27

2023

-

04

科研人员将线路植入大脑 解析语言系统工作机理


据《连线》杂志报道,日前,有科学家通过在癫痫病人大脑内插入一系列线路,成功提取出了一套有关大脑如何处理语言的高分辨率图片。尽管这些图片只是显示了人类大脑功能中很少的一部分,但这套图片足以帮助科学家来了解人类大脑语言中枢是如何处理多种任务的。

加州大学圣地牙哥分校(University of California, San Diego)的认知科学家内德·沙辛(Ned Sahin)表示:“大脑的同一个部分能够在不同的时间处理不同的事物,是因为大脑的组织能力非常高。”

在周四出版的美国《科学》杂志当中,沙辛的团队对被称为布洛卡氏区(Broca’s center)的大脑中枢进行了研究。1865年,法国解剖学家皮埃尔·保尔·布罗卡(Paul Pierre Broca)通过观察两个大脑受损病人发现,在额叶受损的情况下,他们仍然能够进行思考,但是却丧失了语言能力,于是他确定大脑语言功能位于额叶的一个部分。这一部分因此也被称为布洛卡氏区。

1865年布罗卡发现布洛卡氏区之后,对于大脑该区域的研究相对来说有所增加,这也是使得人们对这一部分在语言组织中扮演何种角色有了更进一步的认识。但是一直以来,科学家对布洛卡氏区的内部活动却是知之甚少。由于语言是人类特有的功能,因而有关语言的科学实验并不能以其他动物做实验载体。目前,解读人类大脑活动的标准工具是功能性磁共振成像 (fMRI)技术,该技术虽然能够帮助突出显示大脑参与认知任务的区域活动图,但是却无法具体查明这些区域的内部活动情况。

而沙辛的团队针对这个区域进行研究时独辟蹊径,他们采用了颅内电气生理学(intra-cranial electrophysiology)的相关技术来解读大脑活动。通过这种技术,研究人员能够将大脑内活跃的部位用电极进行标识。该技术以前一直主要应用于医学领域,这还是其首次用于研究领域。此前,医学人员一直利用该技术来衡量癫痫病人大脑内的电磁活动,进而准确的找出病人大脑内的哪个部分需要通过外科手术来切除,以防止病人的癫痫病病情恶化。尽管这种技术侵害性较强、危险性也较大,但是它却能够使沙辛的团队有机会窥探人类大脑在处理语言的奥秘。

在此次试验中,病人只需坐在病床上,眼睛盯着笔记本电脑的显示屏。随后研究人员会将一些电线插入到病人的头部内。随着试验的进行,研究人员就能通过电线传回的信息对大脑细胞的活动情况进行观察了。沙辛称:“我们能够如此近距离的观察到真实的神经元数据,这是非常难以置信的事情。打个比方说,这就好比我们通过一台近距高速摄像机,观察到的不仅仅是蜂鸟飞向花朵的整个过程,还能清晰地看到它每次震动翅膀的画面。”

此次试验中,共有三名病人在麻省总医院接受了测试,时间长达数天。在这段时间内,沙辛的团队要求他们逐字复述一些单词,并且还要把这些单词的过去式和现在式也要表述出来。研究人员们发现,在四分之一秒的时间内,布洛卡氏区中有一小部分区域接收到了每个单词,而且每个单词的时态也是正确的。这个区域也是研究人员唯一能够通过电极来解读的部分,随后该区域又把这些单词发送到了语言中枢。

沙辛表示,这次实验只不过测试了语言认知中的一种类型,因此所获结果不可避免的会有局限性,但是却足以证明布洛卡氏区不仅仅是负责翻译语言,同时还负责接收语言。 此前,研究人员一直认为接收语言主要是韦尼克区(Wernicke's area)的职责。

不过,从更广义的角度来看,这次实验可能代表了布洛卡氏区的基本规则,也可能是其他脑部地区的基本规则:即大脑的每个区域实际上是扮演着多重角色,而不是只负责单一某种功能。

沙辛表示:“这与A部分负责实施A任务的模式是不同的,相反, A部分也有可能会负责实施A、B和C任务。”

马普协会(Max Planck Institute)的两位认知科学家彼特·哈古特(Peter Hagoort)及威廉·列维特(Willem Levelt)在评论沙辛团队的研究成果时表示,“从布洛卡的最初观察开始,在神经系统基础结构方面所取得的进展就一直很少,因而也无法证明它能够支持语言的翻译和床单。沙辛团队的研究成果在这方面‘迈出了第一步’。”

沙辛表示,其团队在今后会继续利用颅内电气生理学技术进行研究,研究的区域将会扩大到大脑其他部分,以及布洛卡氏区在听音乐及运动过程中所扮演的角色。研究人员们希望其研究成果除了揭示人类大脑复杂的活动过程外,还能够将其用于治疗语言障碍。

沙辛表示:“对于能够解开人类大脑功能的部分谜团,我感到非常高兴。不过,我也知道,每当我们解开人类大脑谜团的一部分,它就会变得更加复杂。”

相关链接



世界日专题



生命学人



在线视频



疯子与天才左脑与右脑

发布时间:2023-11-06

破解梦之谜

发布时间:2023-11-06

热门推荐



如需要了解更多信息
请扫描二维码关注
中国脑科学网微信公众平台