新しい研究は、高度なNeuropixelsプローブを使用して、人間の脳が音声を計画し生成する複雑なプロセスを解明しています。チームは、言語生成プロセスに関与する前頭前野の特定のニューロンを特定し、話すと聞くための別々のニューロン経路を明らかにしました。
その結果は、脳が音素をどのように表現し、それを音節に組み立てるかを示しており、これにより音声および言語障害の治療を革新する可能性があります。
この研究は、音声の神経的基盤の理解を深めるだけでなく、合成音声の製造に向けた技術の開発の道を開き、コミュニケーションに影響を与える神経障害を持つ個人に希望を提供しています。
主な事実:
- Neuropixelsプローブは、音声の計画と生成に関与する個々のニューロンの活動を記録するために使用され、脳の複雑な言語生成プロセスを明らかにした。
- 研究は、話すと聞くために専念する別々のニューロン群を特定し、脳が音声が発せられる前に音声を構築する方法を示した。
- この研究は、音声と言語に影響を与える広範な神経障害のための合成音声義肢や治療法の開発につながる可能性がある。
出典: Mass General
マサチューセッツ総合病院（MGH）の研究者による新しい研究は、高度な脳記録技術を使用して、人間の脳のニューロンが協力して言葉を考え、それを音声で発するプロセスを実証しています。
これらの発見は、子音や母音などの音声が、発話される前に脳でどのように表現され、言語生成中にどのように組み立てられるかを詳細に示しています。
この研究は、Natureに掲載されており、自然な言葉の生成に関与する脳のニューロンに関する洞察を明らかにし、これが言語障害の理解と治療の向上につながる可能性があります。
マサチューセッツ総合病院（MGH）およびハーバード医学部の神経外科の准教授であるシーズニアオーサーのZiv Williams博士は、「話すことは通常簡単に見えますが、私たちの脳は自然な話し言葉を生成する際に多くの複雑な認知ステップを実行します。それには言いたい言葉を考えること、口の動きを計画すること、意図した発声を行うことが含まれます。」と述べています。
Williamsと彼の同僚は、Neuropixelsプローブと呼ばれる先端技術を使用して、人間の前頭前野と呼ばれる脳の前頭領域に単一のニューロンの活動を記録しました。そこで、彼らは言語生成に関与する細胞を特定し、話す能力の基盤となる可能性があることを発見しました。また、脳には話すことと聞くことに専念する別々のグループのニューロンが存在することも分かりました。
Williams博士は、「Neuropixelsプローブの使用は、MGHで初めて導入されました。これらのプローブは驚くべきもので、人間の髪の毛よりも細かいですが、同時に数十から数百の個々のニューロンの活動を同時に記録できる数百のチャネルを持っています。」と述べています。これらの記録技術の開発には、同研究を共同で指導した神経学の教授であるSydney Cash博士も協力しています。
「したがって、これらのプローブの使用は、人間のニューロンがどのように協力して言語などの複雑な行動を生成するかについて前例のない新しい洞察を提供できます。」
この研究では、脳のニューロンが発話される前に、話される言葉の構築に関与するいくつかの基本的な要素をどのように表現するかが示されました。これは、音素と呼ばれる単純な音声音から音節などのより複雑な文字列への組み立てまでを含みます。
例えば、舌を歯の裏に当てて発音される「da」という子音は、犬（dog）という単語を生成するために必要です。
研究者たちは個々のニューロンの記録を通じて、この音素が大声で話される前に特定のニューロンが活動することを発見しました。他のニューロンは、音素を音節に組み立てるという単語の構造のより複雑な側面を反映していました。
彼らの技術を用いて、研究者たちは個人が発音するであろう音声音を確実に特定できることを示しました。
言い換えれば、科学者は実際に言葉が話される前に、どの子音と母音の組み合わせが生成されるかを予測できます。この能力は、合成音声を生成できる人工義肢や脳-機械インターフェースの構築に活用でき、様々な患者に利益をもたらす可能性があります。
この研究の共著者であるArjun Khannaは、「発話および言語のネットワークの乱れは、脳卒中、外傷性脳損傷、腫瘍、神経変性疾患、神経発達疾患など、さまざまな神経学的障害で観察されています。」と述べています。
「私たちの希望は、言語と音声を可能にする基本的な神経回路の理解が、これらの障害の治療法の開発の道を開くことです。」
研究者たちは、今後もより複雑な言語処理を研究し、人々が発言する意図のある言葉を選択する方法や、脳が言葉を文に組み立て、それを他者に思想や感情を伝える手段としているかに関連する問いに取り組むことを望んでいます。追加の著者には、William Muñoz、Young Joon Kim、Yoav Kfir、Angelique C. Paulk、Mohsen Jamali、Jing Cai、Martina L Mustroph、Irene Caprara、Richard Hardstone、Mackenna Mejdell、Domokos Meszena、Abigail Zuckerman、およびJeffrey Schweitzerが含まれています。
資金提供: この研究は国立衛生研究所（National Institutes of Health）の支援を受けています。
この神経科学と音声研究ニュースについて
著者: Brandon Chase
出典: マサチューセッツ総合病院（Mass General）
連絡先: ブランドン・チェイス – マサチューセッツ総合病院
画像: 画像のクレジットは神経科学ニュースに帰属しています
オリジナルリサーチ: Closed access.
「Single-neuronal elements of speech production in humans」（著者: Ziv Williams 他） - Nature
リンク先はアメリカのNeuroscience Newsというサイトの記事になります。（原文：英語）