聲音傳到耳朵后，耳蝸將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后發(fā)送到位于顳葉的聽覺皮層。緊接著，人類的大腦又是如何處理語(yǔ)言聲音？近日，細(xì)胞出版社（Cell Press）旗下期刊Cell（《細(xì)胞》）上的的一項(xiàng)最新研究推翻了此前幾十年的假設(shè)理論。
該研究由華人學(xué)者、加州大學(xué)舊金山分校神經(jīng)科學(xué)家和神經(jīng)外科醫(yī)生Edward Chang領(lǐng)銜，其團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了人類大腦中處理語(yǔ)言聲音的新途徑。他們的研究結(jié)果表明，聽覺和語(yǔ)言處理是并行的。這與長(zhǎng)期以來(lái)認(rèn)為大腦先處理聽覺信息，然后將其轉(zhuǎn)化為語(yǔ)言信息的理論相矛盾。
論文提到，此前，許多功能性神經(jīng)成像研究(如功能性磁共振成像fMRI和腦磁圖MEG)表明，初級(jí)聽覺皮層到非初級(jí)、更高階區(qū)域?qū)Ω曇纛愋途哂袧u進(jìn)式的選擇性。例如，高階聽覺區(qū)域?qū)?fù)雜的自然刺激(如語(yǔ)言和音樂)的反應(yīng)比簡(jiǎn)單的人工刺激(如純音調(diào))的反應(yīng)更強(qiáng)烈。
也就是說(shuō)，幾十年來(lái)，科學(xué)家們一直認(rèn)為，聽覺皮層的語(yǔ)言處理遵循一個(gè)類似工廠裝配線的路徑。首先，初級(jí)聽覺皮層處理簡(jiǎn)單的聲音信息，比如聲音頻率。然后，顳上回提取更重要的特征，如輔音和元音，將聲音轉(zhuǎn)換成有意義的單詞。
但一直以來(lái)，這一理論缺乏直接證據(jù)的支持。Edward Chang等人指出，此前的結(jié)果通常是在解剖層次模型的框架下解釋的，在這個(gè)模型中，簡(jiǎn)單的聲學(xué)特征被轉(zhuǎn)化為更復(fù)雜的、特定于語(yǔ)言的聽覺皮層表征。然而，非侵入性成像有限的空間或時(shí)間分辨率排除了局部異質(zhì)神經(jīng)反應(yīng)類型的映射，使語(yǔ)音表征的基本問(wèn)題得不到解答。
然而，整個(gè)聽覺皮層極高時(shí)空分辨率的詳細(xì)神經(jīng)生理學(xué)記錄是是一個(gè)挑戰(zhàn)，原因是初級(jí)聽覺皮層位于大腦額葉和顳葉的裂口深處。Edward Chang說(shuō)，“所以，我們進(jìn)行了這項(xiàng)研究，希望找到聲音等低級(jí)表征轉(zhuǎn)化為詞匯等高級(jí)表征的證據(jù)。”
論文顯示，Edward Chang團(tuán)隊(duì)在7年時(shí)間里共對(duì)9名參與者進(jìn)行了研究，這些人因?yàn)槟[瘤或癲癇等疾病，必須接受腦部手術(shù)。在手術(shù)過(guò)程中，小電極陣列被放置在他們的整個(gè)聽覺皮層中，用來(lái)收集涉及語(yǔ)言和癲癇的神經(jīng)信號(hào)。參與者還自愿錄音，以便分析了解聽覺皮層是如何處理語(yǔ)音的。
Edward Chang說(shuō)，“這項(xiàng)研究是我們第一次直接、同時(shí)覆蓋大腦所有相關(guān)區(qū)域，研究聲音到單詞的轉(zhuǎn)換?！倍暗念愃蒲芯恐荒苁占邢撄c(diǎn)位的信號(hào)。
當(dāng)為參與者播放短語(yǔ)和句子時(shí)，如果按照傳統(tǒng)模型提出的假設(shè)，研究人員將看到從初級(jí)聽覺皮層到顳上回的信息流。如果成立，這兩個(gè)區(qū)域應(yīng)該一個(gè)接一個(gè)地被激活。
但出于意料的是，Edward Chang等人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)播放句子時(shí)，顳上回一些區(qū)域的反應(yīng)速度與初級(jí)聽覺皮層一樣快，這表明兩個(gè)區(qū)域同時(shí)開始處理聲音信息。
另外，研究團(tuán)隊(duì)還用小電流刺激參與者的初級(jí)聽覺皮層。如果按照傳統(tǒng)模型，即語(yǔ)言處理遵循一系列路徑，那么刺激可能會(huì)扭曲患者對(duì)語(yǔ)言的感知。但這項(xiàng)研究顯示，即便參與者經(jīng)歷了由刺激引起的噪音幻覺，他們?nèi)匀荒軌蚯宄芈牭讲⒅貜?fù)語(yǔ)句。
然而，當(dāng)顳上回受到刺激時(shí)，參與者能聽到人們說(shuō)話聲音，“但聽不出內(nèi)容”。“事實(shí)上，有一位參與者說(shuō)，聽起來(lái)就像單詞中的音節(jié)被調(diào)換了。”Edward Chang說(shuō)。
該研究表明，傳統(tǒng)語(yǔ)音處理模型過(guò)于簡(jiǎn)化，甚至很可能是錯(cuò)誤的。研究團(tuán)隊(duì)推測(cè)，顳上回可能獨(dú)立于初級(jí)聽覺皮層而發(fā)揮作用，而不是作為初級(jí)聽覺皮層處理的下一步。
研究認(rèn)為，語(yǔ)言處理的并行性可能會(huì)給醫(yī)生提供治療誦讀困難癥等病癥的新思路，患有這些疾病的兒童在識(shí)別語(yǔ)音方面存在困難。
Edward Chang 同時(shí)強(qiáng)調(diào)，“雖然這是向前邁出的重要一步，但我們還不了解這個(gè)平行聽覺系統(tǒng)。這些發(fā)現(xiàn)表明，聲音信息的傳遞可能與我們想象的非常不同，這無(wú)疑帶來(lái)了更多問(wèn)題。”
