Ученые выяснили, какие сигналы активности нейронов позволяют распознать внутренний монолог человека. Эти данные помогут создать устройства коммуникации для людей с расстройствами речи.
Многие заболевания могут лишить человека возможности говорить. Однако больные часто сохраняют способность к внутренней речи, они могут проговаривать про себя слова и предложения. Нейробиологам из Женевского университета удалось выявить сигналы мозга, связанные с внутренней речью. В дальнейшем эти результаты можно будет использовать для создания интерфейсов, которые помогут общаться людям с речевыми расстройствами. Статья опубликована в журнале Nature Communications.
Расшифровка устной речи по активности нейронов не представляет собой очень сложную задачу. Звуки, которые произносит человек, легко связать с сигналами его мозга, наблюдаемыми в конкретный момент времени, и на полученных данных обучить алгоритм искусственного интеллекта. Совсем не так просто дело обстоит с внутренней речью. Ведь ученые не располагают точной информацией о последовательности слов и скорости их внутреннего воспроизведения. При воображаемой речи активные области мозга малочисленны, а сигналы нейронов гораздо слабее, чем при устной речи.
Для того чтобы распознать их, исследователи прибегли к методу электрокортикографии, при котором электроды, фиксирующие электрическую активность нейронов, накладываются прямо на кору головного мозга. Это позволяет получить менее шумные сигналы, чем при использовании электроэнцефалографии (ЭЭГ), когда электроды размещены на коже головы. Имплантировать электроды в мозг человека можно только по медицинским показаниям. Поэтому в исследовании приняли участие 13 пациентов с эпилепсией, в мозг которых уже были введены электроды для локализации эпилептогенных зон.
В ходе эксперимента каждый участник произносил слова вслух, а затем повторял их, используя только внутренний голос. В это время ученые наблюдали за электрической активностью нейронов, оценивали частоту ритмов и определяли активные зоны. Высокие частоты ритмов мозга (80–150 Гц) давали больше информации при декодировании устной речи, однако оказались бесполезны при расшифровке внутреннего диалога. Для этого лучше подошли, напротив, низкие частоты. Кроме того воображаемая речь была связана с бета-ритмом (12–18 Гц).
По сигналам мозга во время устной речи можно было хорошо распознать артикуляцию, ученые наблюдали повышенную активность в отделах мозга, отвечающих за механическое воспроизведение звуков. При этом внутренняя речь лучше кодировала восприятие и фонетические характеристики слов. Оба типа речи задействовали обширную область мозга в левом полушарии, связанную с языком, обработкой слуховой информации и памятью, особенно ее височную часть, где находится зона Вернике, отвечающая за восприятие слов и языковых символов. Полученные данные позволят создать алгоритмы для расшифровки внутренней речи человека по активности нейронов, а в дальнейшем и мозг-компьютерные интерфейсы, которые помогут коммуницировать людям с речевыми расстройствами.
Автор: Александра Медведева