Inleiding tot spraak: hoe de hersenen woorden vormen

samenvatting: Onderzoekers hebben een baanbrekende ontdekking gedaan over hoe het menselijk brein woorden vormt voordat ze spreken. Door gebruik te maken van Neuropixels-sensoren konden ze in kaart brengen hoe neuronen spraakklanken in taal representeren en groeperen.

Deze studie werpt niet alleen licht op de complexe cognitieve stappen die betrokken zijn bij spraakproductie, maar opent ook mogelijkheden voor de behandeling van spraak- en taalstoornissen. Deze technologie zou kunnen leiden tot de creatie van kunstmatige spraakprotheses, waarvan mensen met neurologische aandoeningen profiteren.

Belangrijkste feiten:

1. Het onderzoek maakt gebruik van geavanceerde Neuropixels-sensoren om de activiteiten van neuronen in de hersenen vast te leggen, en laat zien hoe we denken en woorden produceren.
2. De onderzoekers ontdekten dat neuronen zich zowel bezighouden met spreken als luisteren, en afzonderlijke hersenfuncties onthullen voor de productie en het begrip van taal.
3. De bevindingen kunnen helpen bij het ontwikkelen van behandelingen voor spraak- en taalstoornissen, en kunnen leiden tot de creatie van hersen-machine-interfaces voor kunstmatige spraak.

bron: Harvard

Met behulp van geavanceerde hersenopnametechnieken laat een nieuwe studie door onderzoekers van het aan Harvard gelieerde Massachusetts General Hospital zien hoe neuronen in het menselijk brein samenwerken om mensen in staat te stellen de woorden te bedenken die ze willen zeggen en deze vervolgens hardop uit te spreken door middel van spraak.

De bevindingen bieden een gedetailleerde kaart van hoe spraakklanken zoals medeklinkers en klinkers in de hersenen worden weergegeven lang voordat ze worden uitgesproken, en hoe ze met elkaar verbonden zijn tijdens de taalproductie.

Werk gepubliceerd in natuurHet kan leiden tot verbeteringen in het begrip en de behandeling van spraak- en taalstoornissen.

“Hoewel spreken normaal gesproken gemakkelijk lijkt, voeren onze hersenen veel complexe cognitieve stappen uit bij de natuurlijke spraakproductie, waaronder het bedenken van de woorden die we willen zeggen, het plannen van verbale bewegingen en het produceren van beoogde uitingen”, zegt hoofdauteur Zev Williams. Universitair hoofddocent neurochirurgie aan MGH en Harvard Medical School.

“Onze hersenen voeren deze prestaties uit met verbazingwekkende snelheid – ongeveer drie woorden per seconde in natuurlijke spraak – en met opmerkelijk weinig fouten. Hoe deze prestatie precies wordt bereikt, is echter een mysterie gebleven.”

Toen ze een geavanceerde technologie genaamd Neuropixels gebruikten om de activiteiten van afzonderlijke neuronen in de prefrontale cortex, een frontaal gebied van het menselijk brein, vast te leggen, identificeerden Williams en zijn collega's cellen die betrokken zijn bij taalproductie en die mogelijk ten grondslag liggen aan het vermogen om te spreken. Hij spreekt. Ze ontdekten ook dat er afzonderlijke groepen neuronen in de hersenen zijn die zich bezighouden met spreken en luisteren.

“Het gebruik van Neuropixels-sensoren bij mensen werd voor het eerst ontwikkeld bij MGH,” zei Williams. “Deze sensoren zijn opmerkelijk: ze zijn kleiner dan de breedte van een mensenhaar, maar bevatten toch ook honderden kanalen die de activiteit van tientallen of zelfs honderden individuele neuronen tegelijkertijd kunnen registreren.”

Williams werkte aan de ontwikkeling van de opnametechnieken samen met Sidney Cash, hoogleraar neurologie aan het Massachusetts General Hospital en de Harvard Medical School, die ook hielp bij het leiden van het onderzoek.

Het onderzoek laat zien hoe neuronen enkele van de basiselementen vertegenwoordigen die betrokken zijn bij de constructie van gesproken woorden – van eenvoudige spraakklanken, fonemen genoemd, tot de groepering ervan in complexere reeksen zoals lettergrepen.

