大腦是如何聽懂語言？植入電極可繪制聽覺區域特征編碼圖

“小電極陣列收集聽覺皮層神經信號的方式，通俗來講就是通過電極直接捕獲皮層表面的神經信號，由于外側顳上回暴露在外側顳葉，因此可通過皮層腦電圖記錄方法獲取。”倪廣健認為，植入式電極克服了以往采用功能性核磁共振成像技術研究時不能很好探明腹側溝回等腦溝的問題。

在這個新研究中，皮層腦電圖的高時間分辨率，能夠探測赫氏回上的初級聽覺皮層到顳上回的層次結構與聽語音和音調數據的一致程度。

“其從左顳平面的636個電極部位和顳上回獲取顱內記錄，與以前的顱內手術方法是不同的。”倪廣健解釋，以前的顱內手術方法每次僅從這些區域中的一個區域進行零碎取樣，而此顯微手術進入外側裂可同時記錄人類聽覺皮層所有區域對語音的高度異質性反應。

此外，該工作采用的高密度電極網格使得同時記錄人類顳葉聽覺皮層多個亞區的神經活動成為可能，因此能夠確定聽覺信息處理的流程，以及發現語音信號中的線索是如何跨聽覺皮層進行映射的。

“這種分析需要對自然語音和實驗控制的簡單聲音刺激的神經反應進行采樣，同時對所有皮層聽覺區域進行采樣，在初級和高階聽覺區域繪制一張全面的特征編碼圖，從而能夠對信息流模型和皮層表征轉換進行有意義的評估。”倪廣健說。

在這項研究中，當為參與者播放短語和句子時，位于顳上回中的某些區域的反應速度與初級聽覺皮層一樣快，這表明這兩個區域同時開始處理聲學信息。

倪廣健介紹，該工作還進一步評估了每個區域在語音處理中的作用，探索激活的時間和順序，每個區域中簡單和復雜聲音表征的性質，以及它們在功能性和外科消融的語音理解中的因果作用。

“植入電極的方式在大腦的其他研究領域中已有不少成功典范，例如腦控打字，準確率已達到90%以上;基于皮層腦電的語音重構，句子的整體準確率已達到60%;腦控機器人，解碼運動狀態實現機械臂的控制等等。”倪廣健表示，植入電極有助于采集到高質量的神經電活動，具有較高的時空分辨率，比較適合機制機理方向的研究，從而探明腦部或者神經性系統疾病的成因及提供治療手段。而非侵入式技術則由于其無創的特點，具有更加廣泛的應用場景。(科技日報記者 陳 曦)