Как мозг создает слова перед речью: секреты нейронауки

В новом исследовании , опубликованном в журнале Nature, учёные из Массачусетской больницы общего профиля (MGH) сделали значительный прорыв в понимании того, как мозг человека планирует и производит речь. Используя передовые зонды Neuropixels, исследователи смогли подробно разгадать механизмы, с помощью которых нейроны в префронтальной коре занимаются производством языка, отделяя процессы говорения от слушания.

В ходе исследования учёные идентифицировали специфические нейроны, задействованные в производстве речи, и показали, как мозг представляет и комбинирует фонемы (основные звуки речи) в слоги до того, как слова будут произнесены вслух. Это открытие может оказать значительное влияние на разработку методов лечения речевых и языковых расстройств, а также на создание технологий синтетического воспроизведения речи.

Зонды Neuropixels, которые по ширине меньше человеческого волоса, но при этом способны одновременно записывать активность десятков или даже сотен нейронов, открыли новые возможности для изучения сложных человеческих поведений, таких как язык. Эти устройства позволили учёным надёжно определить, какие звуки речи человек собирается произнести, прежде чем он начнет говорить.

Исследование раскрывает, как мозг отражает фонемы и их сборку в более сложные структуры, такие как слоги. Например, для произношения слова "dog" необходима консонантная фонема "d", которая формируется при прикосновении языка к твёрдому нёбу за зубами. Наблюдение за активностью отдельных нейронов показало, что некоторые из них активируются ещё до произношения этой фонемы вслух, что подчёркивает сложность процессов, лежащих в основе конструирования слов.

Результаты могут быть использованы для создания искусственных протезов речи или интерфейсов мозг-компьютер, способных воспроизводить синтетическую речь, что открывает новые перспективы для помощи пациентам с различными неврологическими нарушениями, влияющими на способность к общению.

"Нарушения в сетях речи и языка наблюдаются при широком спектре неврологических расстройств, включая инсульт, травматическое повреждение мозга, опухоли, нейродегенеративные и нейроразвиточные расстройства", - говорит соавтор исследования Арджун Кханна.

Исследователи надеются расширить свою работу, изучая более сложные языковые процессы, которые позволят им исследовать вопросы, связанные с тем, как люди выбирают слова, которые они намерены сказать и как мозг собирает слова в предложения, которые передают мысли и чувства человека другим.