Beyin konuşmayı nasıl üretir?Araştırmacılar, insan beynindeki nöronların konuşmanın çeşitli unsurlarını nasıl kodladığını belirledi.Bulgular konuşma ve dil bozukluklarına yönelik tedavilerin geliştirilmesine yardımcı olmak için kullanılabilir.
Konuşma ve dil, çok çeşitli sesleri belirli bir sırayla üretme yeteneğimize bağlıdır. İnsan beynindeki nöronların konuşmayı planlamak ve üretmek için nasıl birlikte çalıştığı tam olarak anlaşılamamıştır.
Bu soruyu çözmeye başlamak için, NIH tarafından finanse edilen ve Dr. Massachusetts Genel Hastanesi'nden Ziv Williams ve Sydney Cash, ana dili İngilizce olan beş kişide doğal konuşma sırasında nöron aktivitesini kaydetti. Deneyler, katılımcılara derin beyin stimülasyonu için elektrotlar implante edilirken yapıldı. Araştırmacılar, kelime planlama ve cümle kurmayla ilgili olduğu bilinen prefrontal beyin bölgesindeki nöronları kaydetti. Aynı anda birçok nörondan gelen sinyalleri kaydedebilen yüksek yoğunluklu küçük elektrot dizileri kullandılar.
Bilim insanları, nöronların neredeyse yarısının aktivitesinin, söylenecek kelimedeki belirli seslere veya fonemlere bağlı olduğunu buldu. Örneğin bazı nöronlar, dudaklardaki hava akışının durdurulmasını içeren "p" veya "b" seslerini söylemeden önce daha aktif hale geldi. Bazıları bunu, dilin yumuşak damağa karşı oluşturduğu "k" veya "g" seslerini konuşmadan önce yaptı. Dahası, bazı nöronlar, gelecek kelimedeki belirli sesbirim kombinasyonunu yansıtıyor gibi görünüyordu. Ekip, bu nöronların aktivitelerine dayanarak söylenecek kelimeyi oluşturan fonemleri tahmin edebildiklerini buldu.
Nöronların yaklaşık dörtte birinde aktivite ayrıca belirli heceleri veya bir kelimenin tamamı veya bir kısmı olabilen sıralı fonem dizilerini yansıtıyordu. Ekip, bu nöronlardan gelen aktiviteyi kullanarak gelecek kelimenin hecelerini tahmin edebildi. Bu nöronlar hecedeki ses birimlerine tek başına tepki vermiyordu. Ses birimlerine sırasız ya da farklı hecelere bölünmüş yanıtlar da vermediler.
Az sayıda nöron, öneklerin veya soneklerin varlığına yanıt verdi. Bunlar belirli anlamlar taşıyan morfemlerin veya ses gruplarının örnekleridir. Gelecek kelimedeki morfemlerin varlığı bu nöronların aktivitelerinden tahmin edilebiliyor.
Ekip ayrıca farklı nöron gruplarının belirli bir sırayla etkinleştirildiğini de buldu. Morfem nöronları ilk olarak ifadeden yaklaşık 400 milisaniye (ms) önce aktive oldu. Fonem nöronları daha sonra, ifadeden yaklaşık 200 ms önce aktive oluyor. Hece nöronları en son, ifadeden yaklaşık 70 ms önce aktive oluyor. Çoğu nöron, konuşma öncesinde ve sırasında aynı özelliğe (ses birimi, hece veya biçim birimi) yanıt verdi. Ancak ifade sırasındaki aktivite kalıpları öncekilerden farklıydı. Son olarak ekip, konuşma sırasında konuşma seslerine tepki veren nöronların, dinleme sırasında aynı konuşma seslerine tepki veren nöronlardan farklı olduğunu buldu.
Nature dergisinin aynı sayısındaki bir makalede , başka bir araştırma ekibi aynı tekniği kullanarak beynin başka bir bölgesindeki nöronların konuşmayı dinlerken nasıl tepki verdiğini inceledi. Benzer şekilde, tek nöronların farklı konuşma sesi ipuçlarını kodladığını buldular.
Bulgular, konuşmanın çeşitli öğelerinin beyinde nasıl kodlandığını ve beynin bu öğeleri konuşulan sözcükleri oluşturmak için nasıl birleştirdiğini ortaya koyuyor. Bu bilgi, konuşmayı sentezleyebilen beyin-makine arayüzlerinin geliştirilmesine yardımcı olabilir. Bu tür cihazlar, konuşmayı bozan rahatsızlıkları olan çeşitli hastalara yardımcı olabilir.
Ortak yazar Dr. Arjun Khanna, "Konuşma ve dil ağlarındaki bozulmalar, felç, travmatik beyin hasarı, tümörler, nörodejeneratif bozukluklar, nörogelişimsel bozukluklar ve daha fazlası dahil olmak üzere çok çeşitli nörolojik bozukluklarda gözlemlenmektedir" diyor. "Umudumuz, konuşmayı ve dili mümkün kılan temel sinir devrelerinin daha iyi anlaşılmasının, bu bozuklukların tedavilerinin geliştirilmesine yol açacağıdır."
