eLife今日發(fā)表的新發(fā)現(xiàn)表明，先前被認(rèn)為主要在手和手臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程中活躍的大腦運(yùn)動(dòng)皮層神經(jīng)元，在講話過(guò)程中也會(huì)以類(lèi)似于與這些運(yùn)動(dòng)相關(guān)的大腦活動(dòng)模式的方式亮起。

通過(guò)證明有可能從神經(jīng)活動(dòng)的模式中識(shí)別出不同的音節(jié)或單詞，這項(xiàng)研究提供了一些見(jiàn)解，這些見(jiàn)解可以潛在地用于恢復(fù)失去說(shuō)話能力的人的聲音。

說(shuō)話涉及人類(lèi)做出的一些最精確，最協(xié)調(diào)的動(dòng)作。研究它既有趣又具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)楹苌儆腥藭?huì)在說(shuō)話時(shí)從大腦內(nèi)部進(jìn)行測(cè)量。這項(xiàng)研究是BrainGate2腦機(jī)接口試驗(yàn)臨床試驗(yàn)*的一部分，該試驗(yàn)正在測(cè)試可以與大腦“通信”的計(jì)算機(jī)設(shè)備，以幫助恢復(fù)通信并提供對(duì)義肢(如機(jī)器人手臂)的控制。

研究人員通過(guò)記錄多電極陣列的大腦活動(dòng)來(lái)研究語(yǔ)音，該陣列先前放置在參加BrainGate 2研究的兩個(gè)人的運(yùn)動(dòng)皮層中。這使他們能夠研究在語(yǔ)音過(guò)程中激活的大量神經(jīng)元放電的時(shí)機(jī)和位置，而不是一次只激發(fā)幾個(gè)。

斯坦福大學(xué)神經(jīng)外科系和伍仔神經(jīng)科學(xué)研究所的博士后研究員謝爾蓋·斯塔維斯基解釋說(shuō)：“我們首先問(wèn)到大腦運(yùn)動(dòng)皮層的所謂“把手”區(qū)域中的神經(jīng)元是否活躍。 ，美國(guó)。“這似乎不太可能，因?yàn)檫@是一個(gè)控制手和手臂運(yùn)動(dòng)而不是語(yǔ)音的區(qū)域。但是科學(xué)文獻(xiàn)中的線索表明可能存在重疊。”

為了測(cè)試這一點(diǎn)，研究小組在演講任務(wù)中記錄了參與者的神經(jīng)活動(dòng)，他們聽(tīng)到了10個(gè)不同的音節(jié)之一或10個(gè)不同的短詞之一，然后在聽(tīng)到“ go”提示后聽(tīng)到提示的聲音。在說(shuō)單詞和音節(jié)時(shí)，神經(jīng)元的放電速率發(fā)生了很大變化，并且活躍的神經(jīng)元散布在研究人員記錄的運(yùn)動(dòng)皮層的整個(gè)部分。而且，當(dāng)參與者聽(tīng)到聲音時(shí)，發(fā)聲率并沒(méi)有太大變化，只有當(dāng)他們說(shuō)出聲音時(shí)。神經(jīng)元活動(dòng)的這種變化還對(duì)應(yīng)于類(lèi)似聲音的組，稱(chēng)為音素，并具有臉部和嘴部運(yùn)動(dòng)。這表明，盡管整個(gè)運(yùn)動(dòng)皮層對(duì)不同身體部位的控制存在高層分離， 重疊。

接下來(lái)，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了“解碼”分析，以查看神經(jīng)元發(fā)射模式是否可以揭示有關(guān)所講特定聲音的信息。他們發(fā)現(xiàn)，通過(guò)分析近200個(gè)電極上的神經(jīng)活動(dòng)，他們可以識(shí)別出參與者在說(shuō)幾個(gè)音節(jié)或單詞中的哪個(gè)。實(shí)際上，對(duì)于其中一位參與者，在80%以上的病例中，對(duì)于另一位參與者，在某些情況下，神經(jīng)元活動(dòng)的某些模式可以正確地預(yù)測(cè)聲音或缺乏聲音。

共同資深作者，霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員，Hong Seh和Vivian WM Lim教授在學(xué)校的共同作者克里希納·謝諾伊(Krishna Shenoy)說(shuō)：“這表明可能有可能利用這種大腦活動(dòng)來(lái)理解無(wú)法說(shuō)話的人想說(shuō)的話。”斯坦福大學(xué)工程學(xué)院，神經(jīng)假肢轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)室(NPTL)聯(lián)合主任。

“通過(guò)這項(xiàng)研究，我們可以根據(jù)人們的大腦活動(dòng)識(shí)別出他們說(shuō)出的音節(jié)和單詞，這為根據(jù)患者嘗試說(shuō)話時(shí)所測(cè)得的神經(jīng)活動(dòng)合成或產(chǎn)生文本和語(yǔ)音奠定了基礎(chǔ)。” -高級(jí)作者Jaimie Henderson，John和Jene Blume-斯坦福大學(xué)神經(jīng)外科系教授兼NPTL的羅伯特和露絲·哈珀林教授。“對(duì)于無(wú)法通過(guò)實(shí)際講話提供示例數(shù)據(jù)的人們，現(xiàn)在需要進(jìn)一步的工作來(lái)合成連續(xù)語(yǔ)音。”