Harta incredibil de detaliată a creierului arată activitatea neuronilor care codifică limbajul

Prin „ascultând” activitatea creierului, oamenii de știință au creat harta cu cea mai înaltă rezoluție de până acum a neuronilor care codifică semnificația diferitelor cuvinte. Rezultatele sugerează că, la nivelul indivizilor, creierul folosește aceleași categorii standard pentru a clasifica cuvintele – ajutându-ne să transformăm sunetele în sens.

"Acest studiu se bazează numai pe cuvinte în limba engleză. Dar este un mare pas înainte în înțelegerea modului în care creierul stochează cuvintele în biblioteca sa de limbi", a spus neurochirurgul Ziv Williams de la Massachusetts Institute of Technology din Cambridge. „Prin cartografierea seturilor suprapuse de celule cerebrale care răspund la cuvinte diferite, putem încerca să începem să construim un tezaur despre ceea ce înseamnă cuvintele pentru creier.”

Harta semantică

Există o zonă a creierului numită cortexul auditiv care este responsabilă de procesarea sunetului unui cuvânt pe măsură ce acesta intră în urechea umană. Dar cortexul prefrontal, zona în care are loc activitatea cerebrală de ordin superior, este cel care procesează „sensul semantic” al unui cuvânt – esența sau esenta cuvântului.

Unele experimente anterioare au studiat acest proces prin analizarea imaginilor fluxului sanguin în creier, care este o măsură a activității creierului. Astfel de metode permit cercetătorilor să mapeze semnificațiile cuvintelor în regiuni mici ale creierului.

Cu toate acestea, Williams și colegii săi au găsit o oportunitate unică de a analiza modul în care neuronii individuali codifică limbajul în timp real. Echipa sa a recrutat zece voluntari care urmau să fie supuși unei intervenții chirurgicale pentru epilepsie, fiecare dintre ei având electrozi implantați în creier pentru a identifica sursa convulsiilor. Electrozii au permis echipei să înregistreze activitatea a aproximativ 300 de neuroni în cortexul prefrontal al fiecărui voluntar.

În timp ce voluntarii ascultau propoziții scurte care conțineau un total de aproximativ 450 de cuvinte, oamenii de știință au înregistrat informații detaliate despre neuronii activi și când. Williams a descoperit că aproximativ doi sau trei neuroni separați s-au aprins pentru fiecare cuvânt, chiar dacă echipa a înregistrat activitatea doar de la o mică parte din miliardele de neuroni ai cortexului prefrontal. Cercetătorii au analizat apoi asemănările dintre cuvintele care au declanșat aceeași activitate neuronală.

Un neuron multipotent

Există cuvinte la care răspund același grup de neuroni care aparțin unor categorii similare, cum ar fi acțiune sau cuvinte legate de om. Echipa a mai descoperit că cuvintele pe care creierul le poate asocia între ele, cum ar fi „rață” și „ou”, au activat unii dintre aceiași neuroni. Cuvintele cu semnificații similare, cum ar fi „șoarece” și „șobolan”, declanșează mai multe modele similare de activitate neuronală decât cele declanșate de „șoarece” și „morcov”. Alte grupuri de neuroni răspund la cuvinte care implică concepte mai abstracte, cum ar fi cuvintele „de sus” și „în spate”.

Astfel, categoriile pe care creierul le-a atribuit cuvintelor au fost similare între participanți, ceea ce sugerează că creierul uman este capabil să sintetizeze grupuri de semnificații în același mod. Neuronii cortexului prefrontal nu disting cuvintele după sunet, ci doar după semnificația lor. De exemplu, atunci când o persoană aude cuvântul „fiu” într-o propoziție, cuvintele legate de membrii familiei se vor aprinde. Dar acei neuroni nu au răspuns la cuvântul „Soare” din aceeași propoziție, chiar dacă cuvintele aveau pronunții aproape identice.

Citirea minții

Într-o oarecare măsură, cercetătorii pot determina ce aud oamenii observându-le neuronii care se declanșează. Deși nu pot reproduce propozițiile exact, de exemplu, ei pot ști că o propoziție conține un animal, o acțiune și un tip de hrană, în această ordine. Cercetătorii au reușit să identifice nu numai neuronii care corespundeau cuvintelor și tipurilor acestora, ci și ordinea în care au fost rostiți. Limbajul la viteze naturale va fi crucial pentru dezvoltarea viitoarelor dispozitive de interfață creier-calculator care ar putea restabili vorbirea persoanelor cu dizabilități.