聲音傳到耳朵后，耳蝸將其轉換成電信號，然后發送到位于顳葉的聽覺皮層。緊接著，人類的大腦又是如何處理語言聲音？近日，細胞出版社（Cell Press）旗下期刊Cell（《細胞》）上的的一項最新研究推翻了此前幾十年的假設理論。

該研究由華人學者、加州大學舊金山分校神經科學家和神經外科醫生Edward Chang領銜，其團隊發現了人類大腦中處理語言聲音的新途徑。他們的研究結果表明，聽覺和語言處理是并行的。這與長期以來認為大腦先處理聽覺信息，然后將其轉化為語言信息的理論相矛盾。

論文提到，此前，許多功能性神經成像研究(如功能性磁共振成像fMRI和腦磁圖MEG)表明，初級聽覺皮層到非初級、更高階區域對更聲音類型具有漸進式的選擇性。例如，高階聽覺區域對復雜的自然刺激(如語言和音樂)的反應比簡單的人工刺激(如純音調)的反應更強烈。

也就是說，幾十年來，科學家們一直認為，聽覺皮層的語言處理遵循一個類似工廠裝配線的路徑。首先，初級聽覺皮層處理簡單的聲音信息，比如聲音頻率。然后，顳上回提取更重要的特征，如輔音和元音，將聲音轉換成有意義的單詞。

但一直以來，這一理論缺乏直接證據的支持。Edward Chang等人指出，此前的結果通常是在解剖層次模型的框架下解釋的，在這個模型中，簡單的聲學特征被轉化為更復雜的、特定于語言的聽覺皮層表征。然而，非侵入性成像有限的空間或時間分辨率排除了局部異質神經反應類型的映射，使語音表征的基本問題得不到解答。

然而，整個聽覺皮層極高時空分辨率的詳細神經生理學記錄是是一個挑戰，原因是初級聽覺皮層位于大腦額葉和顳葉的裂口深處。Edward Chang說，“所以，我們進行了這項研究，希望找到聲音等低級表征轉化為詞匯等高級表征的證據。”

論文顯示，Edward Chang團隊在7年時間里共對9名參與者進行了研究，這些人因為腫瘤或癲癇等疾病，必須接受腦部手術。在手術過程中，小電極陣列被放置在他們的整個聽覺皮層中，用來收集涉及語言和癲癇的神經信號。參與者還自愿錄音，以便分析了解聽覺皮層是如何處理語音的。

Edward Chang說，“這項研究是我們第一次直接、同時覆蓋大腦所有相關區域，研究聲音到單詞的轉換。”而之前的類似研究只能收集有限點位的信號。

當為參與者播放短語和句子時，如果按照傳統模型提出的假設，研究人員將看到從初級聽覺皮層到顳上回的信息流。如果成立，這兩個區域應該一個接一個地被激活。

但出于意料的是，Edward Chang等人發現，當播放句子時，顳上回一些區域的反應速度與初級聽覺皮層一樣快，這表明兩個區域同時開始處理聲音信息。

另外，研究團隊還用小電流刺激參與者的初級聽覺皮層。如果按照傳統模型，即語言處理遵循一系列路徑，那么刺激可能會扭曲患者對語言的感知。但這項研究顯示，即便參與者經歷了由刺激引起的噪音幻覺，他們仍然能夠清楚地聽到并重復語句。

然而，當顳上回受到刺激時，參與者能聽到人們說話聲音，“但聽不出內容”。“事實上，有一位參與者說，聽起來就像單詞中的音節被調換了。”Edward Chang說。

該研究表明，傳統語音處理模型過于簡化，甚至很可能是錯誤的。研究團隊推測，顳上回可能獨立于初級聽覺皮層而發揮作用，而不是作為初級聽覺皮層處理的下一步。

研究認為，語言處理的并行性可能會給醫生提供治療誦讀困難癥等病癥的新思路，患有這些疾病的兒童在識別語音方面存在困難。

Edward Chang 同時強調，“雖然這是向前邁出的重要一步，但我們還不了解這個平行聽覺系統。這些發現表明，聲音信息的傳遞可能與我們想象的非常不同，這無疑帶來了更多問題。”

論文鏈接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)00878-3#%20