Pendahuluan pidato: Bagaimana otak terbentuk

Ringkasan: Para ilmuwan telah membuat penemuan inovatif tentang bagaimana otak manusia membentuk kata-kata sebelum mulai berbicara. Dengan menggunakan probe Neuropixels, mereka memetakan bagaimana neuron mewakili suara ucapan dan menyusunnya menjadi bahasa.

Studi ini tidak hanya menyoroti langkah-langkah kognitif kompleks yang terlibat dalam produksi ucapan, namun juga membuka pilihan pengobatan untuk gangguan bicara dan bahasa. Teknologi ini dapat mengarah pada prostetik buatan untuk ucapan sintetik, yang akan bermanfaat bagi orang-orang dengan kelainan neurologis.

Fakta-fakta kunci:

Penelitian ini menggunakan probe Neuropixels canggih untuk merekam aktivitas neuron di otak yang menunjukkan cara kita berpikir dan membentuk kata-kata. Para peneliti telah menemukan neuron yang didedikasikan untuk berbicara dan mendengarkan, mengungkapkan fungsi otak yang terpisah untuk produksi dan pemahaman bahasa. Temuan ini dapat membantu mengembangkan pengobatan untuk gangguan bicara dan bahasa dan mengarah pada antarmuka mesin-otak untuk ucapan sintetis.

Sumber: Harvard

Dengan menggunakan teknik perekaman otak yang canggih, sebuah studi baru yang dipimpin oleh para peneliti di Rumah Sakit Umum Massachusetts yang berafiliasi dengan Harvard menunjukkan bagaimana neuron di otak manusia bekerja sama untuk memungkinkan orang memikirkan kata-kata yang ingin mereka ucapkan dan kemudian memproduksinya dengan lantang melalui ucapan.

Temuan ini memberikan peta rinci tentang bagaimana bunyi ucapan, seperti konsonan dan vokal, direpresentasikan di otak jauh sebelum diucapkan, dan bagaimana bunyi tersebut dihubungkan bersama selama pembentukan bahasa.

Karya yang diterbitkan di Alamdapat mengarah pada peningkatan pemahaman dan pengobatan gangguan bicara dan bahasa.

“Meskipun berbicara biasanya tampak mudah, otak kita melakukan banyak langkah kognitif kompleks dalam produksi ucapan alami—termasuk memikirkan kata-kata yang ingin kita ucapkan, merencanakan gerakan artikulatoris, dan menghasilkan vokalisasi yang diinginkan,” kata penulis utama Ziv Williams. profesor bedah saraf di MGH dan Harvard Medical School.

“Otak kita melakukan hal ini dengan sangat cepat—sekitar tiga kata per detik dalam ucapan alami—dengan sangat sedikit kesalahan. Namun, bagaimana tepatnya kami mencapai kinerja ini masih menjadi misteri.”

Ketika Williams dan rekan-rekannya menggunakan teknologi mutakhir yang disebut probe Neuropixels untuk merekam aktivitas neuron individu di korteks prefrontal, wilayah frontal otak manusia, mereka mengidentifikasi sel-sel yang terlibat dalam produksi bahasa yang mungkin mendasari kemampuan berbicara. Mereka juga menemukan bahwa ada kelompok neuron terpisah di otak yang didedikasikan untuk berbicara dan mendengarkan.

“Penggunaan probe Neuropixels pada manusia pertama kali diperkenalkan di MGH,” kata Williams. “Probe ini luar biasa – ukurannya lebih kecil dari lebar rambut manusia, namun juga memiliki ratusan saluran yang mampu secara bersamaan merekam aktivitas puluhan atau bahkan ratusan neuron individu.”

Williams bekerja untuk mengembangkan teknik perekaman bersama Sydney Cash, seorang profesor neurologi di MGH dan Harvard Medical School, yang juga membantu memimpin penelitian.

Penelitian ini menunjukkan bagaimana neuron mewakili beberapa elemen paling dasar yang terlibat dalam konstruksi kata-kata yang diucapkan – mulai dari bunyi ucapan sederhana yang disebut fonem hingga penyusunannya menjadi rangkaian yang lebih kompleks seperti suku kata.

