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大脑是如何把声音变成意义的?学习会发光

健康 89xy 3周前 (10-07) 17次浏览

一项新的研究调查了哪些神经元对不同的音调做出反应,识别不同的声音并对强调做出反应。这些发现帮助我们理解大脑是如何从语音中获得意义的。

大脑是如何把声音变成意义的?学习会发光

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新的研究调查了大脑是如何处理语音并将其转换成情感上有意义的信息的。

无论是辨别一个问题和一个陈述,检测“上升”现象,还是简单地弄清楚一个人何时生气,我们的大脑都在不断地工作,区分声音中无数的变化,并从中获得意义。

当我们考虑到人们有不同的声音,每个声音都有特定的音高,并且在识别一个人的声音中的这些微小差异时,人脑也会将语音分解成辅音、元音和单词单元,这一点就更加令人印象深刻了。当然,这一切都是以惊人的速度完成的。

加州大学UCSF分校的科学家们进行了一项新的研究,研究大脑是如何处理演讲过程中声音音调或语调的细微变化的。这些声音模式——科学家和诗人称之为韵律——对我们从声音中获得意义的能力至关重要。

这些发现发表在《科学》杂志上。

正如作者所解释的,以前在灵长类动物中的研究已经定位了大脑中对音高和语调做出反应的区域,但是这些研究没有深入到识别这些区域中的神经元如何拾取韵律并帮助大脑将其处理成意义。

这项新的研究是由研究合著者克莱尔·唐(Claire Tang)领导的,克莱尔·唐是高级研究作者博士实验室的四年级研究生,他是威尔神经科学研究所的神经外科学教授。

研究大脑听觉皮层的神经元

唐和他的同事招募了10名参与者,让他们听四句话。这些句子是由三种不同的合成声音录制的。

每个句子都是在四种不同的语调条件下说的:中性、强调1(强调句子中的第一个单词)、强调3(强调第三个单词)和问题。

例如,一句话是“电影需要最少的能量。”它首先被说成是一种中性的说法,然后是“电影需要最少的能量”,第三是“电影需要最少的能量”,最后是“电影需要最少的能量?”

Tan g和他的团队使用高密度皮层脑电图(参与者在大脑表面以高密度放置微小电极)监测被称为颞上回(STG)的大脑区域的神经元活动。

STG在韵律和口语单词的识别中起着关键作用,因为它形成了人脑的初级听觉皮层。

为了评估该区域的神经元对不同变量的反应,研究小组设计了一组条件,在这些条件下,这些句子的发音会改变语调轮廓、语音内容(即以“电影”一词开头的句子与以“驯鹿”一词开头的句子在声音上不同)或说话者的身份。

STG神经元对语音的反应

研究人员不仅发现了STG中可以“分辨”三种合成声音之间差异的神经元,还发现了可以区分四个句子的神经元,而不管发出它们的是什么声音。

更具体地说,科学家们发现,当暴露在构成句子的不同声音组中时,某些神经元的活动增加。这些神经元根据声音或音素识别句子,而不考虑声音。

最后一组神经元可以“辨别”四种语调轮廓之间的差异。这些脑细胞根据句子的重点有较高或较低的活性,而不管是哪个句子或说话的声音。

为了验证他们的发现,唐和他的团队设计了一种算法,旨在预测哪些神经元会对不同说话者说出的不同句子做出反应,以及如何做出反应。

他们发现,负责区分不同声音的那一类神经元“聚焦”在所谓的绝对音高上,而对语调做出反应的脑细胞则聚焦在所谓的相对音高上。

绝对音高是指单个说话者的不同音高,而相对音高是指同一声音的音高如何变化。

“我们的任务之一是了解大脑如何将声音转化为意义,”唐说。“我们在这里看到的是,大脑的新皮层中有神经元,它们不仅处理正在说的话,还处理这些话是如何说的。”

“我们不仅能够显示韵律在大脑中的编码位置,还能够通过解释音高的具体变化来说明活动是如何进行的。”

唐克莱尔

“现在,一个尚未解决的主要问题是,大脑如何控制我们的声道,使这些声音变成全国性的语音,”张博士补充说。“我们希望能尽快解开这个谜团。”


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