第一次，語言的神經啟用被定位到細胞級 机器之心 發表於2024-07-10
迄今為止，解析度最高的編碼單詞含義的神經元 map 來了。 人類可以從語言中提取豐富而微妙的含義，這種能力對於人類交流來說至關重要。然而，儘管人們對支援語言和語義處理的大腦區域的瞭解不斷加深，但在細胞水平上的神經語義推導仍然存在很多未知。 最近，一篇發表在《自然》雜誌上的研究論文，透過跟蹤神經元在自然語音處理過程中的活動，該研究發現了單個神經元對語義資訊的精細皮層表徵。論文題為《Semantic encoding during language comprehension at single-cell resolution》。
論文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07643-2 該研究建立了迄今為止解析度最高的神經元圖（map），這些神經元負責編碼各種單詞的含義。 簡單來說，當參與者聆聽語義不同的句子和故事時，該研究記錄左側語言主導的前額葉皮層的單細胞活動。結果表明，在個體之間，大腦使用相同的標準類別來對單詞進行分類 —— 幫助我們將聲音轉化為意義。 這些神經元選擇性地響應特定的單詞含義，並可靠地區分單詞和非單詞。此外，它們的活動不是將單詞作為固定的記憶表徵來響應，而是高度動態的，根據其特定的句子上下文反映單詞的含義，並且獨立於其語音形式。 總的來說，該研究展示了這些細胞群如何準確預測在語音過程中實時聽到的單詞的廣泛語義類別，以及如何跟蹤它們出現的句子。該研究還展示瞭如何編碼這些意義表徵的層次結構以及這些表徵如何對映到細胞群上。這些發現在神經元尺度，揭示了人類語義表徵的精細皮層組織，並開始闡明語言理解過程中細胞水平的意義處理。
同一組神經元對哪些詞作出反應，這些詞屬於相似的類別，例如動作或與人相關的詞。研究小組還發現，大腦可能會把一些單詞相互關聯，例如「鴨子」和「蛋」，這些資訊會觸發一些相同的神經元。具有相似含義的詞，例如「老鼠」和「大鼠」，觸發的神經元活動模式比「老鼠」和「胡蘿蔔」觸發的模式更相似。其他神經元組對與更抽象的概念相關的詞作出反應：例如，關係詞，例如「上面」和「後面」。 大腦分配給單詞的類別在參與者之間是相似的，這表明人類大腦都在以相同的方式對含義進行分組，Williams 表示。 前額葉皮層神經元不會根據單詞的聲音來區分單詞，而是隻會根據單詞的含義來區分單詞。例如，當一個人在句子中聽到「Son」這個詞時，與家庭成員相關的位置就會被點亮。而儘管發音相同，這些神經元對句子中的「Sun」並沒有起反應。
這種理論建立之後，在一定程度上，研究人員能夠透過觀察人們的神經元放電來確定他們聽到了什麼。雖然他們無法重現確切的句子，但已經可以進行判斷。例如，一個句子包含動物、動作和食物，順序依次為動物、動作和食物。 「獲得這種程度的細節，並一窺單個神經元層面發生的事情非常令人興奮，」加州大學聖地亞哥分校工程師、腦機介面公司 Paradromics 首席科學官 Vikash Gilja 說道。令他印象深刻的是，研究人員不僅可以確定與單詞及其類別相對應的神經元，還可以確定說話的順序。 Gilja 表示，從神經元記錄資訊，要比使用以往的成像方法要快得多。理解語言的自然速度對於未來開發腦機介面裝置的工作非常重要，新型別的裝置可以為失去說話能力的人恢復說話能力。 參考連結：https://www.nature.com/articles/d41586-024-02146-6