大腦如何將意圖轉(zhuǎn)化為語言
近日，California大學(xué)San Francisco分校（UCSF）發(fā)表在《Nature Human Behaviour》期刊上的最新研究，挑戰(zhàn)了關(guān)于大腦如何將聲音組織成詞語并協(xié)調(diào)發(fā)音動作的傳統(tǒng)觀點。
說話是人類能夠完成的最復(fù)雜行為之一。在開口之前，大腦需要將想法轉(zhuǎn)化為一系列精確的指令，以協(xié)調(diào)發(fā)音時所涉及的眾多肌肉。
一個多世紀(jì)以來，科學(xué)家們認(rèn)為所有這些計劃和協(xié)調(diào)——被稱為語音運動序列（speech-motor sequencing）——被認(rèn)為主要發(fā)生在大腦額葉的一個特定區(qū)域，即布羅卡區(qū)（Broca's area）。
現(xiàn)在，UCSF的一項新研究顯示，這一過程依賴于一個跨越多個腦區(qū)的更廣泛的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)的核心區(qū)域是中央前回（mPrCG）。過去，科學(xué)家們認(rèn)為它主要參與控制喉部運動（發(fā)聲），例如調(diào)節(jié)聲音的高低。
“事實證明，這部分大腦有一個更有趣和重要的作用，”神經(jīng)外科主席、該研究的資深作者、醫(yī)學(xué)博士 Edward Chang 說。“它負(fù)責(zé)將聲音組織成詞語，這對于清晰發(fā)音至關(guān)重要。”
這項研究有望為理解某些語言障礙提供新視角，助力開發(fā)輔助交流技術(shù)，并可能對涉及相關(guān)腦區(qū)的手術(shù)中維護(hù)語言功能有所啟發(fā)。
超越布羅卡區(qū)
布羅卡區(qū)以生理學(xué)家Pierre Paul Broca的名字命名，自其1860年被發(fā)現(xiàn)以來，長期被認(rèn)為是主導(dǎo)語言加工的關(guān)鍵區(qū)域，包括語言理解（聽到或讀到的內(nèi)容）和語言產(chǎn)生（想說的詞語）。
但幾年前，Chang（UCSF威爾神經(jīng)科學(xué)研究所成員，致力于研究大腦語言產(chǎn)生機制超過十年）開始懷疑該過程涉及布羅卡區(qū)以外的區(qū)域。關(guān)鍵線索來自一項罕見的案例研究：一名患者因腦部手術(shù)涉及mPrCG區(qū)域后，出現(xiàn)了言語失用癥（apraxia of speech）——患者清楚自己想說什么，卻難以協(xié)調(diào)清晰說話所需的肌肉動作。而在布羅卡區(qū)進(jìn)行的類似手術(shù)中，并未觀察到相同狀況。
此外，Chang 與當(dāng)時的研究生Jessie Liu博士在開發(fā)輔助交流技術(shù)的研究中還觀察到，mPrCG區(qū)域存在與語言計劃相關(guān)的活動。
為深入探究，Chang、Liu及博士后研究員Lingyun Zhao博士與14名因癲癇治療而接受顱內(nèi)腦電圖監(jiān)測的志愿者合作。研究人員在志愿者大腦表面放置了高密度電極網(wǎng)格，用以記錄他們在說話任務(wù)各階段（包括準(zhǔn)備和發(fā)聲階段）的神經(jīng)活動。
像Chang這樣的神經(jīng)外科醫(yī)生通常使用這些電極來定位癲癇灶及繪制重要功能區(qū)（如語言區(qū)）圖，以避免手術(shù)損傷。研究人員利用此技術(shù)，專注于觀察志愿者執(zhí)行說話任務(wù)時mPrCG的神經(jīng)活動。
研究人員向志愿者展示一系列音節(jié)或詞語目標(biāo)，要求他們在短暫的延遲期后大聲讀出。這些發(fā)音序列的復(fù)雜度不同：從簡單的重復(fù)音節(jié)（如“ba-ba-ba”）到包含多種不同聲音的復(fù)雜序列（如“ba-da-ga”）。
分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)參與者發(fā)出更復(fù)雜的音節(jié)序列時，其mPrCG的神經(jīng)活動顯著強于發(fā)出簡單序列時的活動。此外，該區(qū)域活動的強度還能預(yù)測參與者從看到目標(biāo)到開始發(fā)音的反應(yīng)時間。
“我們觀察到mPrCG的活動模式：在計劃復(fù)雜序列時活動增強，隨后引導(dǎo)肌肉執(zhí)行該計劃。這表明，盡管mPrCG位于傳統(tǒng)語言區(qū)（如布羅卡區(qū)）之外，它對于協(xié)調(diào)我們說話的方式至關(guān)重要，”Liu解釋道。
將意圖與行動聯(lián)系起來
研究團(tuán)隊還對其中五名參與者的mPrCG進(jìn)行了電刺激，刺激恰好在他們準(zhǔn)備或發(fā)出不同復(fù)雜度的音節(jié)序列時施加。
當(dāng)序列較簡單時，電刺激通常不影響發(fā)音。然而，在參與者處理復(fù)雜序列時施加刺激，會引發(fā)言語不流暢現(xiàn)象，其特征類似于Chang之前臨床觀察到的言語失用癥。
這些結(jié)果進(jìn)一步證明，mPrCG是協(xié)調(diào)多種不同語音的核心區(qū)域，在連接言語意圖（想說什么）與實現(xiàn)該意圖所需的發(fā)音動作之間起著橋梁作用。
“mPrCG顯然扮演著一個關(guān)鍵角色——這個角色曾被歸因于布羅卡區(qū)，但后者似乎并不完全勝任，”Liu表示。“這為我們指明了新方向：深入探究mPrCG的工作機制，將深化對人類言語產(chǎn)生過程的理解。”
期刊：Nature Human Behaviour
DOI：10.1038/s41562-025-02250-1
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