Klíčem k tomu, jak slyšíme, může být milisekundová okna času, studie

Co se stane, když posloucháte řeč jinou rychlostí? Neurovědci si mysleli, že váš mozek může také zvýšit rychlost zpracování. Ukazuje se však, že alespoň sluchová část mozku udržuje „poslech“ nebo v pevné době. To je klíčové zjištění nového výzkumu objevuje se v Neurověda přírody.

The research was led by Sam Norman-Haignere, Ph.D., assistant professor of Biostatistics and Computational Biology, Biomedical Engineering, and Neuroscience at the Del Monte Institute for Neuroscience at the University of Rochester, in collaboration with researchers at Columbia University, including Principal Investigator Nima Mesgarani, Ph.D., of the Zuckerman Institute, and Menoua Keshishian, who completed his Ph.D. v elektrotechnice ve své laboratoři.

„To bylo překvapivé. Ukázalo se, že když zpomalíte slovo, sluchová kůra nezmění časové okno, které zpracovává. Je to, jako by se sluchová kůra integrovala v tomto pevném časovém měřítku,“ řekl Norman-Haignere, první autor studie, který zahájil studii jako postdoktorand v Columbia.

„Jedním z klíčových cílů tohoto druhu výzkumu je vybudovat lepší výpočetní modely toho, jak mozek zpracovává informace v řeči, což zvýší náš soubor vědeckých nástrojů a nakonec nám pomůže pochopit, co se děje, když má někdo potíže s porozuměním řeči a zpracování jazyka“

Složitost porozumění a modelování řeči

Sluchová kůra, která se skládá z několika vrstev a oblastí, je oblastí mozku zodpovědná za zpracování a interpretaci zvuků. Vědci vědí, že v mozku je několik regionů, které zpracovávají řeč – Primární sluchová kůraSekundární sluchová kůra a jazykové oblasti za sluchovou kůrou. Základní porozumění tomu, jak každý region funguje a hierarchie mezi těmito různými regiony a uvnitř těchto regionů, není dobře známo.

Pochopení složitosti mozku byl asistován vývojem výpočetních modelů. Tyto počítačové modely používají matematické vzorce nebo algoritmy k pochopení zvukových a předpovídání nervových reakcí a lidského chování.

Autoři této studie použili počítačové modely k testování, zda jejich výzkumná metoda rozlišuje mezi jejich dvěma hypotézami: integruje sluchová kůra informace napříč strukturami řeči – například slova – nebo čas? Ukázalo se, že některé počítačové modely se naučily integrovat napříč strukturami řeči, na rozdíl od sluchové kůry. Toto zjištění bylo částečně užitečné, protože to pomohlo ověřit metody, které autoři používali ke studiu struktury a času.

Přístup k lidskému mozku

Neurovědci jsou obvykle omezeni v typech nervových dat, které mohou zaznamenávat z lidského mozku. Elektroencefalogramy nebo EEG poskytují vědcům elektrickou aktivitu mozku čtená z pokožky hlavy, která je daleko od skutečných buněk, které produkují tuto aktivitu. Funkční MRI měří průtok krve v mozku, což je nepřímá míra mozkové aktivity. Oba nástroje transformovaly naše chápání funkce lidského mozku a nemoci. Žádná metoda však není schopna zaznamenávat prostorově a dočasně přesnou nervovou aktivitu.

Vědci spolupracovali s pacienty s epilepsií v lékařském centru NYU Langone, Columbia University Irving Medical Center a University of Rochester Medical Center na měření přesné nervové aktivity zevnitř lidského mozku. Pracovali s pacienty, kteří byli přijati do nemocnice pro monitorování epilepsie.

V rámci jejich monitorování byly elektrody dočasně implantovány do jejich mozků, aby lékaři lékaři mohli lépe určit oblast mozku, odkud pocházejí jejich záchvaty. Tyto elektrody měří elektrické reakce hned vedle místa, kde jsou neurony aktivní, což poskytuje mnohem vyšší přesnost než standardní metody, jako jsou EEG a fMRI.

Rekrutovaní účastníci byli pověřeni posloucháním průchodu z audioknihy normální rychlostí a poté byli hráli stejnou pasáž pomalejší rychlostí. Vědci si mysleli, že by mohli vidět změnu v nervovém časovém okně, která se lišila s rychlostí řeči. Rozdíly, které pozorovali, však nebyly žádné minimální, což naznačuje, že základní jednotkou zpracování je fyzický čas – například 100 milisekund – a ne struktury řeči, jako jsou slova.

„Toto zjištění zpochybňuje intuitivní myšlenku, že zpracování našeho mozku by mělo být vymazáno na řečové struktury, které slyšíme, jako slabiky nebo slova,“ řekl Mesgarani, vedoucí autor studie a docent elektrotechniky v Columbii. „Místo toho jsme ukázali, že sluchová kůra pracuje na pevném interním časovém období, nezávisle na struktuře zvuku. To poskytuje trvale načasovaný proud informací, které musí mozkové oblasti vyššího řádu interpretovat, aby odvodily lingvistický význam. “

„Čím lépe rozumíme zpracování řeči, tím lépe si myslíme, že budeme schopni pochopit, co způsobuje deficity řeč Zpracování, “řekl Norman-Haignere.

„Takže, zjistit, jak mozek přechází z něčeho více zvuku na něco více jazyka a jak modelovat tuto transformaci, je vzrušujícím prostorem, ve kterém pracujeme.“

Mezi další vědci patří Guy McKhann a Catherine Schevon z Columbia University a Orrin Devinsku, Werner Doyle a Adeen Flinker, NYU Langone Medical Center.