Misalnya, konsonan “da” yang dibentuk dengan menyentuhkan lidah ke langit-langit keras di belakang gigi, diperlukan untuk membentuk kata dog. Dengan merekam neuron individu, para peneliti menemukan bahwa neuron tertentu menyala sebelum fonem tersebut diucapkan. Neuron lain mencerminkan aspek konstruksi kata yang lebih kompleks, seperti kumpulan fonem tertentu menjadi suku kata.

Dengan teknologi yang mereka miliki, para peneliti telah menunjukkan bahwa kita dapat dengan andal menentukan bunyi ujaran yang diucapkan seseorang sebelum mereka mengucapkannya. Dengan kata lain, para ilmuwan dapat memprediksi kombinasi konsonan dan vokal apa yang akan terjadi sebelum kata-kata tersebut benar-benar diucapkan. Kemampuan ini dapat digunakan untuk membuat prostetik buatan atau antarmuka mesin-otak yang mampu menghasilkan ucapan sintetik, yang dapat bermanfaat bagi sejumlah pasien.

“Gangguan jaringan bicara dan bahasa terlihat pada berbagai kelainan neurologis—termasuk stroke, cedera otak traumatis, tumor, gangguan neurodegeneratif, gangguan perkembangan saraf, dan banyak lagi,” kata Arjun Khanna, peneliti pascadoktoral di laboratorium Williams. rekan penulis penelitian ini.

“Kami berharap pemahaman yang lebih baik tentang sirkuit saraf yang mendasari kemampuan bicara dan bahasa akan membuka jalan bagi pengembangan pengobatan untuk gangguan ini.”

Para peneliti berharap untuk memperluas penelitian mereka dengan mempelajari proses bahasa yang lebih kompleks, yang akan memungkinkan mereka menyelidiki pertanyaan terkait bagaimana orang memilih kata-kata yang ingin mereka ucapkan dan bagaimana otak menyusun kata-kata menjadi kalimat yang mengomunikasikan pikiran dan perasaan seseorang kepada orang lain. . .

Tentang penelitian tentang bahasa dan ucapan ini

Pengarang: Komunikasi MGH
Sumber: Harvard
Kontak: Komunikasi MGH – Harvard
Gambar: Gambar dikreditkan ke Neuroscience News

Penelitian Asli: Akses terbuka.
“Elemen neuron tunggal dalam produksi ucapan pada manusia” oleh Ziv Williams dkk. Alam

Abstrak

Elemen neuron tunggal dalam produksi ucapan pada manusia

Manusia mampu menghasilkan kombinasi gerakan artikulasi yang luar biasa beragam untuk menghasilkan ucapan yang bermakna. Kemampuan untuk mengatur rangkaian fonetik tertentu serta silabifikasi dan infleksinya dalam skala waktu subdetik memungkinkan kita menghasilkan ribuan bunyi kata dan merupakan komponen fundamental bahasa. Namun, unit dan struktur seluler dasar yang digunakan untuk merencanakan dan menghasilkan kata-kata selama berbicara sebagian besar masih belum diketahui.

Di sini, dengan menggunakan rekaman Neuropiksel berdensitas sangat tinggi yang mampu melakukan pengambilan sampel kolom lintas kortikal pada manusia, kami menemukan neuron di korteks prefrontal dominan bahasa yang mengkodekan informasi terperinci tentang pengaturan fonetik dan komposisi kata-kata yang direncanakan selama produksi ucapan alami.

Neuron-neuron ini mewakili tatanan dan struktur spesifik peristiwa artikulatoris sebelum ucapan dan mencerminkan segmentasi rangkaian fonetik menjadi suku kata yang berbeda. Mereka juga secara akurat memprediksi komponen fonetik, suku kata, dan morfologi kata-kata yang akan muncul serta menunjukkan dinamika urutan waktu.

Singkatnya, kami menunjukkan bagaimana campuran sel-sel ini terorganisir secara luas di sepanjang kolom kortikal dan bagaimana pola aktivitasnya bertransisi dari perencanaan artikulatoris ke produksi. Kami juga menunjukkan bagaimana sel-sel ini dengan andal melacak komposisi detail bunyi konsonan dan vokal selama persepsi dan bagaimana sel-sel ini membedakan proses yang secara spesifik terkait dengan berbicara dan proses yang terkait dengan mendengarkan.

Bersama-sama, temuan ini mengungkap organisasi yang sangat terstruktur dan rangkaian pengkodean representasi fonetik oleh neuron prefrontal pada manusia dan menunjukkan proses seluler yang dapat mendukung produksi ucapan.