Cell提出新观点：大脑中听觉和语音处理是并行的

时间：2021-08-19 00:00:00 来源：网络整理

语言的声音传到耳朵后，耳蜗将其转换成电信号，然后发送到位于颞叶的听觉皮层。几十年来，科学家们一直认为，听觉皮层的语言处理遵循一个串行路径，类似于工厂的装配线。首先，初级听觉皮层处理简单的声音信息，比如声音的频率。然后，一个邻近的区域，称为颞上回(STG)，提取对说话更重要的特征，如辅音和元音，将声音转换成有意义的单词。

但这一理论缺乏直接证据，因为它需要非常详细的神经生理学记录，从整个听觉皮层以极高的时空分辨率。这是一个挑战，因为初级听觉皮层位于分离人类大脑额叶和颞叶的裂口深处。

加州大学旧金山分校的神经科学家和神经外科医生Edward Chang说:“所以，我们进行这项研究，希望找到证据——声音的低级表征转化为词汇的高级表征。”

在7年的时间里，Chang和他的团队对9名参与者进行了研究，这些人因为医学原因，如切除肿瘤或定位癫痫发作的焦点等，必须接受脑部手术。在这些程序中，小电极阵列被放置在他们的整个听觉皮层，以收集用于语言和癫痫图谱的神经信号。参与者还自愿对录音进行分析，以了解听觉皮层是如何处理语音的。

Chang说:“这项研究是我们第一次直接从大脑表面同时覆盖所有这些区域，研究声音到单词的转换。”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。

令人惊讶的是，研究小组发现，当播放句子时，STG中的一些区域的反应速度与初级听觉皮层一样快，这表明两个区域同时开始处理声音信息。

此外，作为临床语言图谱的一部分，研究人员用小电流刺激参与者的初级听觉皮层。如果像传统模型所指出的那样，语言处理遵循一系列路径，那么刺激可能会扭曲患者对语言的感知。相反，虽然参与者经历了由刺激引起的听觉噪音幻觉，但他们仍然能够清楚地听到并重复对他们说的话。然而，当STG受到刺激时，参与者报告说，他们能听到人们说话，“但听不出话来。”

“事实上，有一位病人说，听起来就像单词中的音节被调换了，”Chang说。

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发挥作用，而不是作为初级听觉皮层处理的下一步。

语言处理的并行性质可能会给医生提供新的思路，来治疗像诵读困难症这样的病症，儿童在识别语音方面有困难。

“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听觉系统。这些发现表明，声音信息的传递可能与我们想象的非常不同。这无疑带来了更多问题。”

Journal Reference:

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.2021.07.019

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