Gehirnaktivität kann Wissenschaftler Wörter zeigen, die wir "denken"

Eine Studie von Forschern an der Universität von Kalifornien, Berkley durchgeführt und veröffentlicht in PLoS Biologie enthüllt Neurowissenschaftler neue bahnbrechende Forschung darüber, wie sie in der Lage sein werden, die Gedanken von Patienten zu verstehen, ohne sie tatsächlich zu hören. Dies wird sehr hilfreich sein bei der Behandlung von Patienten, die nach Schlaganfällen, Lähmungen oder sogar während eines Komas nicht sprechen können.
Brian N. Pasley, Postdoktorand und Erstautor der Studie sagt:

"Diese Forschung basiert auf Geräuschen, die eine Person tatsächlich hört, aber um sie für die Rekonstruktion von vorgestellten Gesprächen zu verwenden, müssten diese Prinzipien auf die internen Verbalisierungen von jemandem angewendet werden.
Es gibt Hinweise darauf, dass das Hören des Schalls und das Abbilden des Schalls ähnliche Bereiche des Gehirns aktivieren. Wenn Sie die Beziehung zwischen den Gehirlaufnahmen und dem Schall gut genug verstehen, können Sie entweder den tatsächlichen Schall synthetisieren oder einfach nur aufschreiben die Wörter mit einer Art von Schnittstellengerät. "

Die an der Studie beteiligten Wissenschaftler haben herausgefunden, wie elektrische Aktivität im Schläfenlappen des Patienten zu decodieren ist. Dort sitzt das auditorische System im Gehirn, während der Patient Gespräche um sich herum hört. Diese Parallele zwischen dem, was sie hören, und der Gehirnaktivität ermöglicht es den Forschern zu verstehen, welche Wörter die Patienten gehört haben - einfach aus der Temporallappenaktivität.
Co-Autor der Studie, Robert Knight, ein UC Berkeley Professor für Psychologie und Neurowissenschaften Kommentare:

"Das ist enorm für Patienten, die aufgrund eines Schlaganfalls oder der Lou-Gehrig-Krankheit ihre Sprachmechanismen beschädigt haben und nicht sprechen können. Wenn Sie schließlich rekonstruierte Gedanken aus Gehirnaktivitäten rekonstruieren könnten, könnten Tausende von Menschen profitieren. Die Forschung ist auch erzählt uns viel darüber, wie das Gehirn bei normalen Menschen Sprachlaute repräsentiert und verarbeitet. "

Für einen Teil der Studie untersuchten die Forscher 15 Freiwillige, die sich einer Gehirnoperation unterziehen mussten, um den Ort von hartnäckigen Anfällen zu finden, um das Gebiet während einer zweiten Operation entfernen zu können. Normalerweise schneiden Neurochirurgen ein Loch in den Schädel und legen effektiv Elektroden auf die Hirnoberfläche oder den Kortex. Für diese Studie platzierten sie 256 Elektroden über dem Temporallappen, um Daten für 7 Tage zu sammeln und die Anfälle zu analysieren.

Elektroden verteilen sich über den Temporallappen des Gehirns, wo Klänge verarbeitet werden, ein Röntgen-CT-Scan (UC Berkeley)
Während der Untersuchung kehrte Pasley ins Krankenhaus zurück, um sich die Gehirnaktivität anzusehen, die die Elektroden fanden, wenn die Patienten 5-10 Minuten Konversation hörten. Er benutzte diese Informationen, um die Sounds zu ändern und sie wiederzugeben. Dies ist möglich, weil das Gehirn Geräusche in seine akustischen Komponenten zerlegt.
Er sagte:

"Wir untersuchen, welche kortikalen Stellen die Aktivität bei bestimmten akustischen Frequenzen erhöhen, und wir ordnen uns damit dem Klang zu."

Pasely untersuchte zwei computergestützte Modelle, um herauszufinden, wie sich die gesprochenen Laute auf die Muster der Gehirnaktivität in den Elektroden beziehen. Er ließ dann die Patienten ein Wort hören und verwendete die Berechnungsmodelle, um das aus den Elektrodenaufnahmen abgeleitete Wort zu bestimmen.

Pasley sagte, dass diese Art der Forschung ähnlich sei, wie ein Pianist die Tasten des Klaviers so gut kennt, dass er auf die Tasten eines anderen Pianisten schauen kann, und ohne die Musik zu hören, kann er sich immer noch in seinem Kopf vorstellen oder "hören".
Er stellte fest, dass die Methode, die am besten funktionierte, tatsächlich einen Ton reproduzieren konnte, der dem Original so ähnlich war, dass das Team das Wort korrekt identifizieren konnte.
Er legt fest:

"Wir denken, dass wir mit einer Stunde des Hörens und Aufnehmens genauer sind und dann das Wort viele Male wiederholen."

Er entschied sich jedoch, die Modelle nur mit einem Wort zu testen, da jede Maschine, die zum ersten Mal verwendet wurde, 100% genau sein musste.
Ritter hinzugefügt:

"Diese Forschung ist ein wichtiger Schritt, um zu verstehen, welche Merkmale der Sprache im menschlichen Gehirn dargestellt werden. Brians (Pasely) Analyse kann den Klang wiedergeben, den der Patient gehört hat, und Sie können das Wort tatsächlich erkennen, wenn auch nicht auf einem perfekten Niveau."

Ritter schließt:

"Mit Neuroprothetik haben Menschen gezeigt, dass es möglich ist, Bewegung mit Gehirnaktivität zu kontrollieren. Aber diese Arbeit, obwohl nicht einfach, ist relativ einfach im Vergleich zur Rekonstruktion von Sprache. Dieses Experiment bringt diese frühere Arbeit auf eine ganz neue Ebene."
"Irgendwann muss das Gehirn all diese auditiven Informationen extrahieren und sie einfach auf ein Wort abbilden, da wir Sprache und Wörter unabhängig davon verstehen können, wie sie klingen. Die große Frage ist: Was ist die sinnvollste Einheit der Sprache? Eine Silbe, ein Telefon, ein Phonem? Wir können diese Hypothesen mit den Daten aus diesen Aufnahmen testen. "

Er glaubt, dass diese bahnbrechende Studie zu vielen herausragenden medizinischen Entdeckungen führen kann, zum Beispiel zu eingebildeten internen Verbalisierungen, weil wissenschaftliche Forschung zeigt, dass wenn Menschen gefragt werden, ein Wort zu sprechen, bestimmte Teile ihres Gehirns tatsächlich das Wort "sprechen".
PLoS Biology Podcast Episode 2: Decodierung von Sprache aus dem menschlichen Gehirn

Geschrieben von Christine Kearney