大脑网络使人类对话
一项新的研究发现，当我们在谈话中计划口头回答时，大脑回路是活跃的。
该杂志于1月5日在线发表自然在美国，这项研究的重点是实现这种回答的大脑计算，这些回答在谈话对象结束之前就计划好了，并在不到一秒的时间内说出。
由纽约大学格罗斯曼医学院和爱荷华大学的研究人员领导的这项研究发现，在进行瞬间口头交流的演讲计划时，大脑中不同的区域是活跃的，包括之前与此功能无关的区域。
纽约大学格罗斯曼医学院托马斯和苏珊娜·墨菲神经科学和生理学教授、资深作者迈克尔·朗博士说:“我们的研究精确定位了计划背后的大脑网络，使这种反复成为可能，直到现在这都是难以捉摸的。”
他补充说:“这项工作有望指导设计新的治疗方法750万美国人那些在使用声音方面有困难的人，包括那些失用症患者，在计划言语动作方面有困难的人，以及失语症患者，在处理语言方面有困难的人，这些人可能伴有自闭症或中风造成的创伤。”
由三部分组成的过程
多年来，研究人员试图通过脑电图(EEG)将电极放在头皮上，将语音功能与大脑回路联系起来。这种设备测量电信号的快速波动，被视为大量神经细胞“开火”传输电信号。但研究作者说，脑电图不能以足够的分辨率精确定位神经回路的位置，而另一种常用的技术——功能性磁共振——也不够快，无法捕捉到与回复对话计划相关的活动模式。作者说，这些非侵入性的方法在追踪大脑在日常对话中的活动方面留下了一个关键的盲点。
另一项技术——皮质电描记术(ECoG)克服了这些障碍，它把电极不是放在头皮上，而是直接放在大脑表面。快速、精确的ECoG测量显示，大脑通过综合感知所听到的内容、计划回答和产生组成单词的声音(发音)来实现自然对话。而其他ECoG研究已经确定了与感知而且生产作者说，目前的研究是首次捕捉到他们在回复计划阶段的大脑活动，这是最难研究的阶段。
朗说:“研究人员可以与患者交谈，并观察他们说话或倾听时大脑回路的活动，但计划与物理无关。”“当我们将ECoG测量与向患者询问结构化问题的技术结合起来时，我们暴露了一个潜在的规划网络。”
为了进行这项研究，研究小组在手术中将电极放置在患者的大脑表面，手术正在进行中，以去除导致癫痫发作的肿瘤或脑组织。在这两种情况下，外科医生最初只对患者进行局部麻醉，这样他们就可以确定患者说话时活跃的大脑区域，从而避免对患者语言中心的损害。
研究人员将ECoG电极阵列放置在8名志愿者的语言主导左脑半球上。接下来，他们使用另一个实验室开发的称为关键信息(CI)任务的范式来测量计划反应，该任务旨在控制计划的时间。在每个问题块中，一个不断变化的关键字CI决定回答计划何时开始，这样就可以在这个时间窗口内跟踪大脑活动
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通过改变每个问题的措辞来呈现开始计划答案所需的关键信息，研究人员能够将与计划相关的大脑活动与感知和产生区分开来。重要的是，大多数皮层反应只与这三种语言过程中的一种有关，这表明每种功能的网络在很大程度上是独立的。
此外，研究人员发现，95.5%的计划电极集中在大脑的一个空间上不同的区域，大多数计划电极集中在尾侧额下回(cIFG)和尾侧额中回(cMFG)。cIFG通常被称为“布罗卡区”，长期以来一直被认为对语言很重要，而cMFG的作用此前尚未确定。
此外，研究小组发现，当患者准备在自然的、无脚本的对话中说话时，与CI任务相关联的计划网络也很活跃。在患者回答完结构化问题后，研究人员让他们进行几分钟随意的来回对话，在此期间，患者的大脑活动中出现了与感知、计划和说话相关的相同模式。
Long实验室的博士后Gregg Castellucci博士说:“这项研究首次描述了我们在自然的日常环境中说话时产生语言的特定大脑机制。”他补充说:“关键的是，我们通过简单、可控的任务在人类自然行为测试中发现的大脑图谱。”
参考:
Castellucci GA, Kovach CK, Howard MA, Greenlee JDW, Long MA。交互式语言使用的语音规划网络。自然。发布时间:2015/1/21doi:10.1038 / s41586 - 021 - 04270 - z
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