /声音/ k /一样“鸡笼”。But in reality, your mouth forms the sound differently in these two words to prepare for the different vowels that follow, and this physical distinction now appears to be more important to the brain regions responsible for producing speech than the theoretical sameness of the phoneme.

这些发现,扩展先前的研究大脑如何解释语言的声音,可以帮助指导创建新一代的假肢设备对于那些不能说话:大脑植入物可以监控神经活动相关语言产生和迅速,直接将这些信号转化为合成口语。

这项新的研究,发表在5月17日,2018年神经元,是由乔什·查特吉k . Anumanchipalli博士的研究人员在实验室资深作者Edward Chang医学博士,神经外科教授Bowes生物医学研究者和UCSF威尔神经科学研究所的成员。他们加入了基思•约翰逊博士,加州大学伯克利分校的语言学教授。

神经编码声道的动作

,加州大学旧金山分校的神经外科医生癫痫中心,专门从事手术移除导致癫痫发作癫痫患者脑组织。在某些情况下,为这些操作做准备,他把高密度阵列微电极表面上的病人的大脑,帮助识别位置引发病人的发作和制定其他重要领域,如那些参与语言,以确保手术避免损坏它们。

除了临床重要性,这种方法,称为electrocorticography,或ECoG,是一种强大的工具进行研究。“这是一个独特的方式看着成千上万的神经元激活一致,“查特说。

在新的研究中,查特和Anumanchipalli问五个志愿者等待手术,用ECoG腹侧感觉运动皮层电极放置在一个地区的言论是一个关键的中心生产、大声朗读460年自然的句子的集合。句子是明确了封装几乎所有可能的美国英语发音上下文。这种全面性捕获的完整范围的关键”协同发音,“混合音素的言论自然至关重要。

“没有协同发音,我们的演讲将块状和分段,我们无法真正理解它,“查特说。

研究小组没能同时记录志愿者的神经活动和舌头,口腔和喉的动作。相反,他们只记录音频的志愿者来说,开发了一种新的深学习算法来估计运动是在特定的任务。

这种方法允许研究人员确定不同的神经元负责人口所需的特定的声道运动模式产生流利的语音,一定程度的复杂性,没有见过在以前的实验,使用简单syllable-by-syllable演讲任务。

不同运动的实验表明,一个显著的多样性被周围神经元编码单个电极。研究人员发现有四个紧急组神经元似乎是负责协调运动肌肉的嘴唇,舌头和喉咙的四个主要配置声道中使用美式英语。研究人员还发现了神经数量与特定类的语音现象,包括单独的集群辅音和元音的不同类型,但是他们的分析表明,这些语音分组更更自然的副产品的分组基于不同类型的肌肉运动。

关于协同发音,研究人员发现,大脑的语言中心协调不同的肌肉运动模式上下文的基础上说的是什么,和不同的声音出现的顺序。例如,下巴打开更多的说“利用”这个词表示“有”一词便拥有相同的元音(/ ae /),嘴已经准备接近使/ z /声音”。”The researchers found that neurons in the ventral sensorimotor cortex were highly attuned to this and other co-articulatory features of English, suggesting that the brain cells are tuned to produce fluid, context-dependent speech as opposed to reading out discrete speech segments in serial order.

“在演讲中生产,显然是另一层发生的神经处理,使演讲者音素一起合并到侦听器可以理解的东西,”Anumanchipalli说。

假的演讲

“这项研究强调了为什么我们需要考虑声道运动而不仅仅是语言功能,如音素学习语言产生时,“查特说。他认为这项工作不仅为额外的研究铺平了道路,解决的感觉运动方面语言产生,但也可能实际支付股息。