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当我们听到语音时,神经系统版的文本应用能预测到后续内容

作者:Mo Costandi |2017年4月28日

图片来源:Gary Waters Getty Images

这个世界是个不可预测的地方。但我们的大脑已进化到能应对每天遇到的不确定性——它并未在我们眼前对此呈现得太多的,但它将这些视为世界的实际模型而进行了解决。身体的中央控制器利用它已存储的以往经验的数据库预测了各个偶然事件,从而地将惊讶的要素减少。以视觉为例:我们很少看到物体的整体,但我们的大脑填补了这些缺口,对我们看到的东西进行了的猜想——而且这些预测通常是对现实精确的映射。

听觉也是如此,神经学家们目前识别出了一种预测性似文本大脑机制,当我们听到某人讲话时,大脑帮助我们预测下文。该研究发表于本周的《公共科学图书馆·生物学》(PLoS Biology)期刊,该研究的结果提升了我们对大脑如何处理语音的理解。

大脑有自己的自动填充语言功能

他们也提供了语言如何演变的线索,甚至可以引导出更准确地诊断各种神经性病症的新方法。

新研究建立于早期研究之上——猴子和人类婴儿无疑可以学会通过编造语言中的声音相关联认出虚构的语法或者规则。英格兰纽卡斯尔大学神经学家Yukiko Kikuchi和她的同事们向猕猴和人类播放无意义的语言声音序列。同早期的研究一样,Kikuchi和她的团队发现两种物种都能迅速学到语言中虚构的语法的规则。在首次学习后,研究人员们播放更多声音组——其中一些违反了编制的语法规则。他们用微电机记录了上百个个体神经元和大量的处理声音信息的神经元的反应。通过这种方法,他们能将反应与两种类型的神经元进行比较,并确定两个物种的反应的相似处。

科学家们发现,在该情况下,猴子和人类的大脑活动非常相似,并且根据虚假句子中的声音顺序而变化。对于这两个物种,遵循语法规则的句子都改变了他们听觉皮层中个体细胞的激活方式,因此由不同群组的神经细胞产生的高频和低频节奏活动就会趋于同步。违反语法规则的句子首先产生了不同的反应,但大约半秒后又会出现相同的同步模式,表明早前习得的“正确的”顺序可以调整大脑对违反语法规则的句子的反应。“我们发现了个体细胞如何与神经元群协调来预测即将发生的事件,”Kikuchi说道。“这发生在神经细胞意识到出现错误前不久,然后大脑必须调节它的预测。” 她补充道,该研究“终也许可以帮助在预测之后的事情方面有困难的人们,”,“比如,我们现在可以询问这些预测性的反应如何在患有失读症、精神分裂症和注意力不足多动症等疾病的人群中失灵。”

该研究是首次用复杂的声音直接比较人类和猴子的神经反应。因此,其结论表明两个物种使用同样的大脑机制处理这些声音——这些机制好像在进化过程中就已被保留。据未参与该研究的且在伦敦大学学院研究大脑的语言产生机制的认知神经学家Sophie Scott,新研究为大脑初级听觉皮层的作用提供了的重要理解 。“这显示了细胞对声音的顺序或者对你所期待听到的后文很敏感,”她说道。“他们发现该信号是由你是否得到预期的声音顺序所调节的,并且这非常好地说明了听力皮层不是靠学习声音顺序就是从其他地方接收到相关信息然后将其运用。”

Scott补充道,然而这也可能论证了,用相同的方法分析人类的语言是有困难的,因为该实验中所用的虚构的语言和真正的语言几乎没有相似之处。“单词led和let在结尾处的发音不同。但当我说其中一个时,我会在开头发出不同的声音,因为我能预料到词的结尾,”Scott解释道。“我们在讲话中用到这个信息,但这在虚构的语法中没有出现,这在需用来测试神经振荡如何变化的词之间有很长的空白,这意味着(研究人员们的分析方法)也许在真实言论中可能并不会奏效。”

翻译:焦亦卉

审稿:季韬

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