Nature子刊 | 重大突破：解码你的内心表达
发布时间：2022-01-20
解码想象语言来治疗失语症患者
如果我们的内心表达能够被解码出来，将会是多么的神奇啊？
每个人都有丰富的内心独白，我们的内心独白是否能够被解码出来？这成为科学家们的研究目标。
近日，日内瓦大学(UNIGE)和日内瓦大学医院(HUG)的一个神经科学家团队，经过四年多的研究，已经成功地识别出有希望的神经信号来捕捉我们内心独白。它还能够识别出需要优先观察的大脑区域，以便在未来破译它们。这些结果为失语症患者的接口开发开辟了新的视角。该项研究发表在《自然通讯》期刊上。
当我们人类说话时，我们大脑的不同区域会被激活。然而，这些区域的功能在神经系统受损后会受到严重损害。例如，如肌萎缩侧索硬化症患者，其说话的肌肉会完全麻痹。在其他情况下，例如中风后，负责语言的大脑区域可能会受到影响：这称为失语症。然而，在许多情况下，患者想象单词和句子的能力仍然部分发挥作用。
因此，神经科学研究人员对解码我们的内心表达非常感兴趣。但这项任务远非易事。UNIGE 医学院基础神经科学系的科学家Timothée Proix 解释说：“已经进行了一些对口语（发声语音）解码的研究，但对想象的语言的解码却少之又少。这是因为，相比于口语，内心独白相关的神经信号是微弱且多变的。因此，它们很难通过学习算法进行解码。”
实验研究和电极覆盖率
当一个人大声说话时，TA会在特定的时刻发出声音。因此，研究人员可以将这些有形的元素与相关的大脑区域联系起来。在想象语言的情况下，这个过程就不那么容易了。科学家们没有关于个人内部形成的单词或句子的顺序和节奏的明显信息。大脑中被激活的区域数量也较少，也不那么活跃。
为了感知这种非常特殊的语言类型的神经信号，UNIGE团队与两家美国医院合作，对13名住院患者进行了研究。他们通过直接植入患者大脑的电极收集数据，以评估他们的癫痫疾病。UNIGE 基础神经科学系教授Anne-Lise Giraud 解释说：“我们让这些人说出单词，然后想象这些单词。每次我们都会回顾几个已知与语言有关的大脑活动频段。”
每个电极的一个频带的相位和另一个（更高）频带的幅度之间的交叉频率耦合 (CFC)
研究人员观察了这些患者在口头或内部说话时，大脑不同区域产生的几种类型的频率。“首先，被称为θ (4-8Hz)的振荡，对应于音节发音的平均节奏。然后是伽马频率(25-35Hz)，在大脑中形成语音的区域观察到。第三，贝塔波(12-18Hz)与被请求的认知效率更高的区域有关，例如预测和预测对话的发展。最后，当一个人说话时，可以观察到高频率(80-150Hz)”Pierre Mégevand解释道，他是UNIGE医学院临床神经科学系的助理教授和HUG的副医生。
研究人员观察了这些患者在发声说话或内心想象时不同大脑区域产生的几种频率。
Pierre Mégevand 解释说：“首先，称为θ（4-8Hz）的振荡，对应于音节发音的平均节奏。然后是在形成语音的大脑区域观察到的伽马频率（25-35Hz）。第三， Beta 波 (12-18Hz) 与所请求的认知效率更高的区域相关，例如预测和预测对话的演变。最后，当一个人说话时，可以观察到的高频 (80-150Hz)。”
结合这些观察，科学家们能够证明低频和某些频率（特别是Beta 和Gamma）之间的耦合包含解码想象语音的基本信息。他们的研究还表明，颞叶皮层是最终解码内部语音的重要区域。这个特殊的大脑区域位于大脑的左外侧，参与处理与听力和记忆相关的信息，但它也容纳了韦尼克区(Wernicke’s area)的一部分，负责感知单词和语言符号。
这些结果是从神经活动重建语音的一个重大进展。
不过，研究小组总结说:“要破译想象语言，我们还有很长的路要走。”
参考
https://medicalxpress.com/news/2022-01-decoding-language-speech-disorders.html
Timothée Proix et al, Imagined speech can be decoded from low- and cross-frequency intracranial EEG features, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-021-27725-3
来源：脑机接口社区
