После многих лет исследований нейробиологи открыли новый путь в человеческом мозге, который обрабатывает звуки языка. Результаты, опубликованные 18 августа в журнале Cell , предполагают, что обработка слуха и речи происходит параллельно, что противоречит давно устоявшейся теории о том, что мозг обрабатывал акустическую информацию, а затем преобразовывал ее в лингвистическую информацию.
Звуки языка, достигая ушей, преобразуются улиткой в электрические сигналы и отправляются в область мозга, называемую слуховой корой, на височной доле . На протяжении десятилетий ученые считали, что обработка речи в слуховой коре идет последовательным путем, похожим на сборочную линию на фабрике. Считалось, что сначала первичная слуховая кора обрабатывает простую акустическую информацию, такую как частоты звуков. Затем соседняя область, называемая верхней височной извилиной (STG), извлекает элементы, более важные для речи, такие как согласные и гласные, преобразовывая звуки в значимые слова.
Но прямых доказательств этой теории не хватало, поскольку для этого требуются очень подробные нейрофизиологические записи всей слуховой коры с чрезвычайно высоким пространственно-временным разрешением. Это сложно, потому что первичная слуховая кора расположена глубоко в щели, разделяющей лобную и височную доли человеческого мозга .
«Итак, мы вошли в это исследование, надеясь найти доказательства этому - преобразование низкоуровневого представления звуков в высокоуровневое представление слов», - говорит нейробиолог и нейрохирург Эдвард Чанг из Калифорнийского университета в Сан-Франциско. .
В течение семи лет Чанг и его команда изучили девять участников, которым по медицинским причинам пришлось перенести операции на головном мозге, например, чтобы удалить опухоль или определить местонахождение очага припадка. Для этих процедур были размещены наборы небольших электродов, чтобы покрыть всю слуховую кору для сбора нейронных сигналов для отображения языка и приступов. Участники также вызвались проанализировать записи, чтобы понять, как слуховая кора обрабатывает звуки речи.
«Это исследование - первый случай, когда мы смогли охватить все эти области одновременно прямо с поверхности мозга и изучить преобразование звуков в слова», - говорит Чанг. Предыдущие попытки изучить деятельность в регионе в основном включали в себя ввод провода в область, который мог обнаруживать сигналы только в ограниченном количестве точек.
При воспроизведении коротких фраз и предложений для участников исследователи ожидали найти поток информации из первичной слуховой коры в соседний STG, как предполагает традиционная модель. Если это так, две области должны быть активированы одна за другой.
Удивительно, но команда обнаружила, что некоторые области, расположенные в STG, реагировали так же быстро, как первичная слуховая кора, когда воспроизводились предложения, предполагая, что обе области начали обрабатывать акустическую информацию одновременно.
Кроме того, в рамках картирования клинического языка исследователи стимулировали первичную слуховую кору участников небольшими электрическими токами. Если обработка речи следует последовательным путем, как предполагает традиционная модель , стимулы, вероятно, исказят восприятие речи пациентами. Напротив, в то время как участники испытывали галлюцинации со слуховым шумом, вызванные стимулами, они все еще могли четко слышать и повторять сказанные им слова. Однако, когда STG стимулировали, участники сообщили, что они слышали людей, «но не могли разобрать слов».
«Фактически, один из пациентов сказал, что это звучало так, будто в словах меняли местами слоги», - говорит Чанг.
Последние данные свидетельствуют о том, что традиционная иерархическая модель обработки речи чрезмерно упрощена и, вероятно, неверна. Исследователи предполагают, что STG может функционировать независимо от обработки в первичной слуховой коре, а не в качестве следующего шага .
Параллельный характер обработки речи может дать врачам новые идеи о том, как лечить такие состояния, как дислексия, когда у детей возникают проблемы с распознаванием звуков речи .
«Хотя это важный шаг вперед, мы еще не очень хорошо понимаем эту параллельную слуховую систему. Результаты показывают, что маршрутизация звуковой информации может быть совсем другой, чем мы когда-либо могли себе представить. Это определенно вызывает больше вопросов, чем дает ответов», - Чанг говорит.