—Brian Doctrow, Ph.D.
Konuşma ve dil, çok çeşitli sesleri belirli bir sırayla üretme yeteneğimize bağlıdır. İnsan beynindeki nöronların konuşmayı planlamak ve üretmek için nasıl birlikte çalıştığı tam olarak anlaşılamamıştır.
Bu soruyu çözmeye başlamak için, NIH tarafından finanse edilen ve Dr. Massachusetts Genel Hastanesi'nden Ziv Williams ve Sydney Cash, ana dili İngilizce olan beş kişide doğal konuşma sırasında nöron aktivitesini kaydetti. Deneyler, katılımcılara derin beyin stimülasyonu için elektrotlar implante edilirken yapıldı. Araştırmacılar, kelime planlama ve cümle kurmayla ilgili olduğu bilinen prefrontal beyin bölgesindeki nöronları kaydetti. Aynı anda birçok nörondan gelen sinyalleri kaydedebilen yüksek yoğunluklu küçük elektrot dizileri kullandılar.
Bilim insanları, nöronların neredeyse yarısının aktivitesinin, söylenecek kelimedeki belirli seslere veya fonemlere bağlı olduğunu buldu. Örneğin bazı nöronlar, dudaklardaki hava akışının durdurulmasını içeren "p" veya "b" seslerini söylemeden önce daha aktif hale geldi. Bazıları bunu, dilin yumuşak damağa karşı oluşturduğu "k" veya "g" seslerini konuşmadan önce yaptı. Dahası, bazı nöronlar, gelecek kelimedeki belirli sesbirim kombinasyonunu yansıtıyor gibi görünüyordu. Ekip, bu nöronların aktivitelerine dayanarak söylenecek kelimeyi oluşturan fonemleri tahmin edebildiklerini buldu.
Nöronların yaklaşık dörtte birinde aktivite ayrıca belirli heceleri veya bir kelimenin tamamı veya bir kısmı olabilen sıralı fonem dizilerini yansıtıyordu. Ekip, bu nöronlardan gelen aktiviteyi kullanarak gelecek kelimenin hecelerini tahmin edebildi. Bu nöronlar hecedeki ses birimlerine tek başına tepki vermiyordu. Ses birimlerine sırasız ya da farklı hecelere bölünmüş yanıtlar da vermediler.
Az sayıda nöron, öneklerin veya soneklerin varlığına yanıt verdi. Bunlar belirli anlamlar taşıyan morfemlerin veya ses gruplarının örnekleridir. Gelecek kelimedeki morfemlerin varlığı bu nöronların aktivitelerinden tahmin edilebiliyor.
Ekip ayrıca farklı nöron gruplarının belirli bir sırayla etkinleştirildiğini de buldu. Morfem nöronları ilk olarak ifadeden yaklaşık 400 milisaniye (ms) önce aktive oldu. Fonem nöronları daha sonra, ifadeden yaklaşık 200 ms önce aktive oluyor. Hece nöronları en son, ifadeden yaklaşık 70 ms önce aktive oluyor. Çoğu nöron, konuşma öncesinde ve sırasında aynı özelliğe (ses birimi, hece veya biçim birimi) yanıt verdi. Ancak ifade sırasındaki aktivite kalıpları öncekilerden farklıydı. Son olarak ekip, konuşma sırasında konuşma seslerine tepki veren nöronların, dinleme sırasında aynı konuşma seslerine tepki veren nöronlardan farklı olduğunu buldu.
Nature dergisinin aynı sayısındaki bir makalede , başka bir araştırma ekibi aynı tekniği kullanarak beynin başka bir bölgesindeki nöronların konuşmayı dinlerken nasıl tepki verdiğini inceledi. Benzer şekilde, tek nöronların farklı konuşma sesi ipuçlarını kodladığını buldular.
Bulgular, konuşmanın çeşitli öğelerinin beyinde nasıl kodlandığını ve beynin bu öğeleri konuşulan sözcükleri oluşturmak için nasıl birleştirdiğini ortaya koyuyor. Bu bilgi, konuşmayı sentezleyebilen beyin-makine arayüzlerinin geliştirilmesine yardımcı olabilir. Bu tür cihazlar, konuşmayı bozan rahatsızlıkları olan çeşitli hastalara yardımcı olabilir.
Ortak yazar Dr. Arjun Khanna, "Konuşma ve dil ağlarındaki bozulmalar, felç, travmatik beyin hasarı, tümörler, nörodejeneratif bozukluklar, nörogelişimsel bozukluklar ve daha fazlası dahil olmak üzere çok çeşitli nörolojik bozukluklarda gözlemlenmektedir" diyor. "Umudumuz, konuşmayı ve dili mümkün kılan temel sinir devrelerinin daha iyi anlaşılmasının, bu bozuklukların tedavilerinin geliştirilmesine yol açacağıdır."
—Brian Doctrow, Ph.D.