Een nieuwe studie met behulp van een geavanceerde neuropixelsonde biedt inzicht in hoe hersenneuronen gedachtevorming en taalexpressie mogelijk maken, waardoor de vroege taalkundige planning van spraakklanken wordt onthuld. Dit baanbrekende onderzoek, dat de deur opent voor de ontwikkeling van spraakprothesen en verbeterde behandelingen voor spraakstoornissen, benadrukt de complexiteit en efficiëntie van het vermogen van de hersenen om taal te produceren. De bevindingen kunnen worden gebruikt om innovatieve behandelingen voor spraakstoornissen te ontwikkelen.
Een recent onderzoek door onderzoekers van het Massachusetts General Hospital (MGH) maakte gebruik van geavanceerde hersenregistratiemethoden om de samenwerkingsfunctie van neuronen in het menselijk brein te onthullen, waardoor mensen hun gedachten onder woorden konden brengen en deze vervolgens in taal konden uiten.
Samen bieden de bevindingen een gedetailleerde kaart van hoe geluiden zoals medeklinkers en klinkers in de hersenen worden weergegeven voordat spraak wordt uitgesproken, en hoe ze aan elkaar worden geregen tijdens de taalproductie.
De studie, gepubliceerd in het tijdschrift Nature, werpt licht op de invloed van hersenneuronen op de spraakproductie, wat zou kunnen helpen het begrip en de behandeling van spraak- en taalstoornissen te verbeteren.
"Hoewel spreken vaak gemakkelijk lijkt, voeren onze hersenen veel complexe cognitieve stappen uit tijdens natuurlijke spraak - waaronder: "Onze hersenen bereiken deze prestaties met ongelooflijke snelheden - ongeveer drie woorden per seconde in natuurlijke spraak - en met zeer weinig fouten."
Doorbraak in neuronale opnametechnologie
Williams en zijn collega's gebruikten een geavanceerde technologie genaamd Neuropixels-sondes om de activiteit van afzonderlijke neuronen in de prefrontale cortex van het menselijk brein vast te leggen. Ze ontdekten ook dat er afzonderlijke groepen neuronen in de hersenen zijn die zich bezighouden met spraak en gehoor.
Het gebruik van Neuropixels-sondes in het menselijk lichaam is een primeur voor MGH. "Deze sondes zijn opmerkelijk: ze zijn kleiner dan de breedte van een mensenhaar, maar hebben toch honderden kanalen die de activiteit van tientallen of zelfs honderden individuele neuronen tegelijkertijd kunnen registreren, dus het gebruik van deze sondes zou ongekende nieuwe inzichten kunnen opleveren in hoe menselijke neuronen collectief handelen en hoe ze samenwerken om complex menselijk gedrag zoals taal te produceren, " zei Williams.
Williams ontwikkelde deze opnametechnieken in samenwerking met Sydney Cash, MD, hoogleraar neurologie aan het Massachusetts General Hospital en de Harvard Medical School, die ook het onderzoek leidde.
Fonetische elementen decoderen
De studie laat zien hoe neuronen in de hersenen enkele van de meest fundamentele elementen vertegenwoordigen die betrokken zijn bij het opbouwen van gesproken woorden - van eenvoudige spraakklanken, fonemen genoemd, tot het combineren ervan tot complexere reeksen, zoals lettergrepen.
Het woord 'hond' vereist bijvoorbeeld de medeklinker 'da', die wordt geproduceerd doordat de tong het harde gehemelte achter de tanden raakt. Door opnamen te maken van individuele neuronen ontdekten de onderzoekers dat bepaalde neuronen actief werden voordat het foneem hardop werd uitgesproken. Andere neuronen weerspiegelen complexere aspecten van woordvorming, zoals de specifieke combinatie van fonemen in lettergrepen. Met behulp van hun techniek toonden de onderzoekers aan dat het mogelijk is om op betrouwbare wijze de spraakklanken te bepalen die een individu zal maken voordat hij deze uitspreekt.
Met andere woorden: wetenschappers kunnen combinaties van medeklinkers en klinkers voorspellen voordat ze daadwerkelijk worden uitgesproken. Het benutten van dit vermogen zou kunnen leiden tot de creatie van kunstmatige prothesen of hersen-computerinterfaces die in staat zijn gesynthetiseerde spraak te produceren, wat een hele reeks patiënten ten goede zou komen.
Arjun Khanna, co-auteur van de studie, zei: "Verstoringen in spraak- en taalnetwerken worden waargenomen bij een verscheidenheid aan neurologische ziekten, waaronder beroerte, traumatisch hersenletsel, tumoren, neurodegeneratieve ziekten, neurologische ontwikkelingsstoornissen en meer. We hopen dat een beter begrip van de fundamentele neurale circuits die spraak en taal mogelijk maken de weg zal vrijmaken voor de ontwikkeling van behandelingen voor deze ziekten."
De onderzoekers hopen hun werk uit te breiden door complexere taalprocessen te bestuderen, te onderzoeken hoe mensen kiezen wat ze willen zeggen en hoe de hersenen woorden in zinnen combineren om iemands gedachten en emoties aan anderen over te brengen.
Samengestelde bron: ScitechDaily