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得益於一個難得的機會，將電極植入清醒成年人的大腦中，研究人員以前所未有的精確程度描述了語言處理中不同步驟的順序和時間。
大腦的語言中心，以 1865 年發現它的法國醫生皮埃爾·保羅·布羅卡的名字命名為布羅卡區，自被發現以來一直是一個相對的黑匣子。
與基於大腦的其他功能（如運動或視覺）不同，沒有動物模型可用於語言研究——形式語言是人類獨有的技能。因此，觀察大腦如何快速識別和產生詞語對於當代科學家來說一直具有挑戰性，他們不得不主要依賴於相對不精確的技術，例如功能性磁共振成像 (fMRI) 或損傷研究。
然而，研究人員從等待癲癇手術治療的患者那裡獲得了一個突破。作為手術準備的一部分，三名成年人在布羅卡區和前顳葉皮質植入了電極，以便醫生能夠確定大腦中最適合切除的區域。在被稱為顱內電生理學的過程中，研究人員要求患者在螢幕上看到單詞時默默地發聲，並用正確的時態或缺失名詞的正確形式填空。與此同時，研究人員以最接近毫秒和毫米的精度記錄了受試者大腦帶電區域的區域性電場電位。
在研究讀數後，研究人員發現，在這些正常閱讀的成年人中，單詞識別、語法和發音都激活了布羅卡區的各個部分，並且以非常清晰的順序進行。像發條一樣，識別一個單詞大約需要 200 毫秒，語法構成需要 320 毫秒，語音編碼需要 450 毫秒。
這項研究由加州大學聖地亞哥分校放射學系和哈佛大學心理學系的博士後研究員 內德·薩欣 領導，其結果於週四在 科學 雜誌上線上發表。
“薩欣等人透過記錄人腦中的神經元活動，證明了不同型別的語言資訊確實在布羅卡區內按順序處理，” 荷蘭馬克斯·普朗克心理語言學研究所的彼得·哈古特和威廉·萊維爾特在同一期科學雜誌上發表的評論中寫道，該評論與該論文一起發表。
之前的研究表明，大腦形成有聲語言大約需要 600 毫秒。因此，每個過程發生的速度對薩欣和他的同事來說並不是那麼令人驚訝，真正令人驚訝的是，這三個不同的任務是單獨完成的，以嚴格的時間順序進行，並且在大腦中彼此相距幾毫米之內。
另一個令人好奇的發現是，與其他研究表明名詞和動詞的理解和表達方式不同不同，而電極工作表明，這兩種詞性的處理方式大致相同。
“令人震驚的是，我們所觀察到的只是相似之處——在時間、幅度和波形方面，”薩欣在談到名詞和動詞處理過程中記錄的電訊號時說。他指出，他們的資料並非旨在推翻先前的研究結果，但“似乎我們已經發現了這兩個類別之間共享的東西。我們發現了一個處理單詞形態和結構的過程——以及它們的身份和如何發音——它跨越了兩個非常不同的單詞類別。”
電讀數還有助於消除大腦的另一部分——韋尼克區主要負責閱讀和聽取語言的理論。他們的資料表明，事實上，布羅卡區也在閱讀和識別階段被啟用。哈古特和萊維爾特寫道，這些發現“表明布羅卡區的作用……應該以更一般的術語來描述”。
儘管這種手術的機會很少，但薩欣和他的團隊計劃將來再次使用它，以更廣泛地瞭解整個大腦對語言的參與：“從一個人第一次看到單詞的那一刻起——大腦的視覺部分——到運動部分”都參與了語音，他說。
薩欣說，儘管有了新的發現，關於布羅卡區和一般的語言處理仍有很多有待發現。“大腦的這個區域已經被深入研究了 150 多年，但我們仍然不知道它的作用，”薩欣指出，並補充說：“我們沒有掌握全部情況，[但]它有助於我們理解大腦是如何處理語言的。”