極其詳細的大腦地圖顯示了語言編碼神經元的活動

透過「竊聽」大腦活動，科學家們創建了迄今為止分辨率最高的編碼不同詞語含義的神經元圖。結果表明，不同個體的大腦使用相同的標準類別對單字進行分類——幫助我們將聲音轉化為意義。

「這項研究僅基於英語單字。但它在理解大腦如何在語言庫中儲存單字方面邁出了一大步，」劍橋麻省理工學院的神經外科醫生齊夫·威廉斯（Ziv Williams）說道。 “通過繪製對不同詞語作出反應的重疊腦細胞組，我們可以嘗試開始構建詞語對大腦意義的詞典。”

語意地圖

大腦中有一個區域稱為聽覺皮層，負責處理進入人耳的單字聲音。但正是前額葉皮質，即大腦高階活動發生的區域，處理單字的“語義”，即單字的本質或要點。

一些先前的實驗透過分析大腦血流影像（衡量大腦活動的標準）研究了這個過程。這種方法使研究人員能夠將詞義映射到大腦的較小區域。

然而，威廉斯和他的同事發現了一個獨特的機會來觀察單一神經元如何即時編碼語言。他的團隊招募了十名即將接受癲癇手術的志願者，每個人的大腦中都植入了電極，以確定癲癇發作的來源。透過電極，研究小組可以記錄每個志願者前額葉皮質中約 300 個神經元的活動。

當志願者聽到總共約 450 個單字的短句時，科學家記錄了哪些神經元在何時活躍的詳細資訊。威廉斯發現，儘管研究小組只記錄了前額葉皮質數十億個神經元中很小一部分的活動，但每個單字大約有兩到三個獨立的神經元被活化。研究人員隨後研究了觸發相同神經活動的單字之間的相似性。

多能神經元

同一組神經元會對屬於相似類別的單字做出反應，例如動作或與人類相關的單字。研究團隊還發現，大腦可以相互關聯的詞語，例如“鴨子”和“雞蛋”，會激活一些相同的神經元。具有相似含義的單詞，例如“老鼠”和“大鼠”，比“老鼠”和“胡蘿蔔”觸發的神經活動模式更加相似。其他神經元組對涉及更抽象概念的單字做出反應，例如「上面」和「後面」。

因此，不同參與者的大腦賦予單字的類別是相似的，這表明人類大腦能夠以相同的方式合成意義組。前額葉皮質神經元並不會透過聲音來區分單詞，而只是透過其意義來區分單字。例如，當一個人在句子中聽到「兒子」這個詞時，與家庭成員相關的單字就會亮起來。但這些神經元對同一句話中的「太陽」一詞沒有反應，儘管這兩個詞的發音幾乎相同。

讀心術

在某種程度上，研究人員可以透過觀察人們的神經元放電來確定人們聽到了什麼。例如，雖然它們不能準確地重現句子，但它們可以知道一個句子按順序包含一種動物、一種動作和一種食物。研究人員不僅能夠辨識與單字及其類型相對應的神經元，還能辨識單字的發音順序。自然速度的語言對於未來腦機介面設備的開發至關重要，這種設備可以讓殘疾人恢復說話能力。