Pengantar pidato: Bagaimana otak membentuk kata-kata

ringkasan: Para peneliti telah membuat penemuan inovatif tentang bagaimana otak manusia membentuk kata-kata sebelum berbicara. Dengan menggunakan sensor Neuropixels, mereka dapat memetakan bagaimana neuron mewakili dan mengelompokkan bunyi ujaran dalam suatu bahasa.

Studi ini tidak hanya menyoroti langkah-langkah kognitif kompleks yang terlibat dalam produksi bicara, namun juga membuka kemungkinan pengobatan gangguan bicara dan bahasa. Teknologi ini dapat mengarah pada penciptaan prostetik ucapan buatan, yang bermanfaat bagi mereka yang memiliki kelainan neurologis.

Fakta-fakta kunci:

1. Penelitian ini menggunakan sensor Neuropixels canggih untuk merekam aktivitas neuron di otak, menunjukkan cara kita berpikir dan menghasilkan kata-kata.
2. Para peneliti menemukan bahwa neuron didedikasikan untuk berbicara dan mendengarkan, dan mengungkapkan fungsi otak yang terpisah untuk produksi dan pemahaman bahasa.
3. Temuan ini dapat membantu mengembangkan pengobatan untuk gangguan bicara dan bahasa, dan mengarah pada penciptaan antarmuka mesin-otak untuk ucapan buatan.

sumber: Harvard

Dengan menggunakan teknik perekaman otak yang canggih, sebuah studi baru yang dilakukan oleh para peneliti dari Rumah Sakit Umum Massachusetts yang berafiliasi dengan Harvard menunjukkan bagaimana neuron di otak manusia bekerja sama untuk memungkinkan orang memikirkan kata-kata yang ingin mereka ucapkan dan kemudian memproduksinya dengan lantang melalui ucapan.

Temuan ini memberikan peta rinci tentang bagaimana bunyi ucapan seperti konsonan dan vokal direpresentasikan di otak jauh sebelum diucapkan, dan bagaimana keduanya dihubungkan selama produksi bahasa.

Karya diterbitkan di alamHal ini dapat membawa perbaikan dalam pemahaman dan pengobatan gangguan bicara dan bahasa.

“Meskipun berbicara secara normal tampak mudah, otak kita melakukan banyak langkah kognitif kompleks dalam produksi ucapan alami—termasuk menghasilkan kata-kata yang ingin kita ucapkan, merencanakan gerakan verbal, dan menghasilkan ucapan yang diinginkan,” kata penulis utama Zev Williams. Associate Professor Bedah Saraf di MGH dan Harvard Medical School.

“Otak kita melakukan hal ini dengan kecepatan luar biasa – sekitar tiga kata per detik dalam ucapan alami – dan dengan sedikit kesalahan. Namun, bagaimana tepatnya hal ini dicapai masih menjadi misteri.”

Ketika mereka menggunakan teknologi mutakhir yang disebut Neuropixels untuk merekam aktivitas neuron tunggal di prefrontal cortex, area frontal otak manusia, Williams dan rekan-rekannya mengidentifikasi sel-sel yang terlibat dalam produksi bahasa yang mungkin mendasari kemampuan berbicara. Dia berbicara. Mereka juga menemukan bahwa ada kelompok neuron terpisah di otak yang didedikasikan untuk berbicara dan mendengarkan.

“Penggunaan sensor Neuropixels pada manusia pertama kali dirintis di MGH,” kata Williams. “Sensor ini luar biasa – lebih kecil dari lebar rambut manusia, namun juga memiliki ratusan saluran yang mampu merekam aktivitas lusinan atau bahkan ratusan neuron secara bersamaan.”

Williams bekerja untuk mengembangkan teknik perekaman bersama Sidney Cash, seorang profesor neurologi di Rumah Sakit Umum Massachusetts dan Harvard Medical School, yang juga membantu memimpin penelitian.

Penelitian ini menunjukkan bagaimana neuron mewakili beberapa elemen dasar yang terlibat dalam menyusun kata-kata yang diucapkan – mulai dari bunyi ucapan sederhana yang disebut fonem hingga pengelompokannya menjadi rangkaian yang lebih kompleks seperti suku kata.

Misalnya, konsonan 'da' yang dihasilkan dengan menyentuhkan lidah ke langit-langit keras di belakang gigi, diperlukan untuk menghasilkan kata 'anjing'. Dengan merekam neuron individu, para peneliti menemukan bahwa beberapa neuron menjadi aktif sebelum suara tersebut diucapkan dengan keras. Neuron lain mencerminkan aspek konstruksi kata yang lebih kompleks, seperti pengelompokan bunyi tertentu menjadi suku kata.

