Cell | 改写理论，华人神经科学发现人类大脑中处理语言声音的新途径

经过多年的研究，神经科学家发现了人类大脑中处理语言声音的新途径。8月18日发表在《Cell》杂志上的研究结果表明，听觉和语言处理是并行进行的，这与长期以来认为大脑处理听觉信息然后将其转化为语言信息的理论相矛盾。

语言的声音到达耳朵后，会被耳蜗转换为电信号，并发送到大脑中称为颞叶听觉皮层的区域。几十年来，科学家们一直认为听觉皮层中的语音处理遵循一个串行路径，类似于工厂的流水线。人们认为，初级听觉皮层处理简单的声音信息，例如声音的频率。然后，称为颞上回 (STG) 的相邻区域提取对语音更重要的特征，如辅音和元音，将声音转化为有意义的单词。

大脑左半球听觉皮层的位置和分区示意图

但这一理论缺乏直接证据，因为它需要来自整个听觉皮层的非常详细的神经生理学记录，具有极高的时空分辨率。这是具有挑战性的，因为初级听觉皮层位于分隔人类大脑额叶和颞叶的裂隙深处。
加州大学旧金山分校的神经科学家、神经外科医生Edward Chang说:“所以，我们进行了这项研究，希望找到将声音的低级表示转化为单词的高级表示的证据。”
在长达7年的时间里，Chang 和他的团队研究了九名因医学原因不得不接受脑部手术的参与者，例如切除肿瘤或定位癫痫病灶。在这些程序中，研究人员放置小电极阵列以覆盖整个听觉皮层，以收集用于语言和癫痫映射的神经信号。参与者还自愿对录音进行分析，以了解听觉皮层如何处理语音的。

Chang说: “这项研究是我们第一次可以直接从大脑表面同时覆盖所有这些区域，并研究声音到单词的转换。”因为之前研究该区域活动的尝试主要涉及在该区域插入一根电线，这只能在有限的点上显示信号。
当为参与者播放短语和句子时，研究人员希望能像传统模型所提出的那样，从初级听觉皮层到相邻的STG发现信息流。如果是这样的话，这两个区域应该一个接一个地被激活。
不过令人惊讶的是，研究人员发现，当播放句子时，位于 STG 中的某些区域的反应速度与初级听觉皮层一样快，这表明这两个区域同时开始处理声学信息的。此外，作为临床语言映射的一部分，研究人员用小电流刺激了参与者的初级听觉皮层。如果语音处理遵循传统模型所指出的串行路径，则刺激可能会扭曲患者对语音的感知。相反，虽然参与者经历了刺激引起的听觉幻觉，但他们仍然能够清楚地听到和重复对他们说的话。然而，当 STG 受到刺激时，参与者报告说他们可以听到人们说话，“但无法辨认单词”。
“事实上，其中一名患者表示，这听起来像是单词中的音节互换了。”
最新的证据表明，传统的语音处理层次模型过于简化，很可能是错误的。研究人员推测，STG可能独立于初级听觉皮层的处理过程，而不是作为初级听觉皮层处理的下一步。

在不损坏 pSTG 的情况下对左侧 HG 进行局部消融对言语感知或语言理解没有影响

语音处理的并行性质可能会为医生提供新的思路，以了解如何治疗阅读障碍等儿童难以识别语音的疾病。
研究人员表示，“虽然这是向前迈出的重要一步，但我们还不太了解这个平行的听觉系统。研究结果表明，声音信息的路由可能与我们想象的大不相同。这无疑带来了更多问题。”
参考信息：Liberty S. Hamilton, Yulia Oganian, Jeffery Hall, Edward F. Chang. Parallel and distributed encoding of speech across human auditory cortex. Cell, 2021; DOI: 10.1016/j.cell.2021.07.019https://www.sciencedaily.com/releases/2021/08/210818130509.htm学术经纬

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