人类语言的秘密被揭开:研究表明，在说话的过程中，大脑对声道施加了类似交响乐的控制

美国加州大学旧金山分校的一个研究小组发现了语言运动控制的神经基础，即当我们说话时控制嘴唇、下巴、舌头和喉头的大脑小区域的复杂协调活动。

本周在期刊中描述自然，工作对开发计算机具有潜在的影响 -大脑人工语言交流和语言障碍治疗的接口。它还揭示了人类在生物中所特有的一种能力，但人们对此知之甚少。

“说话是我们作为人类的基础——几乎我们所有人都在学习说话，”资深作者爱德华·张医学博士说，他是UCSF癫痫中心的神经外科医生，也是UCSF整合神经科学中心的教员。“但这可能是我们所做的最复杂的运动活动。”

这种复杂性来自于这样一个事实，即口语需要声道中无数“发音器官”的协调努力——嘴唇、舌头、下颚和喉头——但科学家们还不明白这些不同发音器官的运动是如何在大脑中精确协调的。

为了了解言语清晰度是如何工作的，Chang和他的同事直接记录了三个在UCSF接受脑手术的人的脑电活动，并利用这些信息来确定“言语感觉运动皮层”的空间组织，当一个人说话时，它控制着嘴唇、舌头、下巴和喉头。这给了他们一张地图，上面显示了大脑的哪些部分控制着大脑的哪些部分声道。

然后，他们采用所谓的“状态空间”的分析，观察在讲话中感觉皮层的是发挥出有人说神经活动的复杂的空间和时间模式复杂的新方法。这揭示了大脑的讲话感觉皮层是如何工作的一个令人惊讶的复杂性。

他们发现，这皮层区有一个分层的，周期性的结构发挥的分裂第二，交响乐般在舌，下颌，喉部和嘴唇的控制。

“这些属性可能反映了皮质的策略，大大简化了在讲话流利发音器官的复杂的协调，”布沙尔的Kristofer，博士，在长安实验室的博士后研究员谁是纸张上的第一作者。

就像一首交响乐需要所有的演奏者协调他们的演奏、节拍或打击来创作音乐一样，说话需要语言感觉运动皮层内几个不同大脑区域的及时动作。

脑映射在癫痫手术中

参与这项研究的患者都在加州大学旧金山分校(UCSF)接受严重的、不可治愈的癫痫手术。脑部手术是一种强大的方法来停止癫痫曲目，可能完全完全停止癫痫发作过夜，其成功与医疗团队可以映射大脑的准确性直接相关，识别负责个人癫痫发作的确切组织和移除它们。

UCSF综合癫痫中心在使用先进的颅内监测来确定难以捉摸的癫痫病因方面处于领先地位脑区。这种定位是通过外科手术在颅骨下的大脑外表面或皮层植入一个电极阵列，并记录大脑的活动以精确定位大脑的某些部分会导致癫痫发作。在几周后的第二次手术中，电极被移除，导致癫痫发作的不健康脑组织被移除。

此设置还允许一个难得的机会，询问有关基本问题的人的大脑的作品，比如它控制如何说话如何。这神经基础直到现在，语言运动控制仍然是未知的，因为科学家不能研究动物的语言机制，而且因为非侵入性成像方法缺乏解决发音器运动非常快速的时间过程的能力，而发音器的运动在百分之一秒内就会改变。

但是，外科大脑测绘可以直接记录神经活动，比其他非侵入性方法更快，显示电活动的变化在几毫秒左右。

在这项工作之前，大多数科学家了解这个大脑地区的基于20世纪44年代的研究，它使用了大脑上单个斑点的电刺激，导致脸部或喉咙的肌肉抽搐。然而，使用焦点刺激的这种方法永远无法唤起有意义的语音声音。

Chang和他的同事使用了一种完全不同的方法来研究在自然说话的大脑中植入的电极阵列的大脑活动。病人们念一串英文音节，比如bah, dee, goo。研究人员记录了他们语言运动皮层的电活动，显示了不同的大脑模式是如何解释我们的不同元音和辅音的演讲。

“虽然我们使用的是英语，但我们发现所观察到的关键模式也是语言学家们在世界各地语言中观察到的，这也许为我们在所有文化中说英语提供了普遍原则，”Chang说。

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