大脑是如何听懂语言？植入电极可绘制听觉区域特征编码图

“小电极阵列收集听觉皮层神经信号的方式，通俗来讲就是通过电极直接捕获皮层表面的神经信号，由于外侧颞上回暴露在外侧颞叶，因此可通过皮层脑电图记录方法获取。”倪广健认为，植入式电极克服了以往采用功能性核磁共振成像技术研究时不能很好探明腹侧沟回等脑沟的问题。

在这个新研究中，皮层脑电图的高时间分辨率，能够探测赫氏回上的初级听觉皮层到颞上回的层次结构与听语音和音调数据的一致程度。

“其从左颞平面的636个电极部位和颞上回获取颅内记录，与以前的颅内手术方法是不同的。”倪广健解释，以前的颅内手术方法每次仅从这些区域中的一个区域进行零碎取样，而此显微手术进入外侧裂可同时记录人类听觉皮层所有区域对语音的高度异质性反应。

此外，该工作采用的高密度电极网格使得同时记录人类颞叶听觉皮层多个亚区的神经活动成为可能，因此能够确定听觉信息处理的流程，以及发现语音信号中的线索是如何跨听觉皮层进行映射的。

“这种分析需要对自然语音和实验控制的简单声音刺激的神经反应进行采样，同时对所有皮层听觉区域进行采样，在初级和高阶听觉区域绘制一张全面的特征编码图，从而能够对信息流模型和皮层表征转换进行有意义的评估。”倪广健说。

在这项研究中，当为参与者播放短语和句子时，位于颞上回中的某些区域的反应速度与初级听觉皮层一样快，这表明这两个区域同时开始处理声学信息。

倪广健介绍，该工作还进一步评估了每个区域在语音处理中的作用，探索激活的时间和顺序，每个区域中简单和复杂声音表征的性质，以及它们在功能性和外科消融的语音理解中的因果作用。

“植入电极的方式在大脑的其他研究领域中已有不少成功典范，例如脑控打字，准确率已达到90%以上;基于皮层脑电的语音重构，句子的整体准确率已达到60%;脑控机器人，解码运动状态实现机械臂的控制等等。”倪广健表示，植入电极有助于采集到高质量的神经电活动，具有较高的时空分辨率，比较适合机制机理方向的研究，从而探明脑部或者神经性系统疾病的成因及提供治疗手段。而非侵入式技术则由于其无创的特点，具有更加广泛的应用场景。(科技日报记者 陈 曦)