解码大脑如何实时理解句子

在《自然通讯》最近发表的一项研究中，研究人员利用癫痫患者在阅读任务期间的颅内录音，检查了左语言主导半球负责语义整合的神经网络。这些实验还用于区分语义连贯性和基于任务的指涉性驱动的效果。

背景

了解负责人类句子处理的神经机制对于掌握皮层计算的结构和时序至关重要。尽管语言在认知中发挥着重要作用，使我们能够从不熟悉的线索中获取意义，但负责的特定大脑区域仍然存在争议。

某些区域，如后颞叶、前额皮质和顶叶皮质，参与语言发展；然而，研究人员之间的共识仍然存在争议。此外，功能磁共振成像（fMRI）等传统方法缺乏解析语言过程复杂性的分辨率。

因此，为了更好地理解特定的皮质区域及其在语义处理中的专业化，额外的研究至关重要，特别是考虑到文献的可变性以及以高时空分辨率分离不同语义过程的挑战。

关于该研究

在本研究中，58 名年龄在 18 岁至 41 岁之间、以英语为母语的患者在知情同意后接受了实验。有明显神经病史或面部失认等异常的患者被排除在外。

所有研究参与者都接受了彻底的神经心理学评估。所有程序均得到休斯顿人类受试者保护委员会德克萨斯大学健康科学中心的批准。

使用手术植入的深度或硬膜下网格电极收集数据，并使用 MRI 和计算机断层扫描 (CT) 成像相结合确认其位置。深度电极植入一天后开始颅内数据收集，网格电极植入两天后开始收集颅内数据。仔细检查数据中的噪声和伪影，并丢弃任何不可靠的数据点。

在主要实验中，向患者展示单词，并要求患者根据这些单词迅速准确地命名日常物品。有些句子被设计得不连贯，从而使患者很难确定其含义。对非临床人群进行了二次标准化研究，以确定刺激的有效性。

对收集的数据进行彻底分析后发现，在植入的 13,000 多个电极触点中，只有 9,388 个被认为适合分析。随后对原始数据进行过滤、转换和平滑，以破译试验期间的重要激活点。

然后将数据映射到皮质表面模型上以了解其重要性。分析的很大一部分致力于理解语言系统和情景记忆网络之间的相互关系。该研究还利用人类连接组项目来确定感兴趣区域并确保精确的电极放置。

研究结果

句子中最后一个单词结束后，个人平均反应时间为 1,765 毫秒 (ms)。当个体遇到参考试验时，与非参考试验相比，他们的表达反应时间明显更快。

使用先进的映射技术来深入了解拼写句子处理的时空动态。在阅读句子时，大脑某些区域的激活逐渐升级，特别是额下回、顶内侧皮层、颞前叶和颞中回后部。

句子处理的后续阶段揭示了腹内侧前额叶皮层、后扣带皮层和眶额皮层的激活。一些区域仍然活跃，并且在句子阅读过程结束时表现出更高的活性。

在最后一个词的开头，参考试验显示大脑各个区域的活动更大，如额中回（MFG）、额中下沟（IFS）、内侧顶叶皮层（MPC）、海马旁皮层、腹内侧前额叶皮层。 vmPFC）和眶额皮质（OFC）。相比之下，非参考性试验在最后一个词出现后立即导致颞上皮层和额前下回的活动增加。

在探索语义连贯性时，在基于连贯性的非指称句子分析中观察到了不同的大脑活动模式。不连贯的非指涉句子会导致内侧额叶皮层和上内侧顶叶皮层的活动增强。连贯的非指涉句子会导致 IFS、额前下回 (aIFG)、角回、颞中后回 (pMTG) 和 OFC 等区域的活动增加。

该研究通过评估语义缩小进一步检查了综合词汇访问，语义缩小是指甚至在句子的最终单词出现之前识别已定义对象的概率。例如，虽然有些句子提供了有关所讨论对象的明确提示，但其他句子直到最后仍然含糊不清。

强狭窄条件和有限狭窄条件之间的关节反应时间没有显着差异。此外，两种条件之间的句子长度或最终单词的频率没有显着差异。

有限语义缩小的参考试验增加了颞上沟、MPC、IFS、前颞叶和 OFC 等区域的大脑活动，特别是在最终词出现后。