Melalui teknik mereka, para peneliti telah menunjukkan bahwa kita dapat dengan andal menentukan bunyi ujaran mana yang akan diucapkan seseorang sebelum mereka mengucapkannya. Dengan kata lain, para ilmuwan dapat memprediksi kombinasi konsonan dan vokal yang akan dihasilkan sebelum kata tersebut benar-benar diucapkan. Kemampuan ini dapat dimanfaatkan untuk membangun prostetik atau antarmuka mesin otak yang mampu menghasilkan ucapan sintetis, yang dapat bermanfaat bagi banyak pasien.

“Gangguan dalam jaringan bicara dan bahasa telah diamati pada berbagai gangguan neurologis – termasuk stroke, cedera otak traumatis, tumor, gangguan neurodegeneratif, gangguan perkembangan saraf, dan banyak lagi,” kata Arjun Khanna, peneliti pascadoktoral di laboratorium Williams dan salah satu peneliti. dari para peneliti itu”. Rekan penulis penelitian ini.

“Harapan kami adalah pemahaman yang lebih baik tentang sirkuit saraf dasar yang memungkinkan kemampuan bicara dan bahasa akan membuka jalan bagi pengembangan pengobatan untuk gangguan ini.”

Para peneliti berharap untuk memperluas penelitian mereka dengan mempelajari proses linguistik yang lebih kompleks yang akan memungkinkan mereka menyelidiki pertanyaan terkait bagaimana orang memilih kata-kata yang ingin mereka ucapkan dan bagaimana otak menyusun kata-kata menjadi kalimat yang menyampaikan pikiran dan perasaan seseorang kepada orang lain. .

Tentang Berita Penelitian Pidato dan Bahasa

pengarang: Komunikasi MGH
sumber: Harvard
komunikasi: Komunikasi MGH – Harvard
gambar: Gambar dikreditkan ke Berita Neuroscience

Pencarian asli: Akses terbuka.
“Komponen saraf tunggal produksi ucapan pada manusia“Oleh Zev Williams dkk. alam

ringkasan

Komponen saraf tunggal produksi ucapan pada manusia

Manusia mampu menghasilkan kombinasi gerakan verbal yang luar biasa beragam sehingga menghasilkan ucapan yang bermakna. Kemampuan untuk mengoordinasikan rangkaian bunyi tertentu, mengelompokkannya, dan mengkonjugasikannya dalam skala waktu sub-detik, memungkinkan kita menghasilkan ribuan bunyi kata dan merupakan komponen dasar bahasa. Namun, unit dan struktur seluler dasar yang digunakan untuk merencanakan dan menghasilkan kata-kata selama berbicara sebagian besar masih belum diketahui.

Di sini, dengan menggunakan rekaman Neuropiksel yang tajam dan berdensitas tinggi yang mampu mengambil sampel di seluruh kolom kortikal pada manusia, kami menemukan neuron di korteks prefrontal dominan bahasa yang mengkodekan informasi rinci tentang pengaturan fonetik dan pembentukan kata-kata striatal selama produksi ucapan alami.

Neuron-neuron ini mewakili tatanan dan struktur spesifik peristiwa artikulatoris sebelum artikulasi, dan mencerminkan segmentasi rangkaian vokal menjadi segmen-segmen berbeda. Mereka juga secara akurat memprediksi komponen fonologis, suku kata, dan morfologi kata-kata yang akan datang dan menunjukkan dinamika yang diatur secara temporal.

Secara kolektif, kami menunjukkan bagaimana campuran sel-sel ini diatur secara luas di sepanjang kolom kortikal dan bagaimana pola aktivitasnya bertransisi dari perencanaan artikulatoris ke produksi. Kami juga menunjukkan bagaimana sel-sel ini dengan andal melacak struktur detail bunyi konsonan dan vokal selama persepsi dan bagaimana sel-sel ini secara spesifik membedakan proses yang terkait dengan berbicara dan proses yang terkait dengan mendengarkan.

Bersama-sama, temuan ini mengungkap organisasi yang sangat terstruktur dan rangkaian pengkodean representasi fonologis oleh neuron prefrontal pada manusia dan menunjukkan proses seluler yang dapat mendukung produksi ucapan.