De medeklinker 'da', die wordt geproduceerd door met de tong het harde gehemelte achter de tanden aan te raken, is bijvoorbeeld nodig om het woord 'hond' te produceren. Door individuele neuronen te registreren, ontdekten de onderzoekers dat sommige neuronen actief worden voordat dat geluid hardop wordt uitgesproken. Andere neuronen weerspiegelden complexere aspecten van de woordconstructie, zoals de specifieke groepering van klanken in lettergrepen.

Met hun techniek hebben de onderzoekers aangetoond dat het mogelijk is om op betrouwbare wijze te bepalen welke spraakklanken individuen zullen uitspreken voordat ze deze uitspreken. Met andere woorden: wetenschappers kunnen de combinatie van medeklinkers en klinkers voorspellen die zal worden geproduceerd voordat de woorden daadwerkelijk worden uitgesproken. Dit vermogen zou kunnen worden benut om protheses of hersen-machine-interfaces te bouwen die synthetische spraak kunnen produceren, wat een hele reeks patiënten ten goede zou kunnen komen.

“Verstoringen in spraak- en taalnetwerken zijn waargenomen bij een breed scala aan neurologische aandoeningen – waaronder beroerte, traumatisch hersenletsel, tumoren, neurodegeneratieve aandoeningen, neurologische ontwikkelingsstoornissen en meer”, zegt Arjun Khanna, een postdoctoraal onderzoeker in het Williams-lab en een van de onderzoekers. van de onderzoekers. dat”. Co-auteur van de studie.

“Onze hoop is dat een beter begrip van de fundamentele neurale circuits die spraak en taal mogelijk maken de weg zal vrijmaken voor het ontwikkelen van behandelingen voor deze aandoeningen.”

De onderzoekers hopen hun werk uit te breiden door complexere taalprocessen te bestuderen waarmee ze vragen kunnen onderzoeken die verband houden met hoe mensen de woorden kiezen die ze willen zeggen en hoe de hersenen woorden samenvoegen tot zinnen die iemands gedachten en gevoelens aan anderen overbrengen. .

Over Spraak- en Taalonderzoek Nieuws

auteur: MGH-communicatie
bron: Harvard
communicatie: MGH-communicatie – Harvard
afbeelding: Afbeelding toegeschreven aan Neuroscience News

Originele zoekopdracht: Vrije toegang.
“Enkele neurale componenten van spraakproductie bij mensen“Door Zev Williams et al. natuur

een samenvatting

Enkele neurale componenten van spraakproductie bij mensen

Mensen zijn in staat combinaties van buitengewoon diverse verbale bewegingen te genereren om betekenisvolle spraak te produceren. Dit vermogen om specifieke klankreeksen te coördineren, te segmenteren en te vervoegen op tijdschalen van minder dan een seconde, stelt ons in staat duizenden woordklanken te produceren en is een fundamenteel onderdeel van taal. De fundamentele cellulaire eenheden en structuren waarmee we woorden plannen en produceren tijdens spraak blijven echter grotendeels onbekend.

Hier hebben we met behulp van scherpe Neuropixels-opnamen met hoge dichtheid die in staat zijn om de corticale kolom bij mensen te bemonsteren, neuronen ontdekt in de taaldominante prefrontale cortex die gedetailleerde informatie codeerden over de fonetische rangschikking en vorming van striatale woorden tijdens natuurlijke spraakproductie.

Deze neuronen vertegenwoordigen de specifieke volgorde en structuur van articulatiegebeurtenissen voorafgaand aan articulatie, en weerspiegelen de segmentatie van vocale sequenties in verschillende segmenten. Ze voorspelden ook nauwkeurig de fonologische, syllabische en morfologische componenten van komende woorden en lieten een temporeel geordende dynamiek zien.

Gezamenlijk laten we zien hoe deze mengsels van cellen breed georganiseerd zijn langs de corticale kolom en hoe hun activiteitspatronen overgaan van articulatorische planning naar productie. We laten ook zien hoe deze cellen op betrouwbare wijze de gedetailleerde structuur van medeklinker- en klinkergeluiden volgen tijdens perceptie en hoe ze specifiek onderscheid maken tussen processen die verband houden met spreken en processen die verband houden met luisteren.

Samen onthullen deze bevindingen een opmerkelijk gestructureerde organisatie en coderingscascade van fonologische representaties door prefrontale neuronen bij mensen en demonstreren ze een cellulair proces dat spraakproductie kan ondersteunen.