失语症？科学家破解大脑隐藏的语言信号
失语症？科学家破解大脑隐藏的语言信号
当一个人的额叶受损，即使知道自己想表达什么，也无法说出自己的意图时，就会出现布洛卡失语症。
过去用于恢复语音的脑机接口主要集中在对来自语言运动皮层的语音信号进行解码。一些研究显示，言语运动皮层以外的一些信息，如顶叶和颞叶的信息，也可能对脑机接口有用。使用额叶以外信息的能力不仅对锁定综合症患者有用，对额叶受损的患者也很有用，因为额叶受损可导致非流利性失语症或语言障碍。然而，颞叶和顶叶主要参与感知语音的处理和理解。因此，要在语音脑机接口中使用这些区域的信号，就必须确定它们是否与发音有关。
在这项研究中，科学家们首次确定了额叶以外的大脑区域——特别是颞叶和顶叶皮层——与说话意图有关。这项研究将于2月13日发表在《神经工程学杂志》上。
这一发现对脑机接口的发展至关重要，它可以确保只对有意表达的语音进行解码，同时保护那些无意说出的私人想法。
失语：布罗卡失语症的挣扎
想象一下，看到一只毛茸茸的四脚动物在“喵喵”叫。在心理上，你知道它是什么，但“猫”这个词却卡在了你的舌尖上。
这种现象被称为布罗卡失语症或表达性失语症，是一种影响人说话或书写能力的语言障碍。虽然目前最常用的治疗方法是语言治疗，但美国西北大学的科学家们正在研究一种不同的、可能更有效的治疗方法：使用脑机接口（BCI）将大脑信号转换成口语。
任务设计示意图
这个过程的第一步是确定脑机接口应该从大脑的哪个部位进行记录，以解码某人想要说的话。
目前，脑机接口设备仅用于因ALS或脑干中风而瘫痪的患者，这使得他们无法移动或交流。在这些患者中，脑机接口记录来自额叶的信号。但布洛卡失语症最常发生在中风或脑肿瘤后，它是由大脑额叶受损造成的，而大脑额叶是产生语言和处理部分语言的地方。因此，为了帮助布洛卡失语症患者，科学家可能需要记录来自大脑其他区域的信号。
与言语意图有关的大脑区域
科学家们首次确定了大脑前叶外与产生语言意图有关的区域。来源：西北大学
研究人员利用颅内记录寻找证据，以确定在颞叶和顶叶皮层中是否、何时以及在何处可以找到与语音意图相关的神经信息。
通过颅内记录，研究人员检查了颞叶和顶叶皮层的神经活动，以确定与语音意图相关的信号，并利用因果信息将言语意图与静息状态和其他语言相关过程（如理解和工作记忆）区分开来。他们还对神经信号的空间分布和时间动态进行了分析，以确定它们与语音生成的相关性。
代表性电极上与发声一致的高伽马（HG）活动
通讯作者、西北大学范伯格医学院神经学和神经科学教授Marc Slutzky博士说：“这是很小的一步，但却是必要的一步。我们的研究表明，这些非额叶区域确实包含了有关某人说话意图的信息，使我们能够区分他们什么时候要说话，什么时候不说话，或者只是在想一些他们不想大声说的话。”
伦理考虑：思维解码与语音解码
这些早期的发现将有助于科学家最终为布洛卡失语症患者设计脑机接口，以区分某人的语言相关信息是与语言产生有关，还是与语言感知（包括理解）有关。
Marc Slutzky表示：“重要的是，不要解码用户不打算大声说出来的想法，这既是出于实际考虑，也是出于可能引发的伦理问题考虑。”
虽然我们的目标是有朝一日能为失语症患者服务，但这项研究的对象是没有语言障碍的患者。
科学家们记录了9名癫痫或脑肿瘤患者大脑皮层表面的电信号。这些电极阵列要么被植入癫痫患者体内，作为手术前癫痫发作监测的一部分，要么被暂时放置在手术室的大脑上，而患有肿瘤的患者则进行清醒的脑部手术和绘图。
然后，在研究人员记录他们的大脑信号（称为皮质电图或ECoG）时，患者要么大声朗读监视器上的单词，要么保持沉默（休息）。
这项研究的下一步将是解码这些病人实际上说了什么。