Миллисекундные окна времени могут быть ключом к тому, как мы слышим, изучение находит

Что происходит, когда вы слушаете речь с другой скоростью? Нейробиологи думали, что ваш мозг также может увеличить скорость обработки. Но оказывается, что, по крайней мере, слуховая часть мозга продолжает «слушать» или вставать в фиксированное время. Это ключевой вывод нового исследования появляется в Nature NeuroscienceПолем

Исследование проводилось Сэмом Норман-Хейгейре, доктора философии, доцентом кафедры биостатистики и вычислительной биологии, биомедицинской инженерии и нейробиологии в Институте нейробиологии Дель Монте в Университете Рочестера, в сотрудничестве с исследователями в Колумбийском университете, в том числе главном исследователе Нимы Месгара, доктор философии. в электротехнике в его лаборатории.

«Это было удивительно. Оказывается, что когда вы замедляете слово, слуховая кора не меняет временного окна, которое он обрабатывает. Это похоже на то, что слуховая кора интегрируется по этой фиксированной шкале времени»,-сказал Норман-Хейгрере, первый автор исследования, который начал исследование в качестве постдокторского исследователя в Колумбии.

«Одной из ключевых целей такого рода исследований является создание лучших вычислительных моделей того, как мозг обрабатывает информацию в рече Языковая обработка. “

Сложности понимания и моделирования речи

Слуховая кора, которая состоит из нескольких слоев и регионов, представляет собой область мозга, ответственная за обработку и интерпретацию звуков. Исследователи знают, что в мозге есть несколько регионов, которые обрабатывают речь – Первичная слуховая коравторичная слуховая кора и языковые области за пределами слуховой коры. Фундаментальное понимание того, как работает каждый регион и иерархию между этими разными регионами и внутри этих различных регионов, недостаточно понятно.

Понимание сложностей мозга помогало разработку вычислительных моделей. Эти компьютерные модели используют математические формулы или алгоритмы для понимания звука и прогнозирования нейронных реакций и поведения человека.

Авторы этого исследования использовали компьютерные модели, чтобы проверить, будет ли их метод исследования различать их две гипотезы: интегрирует ли слуховая кора информация по структурам речевых, например, словами или времени? Оказалось, что некоторые компьютерные модели научились интегрировать речевые структуры, в отличие от слуховой коры. Этот вывод был полезен отчасти потому, что он помог проверить методы, которые авторы использовали для изучения структуры и времени.

Доступ к человеческому мозгу

Нейробиологи, как правило, ограничены в типах нейронных данных, которые они могут записывать из человеческого мозга. Электроэнцефалограммы или ЭЭГ предоставляют исследователям электрическую активность мозга, считываемая из кожи головы, которая находится далеко от фактических клеток, которые продуцируют эту активность. Функциональные МРТ измеряют кровоток в мозге, который является косвенной мерой активности мозга. Оба инструмента изменили наше понимание функции мозга человека и болезней. Тем не менее, ни один из методов не может записывать пространственно и временную точную нейронную деятельность.

Исследователи работали с пациентами с эпилепсией в медицинском центре NYU Langone, Медицинском центре Ирвинга Колумбийского университета и медицинским центром Университета Рочестера для измерения точной нейронной активности изнутри мозга человека. Они работали с пациентами, которые были помещены в больницу для мониторинга эпилепсии.

В рамках их мониторинга электроды временно имплантировались в их мозг, чтобы врачи могли лучше определить область мозга, откуда взялись их припадки. Эти электроды измеряют электрические ответы прямо рядом с тем, где активны нейроны, обеспечивая гораздо более высокую точность, чем стандартные методы, такие как ЭЭГ и FMRI.

Набираемым участникам было поручено слушать отрывок из аудиокниги с нормальной скоростью, а затем они играли в одном и том же отрывке с более медленной скоростью. Исследователи думали, что они могут увидеть изменения в нейронном времени, которое варьировалось в зависимости от скорости речи. Тем не менее, различия, которые они наблюдали, не были минимальными, что указывает на то, что фундаментальная единица обработки является физическим временем – например, 100 миллисекунд – и не речевые структуры, такие как слова.

«Этот вывод бросает вызов интуитивной идее о том, что обработка нашего мозга должна быть связана с речевыми структурами, которые мы слышим, например, слоги или слова», – сказал Месгани, старший автор исследования и доцент кафедры электротехники в Колумбии. “Вместо этого мы показали, что слуховая кора Работает на фиксированном внутреннем масштабе времени, независимо от структуры звука. Это обеспечивает постоянно рассчитанный поток информации, который затем должны интерпретировать области мозга высшего порядка, чтобы получить лингвистическое значение ».

“Чем лучше мы понимаем обработку речи, тем лучше мы думаем, что сможем понять, что вызывает дефицит в речь Обработка,-сказал Норман-Хейгнере.

«Итак, выяснить, как мозг переходит от чего-то более звукового на что-то более основанное на языке, и как моделировать эту трансформацию,-это захватывающее пространство, в котором мы работаем».

Другими исследователями являются Гай МакКханн и Кэтрин Шевон из Колумбийского университета, а также Оррин Девинску, Вернер Дойл и Адин Флинкер, Медицинский центр Нью -Йорк Лангоне.