声音和文字在大脑中分别同时处理
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图源：Unsplash/CC0 公共领域
声音和文字在大脑中分别同时处理
细胞出版社 2021 年 8 月 18 日
经过多年的研究，神经科学家在人脑中发现了一种处理语言声音的新途径。8 月 18 日发表在《细胞》杂志上的研究结果表明，听觉和语音处理是并行发生的，这与大脑处理声学信息然后将其转化为语言信息的长期存在的理论相矛盾。
语言的声音，在到达耳朵，被转换成电信号，由耳蜗和发送到称为大脑区域听觉皮层上的颞叶。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。人们认为首先，初级听觉皮层处理简单的声学信息，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。
但是这个理论的直接证据一直缺乏，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。
“所以，我们进行了这项研究，希望找到证据——将声音的低级表示转化为单词的高级表示，”加州大学旧金山分校的神经科学家和神经外科医生 爱德华 张 说。.
在七年的时间里，张 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。对于这些程序，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。
“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，”张说。以前研究该地区活动的尝试主要涉及将电线插入该地区，这只能在有限数量的地点显示信号。
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当为参与者播放短语和句子时，研究人员期望找到从初级听觉皮层到相邻 STG 的信息流，正如传统模型所建议的那样。如果是这样的话，这两个区域应该一个接一个地激活。
令人惊讶的是，研究小组发现，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。
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暗示的串行路径，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，其中一名患者说，这听起来像是单词中的音节互换了，”张说。
最新证据表明，传统的语音处理层次模型过于简单，而且可能不正确。研究人员推测，STG 可能独立于初级听觉皮层中的处理，而不是作为下一步的处理。
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。
“虽然这是向前迈出的重要一步，但我们还没有很好地了解这个平行的听觉系统，它当然提出的问题多于答案。研究结果表明，声音信息的路由可能与我们想象的非常不同。”张说。
探索
“并行和分布式穿过人听觉皮层语音编码” 期刊信息：细胞
提供 细胞出版社
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