Eine neue Studie mit einer fortschrittlichen Neuropixel-Sonde liefert Erkenntnisse darüber, wie Gehirnneuronen die Gedankenbildung und den Sprachausdruck ermöglichen, und enthüllt die frühe sprachliche Planung von Sprachlauten. Diese bahnbrechende Forschung, die die Tür zur Entwicklung von Sprachprothesen und verbesserten Behandlungen für Sprachstörungen öffnet, verdeutlicht die Komplexität und Effizienz der Fähigkeit des Gehirns, Sprache zu produzieren. Die Erkenntnisse könnten genutzt werden, um innovative Behandlungen für Sprachstörungen zu entwickeln.
Eine aktuelle Studie von Forschern des Massachusetts General Hospital (MGH) nutzte fortschrittliche Gehirnaufzeichnungsmethoden, um die kollaborative Funktion von Neuronen im menschlichen Gehirn aufzudecken und es Menschen zu ermöglichen, ihre Gedanken in Worte zu fassen und sie anschließend in Sprache auszudrücken.
Zusammengenommen liefern die Ergebnisse eine detaillierte Karte darüber, wie Laute wie Konsonanten und Vokale im Gehirn dargestellt werden, bevor gesprochen wird, und wie sie während der Sprachproduktion aneinandergereiht werden.
Die in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichte Studie beleuchtet den Einfluss von Gehirnneuronen auf die Sprachproduktion, was dazu beitragen könnte, das Verständnis und die Behandlung von Sprech- und Sprachstörungen zu verbessern.
„Während das Sprechen oft einfach erscheint, führt unser Gehirn beim natürlichen Sprechen viele komplexe kognitive Schritte aus – darunter: „Unser Gehirn vollbringt diese Leistungen mit unglaublicher Geschwindigkeit – etwa drei Wörter pro Sekunde beim natürlichen Sprechen – und mit sehr wenigen Fehlern.“
Durchbruch in der neuronalen Aufzeichnungstechnologie
Williams und seine Kollegen nutzten eine hochmoderne Technologie namens Neuropixels-Sonden, um die Aktivität einzelner Neuronen im präfrontalen Kortex des menschlichen Gehirns aufzuzeichnen. Sie entdeckten auch, dass es im Gehirn getrennte Gruppen von Neuronen gibt, die für das Sprechen und Hören zuständig sind.
Der Einsatz von Neuropixels-Sonden im menschlichen Körper ist für MGH eine Premiere. „Diese Sonden sind bemerkenswert – sie sind kleiner als die Breite eines menschlichen Haares und verfügen dennoch über Hunderte von Kanälen, die die Aktivität von Dutzenden oder sogar Hunderten einzelner Neuronen gleichzeitig aufzeichnen können. Der Einsatz dieser Sonden könnte daher beispiellose neue Erkenntnisse darüber liefern, wie menschliche Neuronen kollektiv agieren und wie sie zusammenarbeiten, um komplexe menschliche Verhaltensweisen wie Sprache hervorzurufen“, sagte Williams.
Williams entwickelte diese Aufnahmetechniken in Zusammenarbeit mit Sydney Cash, MD, Professor für Neurologie am Massachusetts General Hospital und der Harvard Medical School, der auch die Studie leitete.
Phonetische Elemente entschlüsseln
Die Studie zeigt, wie Neuronen im Gehirn einige der grundlegendsten Elemente darstellen, die an der Bildung gesprochener Wörter beteiligt sind – von einfachen Sprachlauten, sogenannten Phonemen, bis hin zur Kombination dieser zu komplexeren Zeichenfolgen, beispielsweise Silben.
Beispielsweise erfordert das Wort „Hund“ den Konsonanten „da“, der dadurch entsteht, dass die Zunge den harten Gaumen hinter den Zähnen berührt. Durch die Aufzeichnung einzelner Neuronen stellten die Forscher fest, dass bestimmte Neuronen aktiv wurden, bevor das Phonem laut gesprochen wurde. Andere Neuronen spiegeln komplexere Aspekte der Wortbildung wider, beispielsweise die spezifische Kombination von Phonemen zu Silben. Mit ihrer Technik zeigten die Forscher, dass es möglich ist, die Sprachlaute einer Person zuverlässig zu bestimmen, bevor sie sie ausspricht.
Mit anderen Worten: Wissenschaftler können Konsonanten- und Vokalkombinationen vorhersagen, bevor sie tatsächlich gesprochen werden. Die Nutzung dieser Fähigkeit könnte zur Entwicklung künstlicher Prothesen oder Gehirn-Computer-Schnittstellen führen, die synthetisierte Sprache erzeugen können, was einer Reihe von Patienten zugute kommen würde.
Arjun Khanna, Co-Autor der Studie, sagte: „Störungen in Sprach- und Sprachnetzwerken werden bei einer Vielzahl neurologischer Erkrankungen beobachtet, darunter Schlaganfall, traumatische Hirnverletzung, Tumore, neurodegenerative Erkrankungen, neurologische Entwicklungsstörungen und mehr. Wir hoffen, dass ein besseres Verständnis der grundlegenden neuronalen Schaltkreise, die Sprache und Sprache ermöglichen, den Weg für die Entwicklung von Behandlungen für diese Krankheiten ebnen wird.“
Die Forscher hoffen, ihre Arbeit erweitern zu können, indem sie komplexere Sprachprozesse untersuchen und untersuchen, wie Menschen entscheiden, was sie sagen möchten, und wie das Gehirn Wörter zu Sätzen zusammenfügt, um anderen seine Gedanken und Gefühle zu vermitteln.
Zusammengestellte Quelle: ScitechDaily