Introdução à fala: como o cérebro forma palavras

resumo: Os pesquisadores fizeram uma descoberta inovadora sobre como o cérebro humano forma as palavras antes de falar. Usando sensores Neuropixels, eles conseguiram mapear como os neurônios representam e agrupam os sons da fala na linguagem.

Este estudo não apenas esclarece as complexas etapas cognitivas envolvidas na produção da fala, mas também abre possibilidades para o tratamento de distúrbios de fala e linguagem. Essa tecnologia poderá levar à criação de próteses de fala artificiais, beneficiando pessoas com distúrbios neurológicos.

Principais fatos:

  1. O estudo utiliza sensores avançados de Neuropixels para registrar as atividades dos neurônios no cérebro, mostrando como pensamos e produzimos palavras.
  2. Os pesquisadores descobriram que os neurônios são dedicados tanto à fala quanto à audição e revelam funções cerebrais separadas para a produção e compreensão da linguagem.
  3. As descobertas poderão ajudar a desenvolver tratamentos para distúrbios da fala e da linguagem e levar à criação de interfaces cérebro-máquina para fala artificial.

fonte: Harvard

Usando técnicas avançadas de gravação cerebral, um novo estudo realizado por pesquisadores do Massachusetts General Hospital, afiliado a Harvard, mostra como os neurônios do cérebro humano trabalham juntos para permitir que as pessoas pensem nas palavras que desejam dizer e depois as produzam em voz alta por meio da fala.

As descobertas fornecem um mapa detalhado de como os sons da fala, como consoantes e vogais, são representados no cérebro muito antes de serem falados, e como eles estão ligados durante a produção da linguagem.

Trabalho publicado em naturezaPode levar a melhorias na compreensão e tratamento de distúrbios de fala e linguagem.

“Embora falar normalmente pareça fácil, nossos cérebros realizam muitas etapas cognitivas complexas na produção natural da fala – incluindo encontrar as palavras que queremos dizer, planejar movimentos verbais e produzir expressões pretendidas”, diz o autor principal Zev Williams. Professor Associado de Neurocirurgia no MGH e na Harvard Medical School.

“Nossos cérebros realizam essas façanhas com uma velocidade incrível – cerca de três palavras por segundo na fala natural – e com notavelmente poucos erros. No entanto, como exatamente essa façanha é alcançada permanece um mistério.”

Quando usaram uma tecnologia de ponta chamada Neuropixels para registrar as atividades de neurônios individuais no córtex pré-frontal, uma área frontal do cérebro humano, Williams e seus colegas identificaram células envolvidas na produção da linguagem que podem estar subjacentes à capacidade de falar. Ele fala. Eles também descobriram que existem grupos separados de neurônios no cérebro dedicados a falar e ouvir.

“O uso de sensores Neuropixels em humanos foi pioneiro no MGH”, disse Williams. “Esses sensores são notáveis ​​– são menores que a largura de um fio de cabelo humano, mas também contêm centenas de canais capazes de registrar a atividade de dezenas ou mesmo centenas de neurônios individuais simultaneamente.”

Williams trabalhou para desenvolver as técnicas de gravação com Sidney Cash, professor de neurologia no Massachusetts General Hospital e na Harvard Medical School, que também ajudou a liderar o estudo.

A pesquisa mostra como os neurônios representam alguns dos elementos básicos envolvidos na construção de palavras faladas – desde simples sons da fala chamados fonemas até seu agrupamento em cadeias mais complexas, como sílabas.

Por exemplo, a consoante 'da', que é produzida tocando a língua no palato duro atrás dos dentes, é necessária para produzir a palavra 'cachorro'. Ao registrar neurônios individuais, os pesquisadores descobriram que alguns neurônios se tornam ativos antes que o som seja pronunciado em voz alta. Outros neurônios refletiam aspectos mais complexos da construção de palavras, como o agrupamento específico de sons em sílabas.

Através de sua técnica, os pesquisadores demonstraram que é possível determinar com segurança quais sons da fala os indivíduos pronunciarão antes de pronunciá-los. Em outras palavras, os cientistas podem prever a combinação de consoantes e vogais que será produzida antes que as palavras sejam realmente faladas. Essa capacidade poderia ser aproveitada para construir próteses ou interfaces cérebro-máquina capazes de produzir fala sintética, o que poderia beneficiar uma série de pacientes.

“Perturbações nas redes de fala e linguagem foram observadas em uma ampla gama de distúrbios neurológicos – incluindo acidente vascular cerebral, lesão cerebral traumática, tumores, distúrbios neurodegenerativos, distúrbios do neurodesenvolvimento e muito mais”, disse Arjun Khanna, pós-doutorado no laboratório Williams e um dos pesquisadores. isso”. Coautor do estudo.

“Nossa esperança é que uma melhor compreensão dos circuitos neurais básicos que permitem a fala e a linguagem abra caminho para o desenvolvimento de tratamentos para esses distúrbios”.

Os investigadores esperam expandir o seu trabalho estudando processos linguísticos mais complexos que lhes permitirão investigar questões relacionadas com a forma como as pessoas escolhem as palavras que pretendem dizer e como o cérebro reúne palavras em frases que transmitem os pensamentos e sentimentos de alguém aos outros. .

Sobre Notícias de Pesquisa em Fala e Linguagem

autor: MGH Comunicações
fonte: Harvard
comunicação: Comunicações MGH – Harvard
foto: Imagem creditada ao Neuroscience News

Pesquisa original: Acesso livre.
Componentes neurais únicos da produção da fala em humanos“Por Zev Williams et al. natureza


um resumo

Componentes neurais únicos da produção da fala em humanos

Os humanos são capazes de gerar combinações de movimentos verbais extraordinariamente diversos para produzir uma fala significativa. Esta capacidade de coordenar sequências sonoras específicas, segmentá-las e conjugá-las em escalas de tempo inferiores a segundos, permite-nos produzir milhares de sons de palavras e é um componente fundamental da linguagem. No entanto, as unidades e estruturas celulares básicas pelas quais planeamos e produzimos palavras durante a fala permanecem em grande parte desconhecidas.

Aqui, usando gravações de Neuropixels nítidas e de alta densidade, capazes de coletar amostras da coluna cortical em humanos, descobrimos neurônios no córtex pré-frontal dominante na linguagem que codificavam informações detalhadas sobre o arranjo fonético e a formação de palavras do estriado durante a produção natural da fala.

Esses neurônios representam a ordem e a estrutura específicas dos eventos articulatórios anteriores à articulação e refletem a segmentação das sequências vocais em segmentos distintos. Eles também previram com precisão os componentes fonológicos, silábicos e morfológicos das palavras seguintes e mostraram dinâmicas ordenadas temporalmente.

Coletivamente, demonstramos como essas misturas de células são amplamente organizadas ao longo da coluna cortical e como seus padrões de atividade transitam do planejamento articulatório para a produção. Também mostramos como essas células rastreiam de forma confiável a estrutura detalhada dos sons consonantais e vocálicos durante a percepção e como distinguem especificamente os processos relacionados à fala daqueles relacionados à audição.

Juntas, essas descobertas revelam uma organização notavelmente estruturada e uma cascata de codificação de representações fonológicas por neurônios pré-frontais em humanos e demonstram um processo celular que pode apoiar a produção da fala.

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