在单个脑细胞的闪烁中已经检测到单词的含义

从传达精确的指令到唤起全新的世界,词语及其含义是我们作为人类存在的核心。但是,组成人类大脑的众多细胞如何获取抽象的噪音或符号,并将它们转化为有意义的东西,长期以来一直是一个谜。

现在可以追踪大脑活动到单个神经元的新技术现在正在揭示这种声音翻译在我们大脑中发生的确切位置。

“人类具有通过语言提取细微含义的非凡能力——当我们听语音时,我们可以理解多达数万个单词的含义,并在极其不同的概念和主题中无缝地做到这一点,”哈佛大学神经科学家齐夫·威廉姆斯。

“我们......想要了解人类如何在自然语言中处理如此多样化的含义,并通过这些含义,我们能够快速理解各种句子、故事和叙述中单词的含义。

哈佛大学神经科学家Mohsen Jamali和Benjamin Grannan及其同事使用了钨的“芯片实验室”微电极阵列神经像素在细胞水平上记录大脑活动前额叶皮层的 13 名参与者在听单个句子和故事时。

在大脑的这一部分,记录的神经元数量惊人地少——一个参与言语形成和工作记忆 –为了让研究人员能够松散地“读心术”细胞活动模式的一般含义。

录音显示,面条和披萨等具有相似含义的单词在参与者的大脑中产生了相似的活动模式,并且在听到具有不同含义的单词(如鸭子和鸭子)时,这些模式会有很大的不同咖啡.

具有相似含义的单词会激活我们大脑中的特定神经元模式。(Jamali 等人,自然界, 2024)

“我们发现,当人们听到诸如奔跑或跳跃之类的词语时,某些神经元会优先激活,这些词语反映了动作,而其他神经元在听到具有情感内涵的词语(如快乐或悲伤)时会优先激活。解释威廉姆斯。

“当一起观察所有神经元时,我们可以开始构建一个详细的图片,说明单词的含义在大脑中是如何表示的。

更重要的是,神经元对单词声音的反应模式也取决于之前和之后发生的事情。

“这些神经元不是简单地将单词作为固定的存储记忆表示做出反应,而是在自然语音处理过程中以上下文依赖的方式自适应地表示单词的含义,”该团队在他们的论文中写道.

这就是使我们能够区分同音字的原因——听起来相同但含义不同的词,如“我”和“眼睛”。

研究人员还发现了层次结构的线索,这些线索将使我们能够在听到具有相似含义的单词时迅速切换。

“通过能够从少量脑细胞的活动中解码词义,有可能以一定程度的粒度预测某人在听或想什么,”威廉姆斯。

“它还可能使我们能够在未来开发脑机接口,使患有运动麻痹或中风等疾病的个体能够更有效地交流。

研究人员现在热衷于探索他们在我们大脑中发现的意义图是否在反应上保持相似到书面文字、图片甚至不同的语言,以及可能涉及大脑的其他部分。

这项研究发表在自然界.

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