对癫痫患者进行声音实验有助于追踪大脑中的电信号回路，使得大脑的听觉中心能够从他们自己的声音中辨别出背景声音。人类的听觉附带放电始于运动皮层的底部或腹侧部分，该部分称为中央前回（红色），然后向下穿过其褶皱移动到相邻的听觉皮层子区域，称为颞上回（蓝色）。图片来源：PNAS
一项新研究表明，这种听觉相关放电信号在大脑顶部折叠表面（即皮层）的两个子区域开始和结束。皮层的大部分区域（运动皮层）已知控制身体的随意肌肉运动，包括与言语有关的运动，而另一大部分区域（听觉皮层）已知控制听觉。从进化的角度来看，动物和人类能够区分自己的叫声或声音与他人的声音，这种能力被认为能够感知威胁并提高生存能力。来回的、持续几毫秒的电信号可以让大脑淡化背景声音，例如，蟋蟀可以迅速区分自己的交配鸣叫声与其他人的鸣叫声，鸣禽可以唱出交配歌曲，蝙蝠可以利用声音的回响来适应环境。这项研究的作者说，在人类中，该系统的紊乱也被认为是幻听或“幻听”的标志，患有精神分裂症的人无法区分“真实”的声音和外界声音。听觉附带放电信号的紊乱也被认为与口吃有关。虽然之前的实验已经将这种脑电回路追踪到了哺乳动物的运动皮层，但该领域一直难以确定人类运动皮层中放电信号的来源。这部分是因为在人们清醒和说话时记录大脑活动很困难，但主要原因是分析记录所需的计算机分析很复杂。这项新研究由纽约大学朗格尼健康中心、其神经科学研究所和纽约大学坦顿工程学院的研究人员领导，神经科学家对八名患有癫痫的成年人进行了声音实验。所有人都接受了常规手术以确定癫痫发作的来源，并自愿参加单词练习。这项研究将发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上。报告描述了研究人员如何绘制来自运动皮层底部或腹侧部分（称为中央前回的亚区）的听觉相关放电信号。随后发现，平均持续时间为 120 毫秒的电信号向下移动并穿过中央前回的褶皱到达相邻的听觉皮层亚区（称为颞上回）。“我们相信，我们的研究能解决人类语言理解中一个长期存在的难题，提供了与附带放电有关的运动皮层大脑回路的直接证据，这种大脑回路让我们即使在说话时也能对周围环境保持警惕，”这项研究的首席研究员 Amirhossein Khalilian-Gourtani 博士说。Khalilian-Gourtani 是纽约大学格罗斯曼医学院神经病学系的博士后研究员。“我们的研究结果还为精神分裂症提供了具体的见解，为听觉幻觉的来源提供了一种解释，即由大脑运动皮层和听觉皮层之间的相关放电中断所致，”该研究的高级研究员、神经科学家 Adeen Flinker 博士说。纽约大学格罗斯曼医学院和纽约大学坦登工程学院神经病学系副教授弗林克说：“我们和许多其他研究人员怀疑，一些精神分裂症患者无法将自己的声音与他人甚至其他外部刺激区分开来。”作为这项新研究的一部分，研究人员在患者手术期间的计划休息期间记录了超过 3,200 次脑电活动，同时患者完成了一系列语音实验。所有患者的大脑中都插入了 200 多个探针，主要监测与癫痫发作相关的脑电活动。然后，研究小组使用计算机模型来评估和预测在旨在追踪放电的单词实验中，哪些区域在讲话过程中的伴随放电中处于活跃状态。在练习中，患者被要求听并重复一个单词，例如“气球”，在回答“男孩吹了一个……？”的问题时用同一个单词完成一个句子，并看一张气球的图片并用同一个词描述它。每次测试都要求患者调出他们所听到的单词，同时仍然对视觉和听觉环境保持警觉，集中注意力并大声说出同一个单词。研究参与者大多为 30 多岁和 40 多岁的男性和女性，自 2019 年以来在纽约大学朗格尼分校进行记录。研究人员记录了患者大脑大部分亚区内的电活动，患者听到自己对其他人大声朗读的语句做出反应。这种音频反馈测试是为了安全地研究人类大脑如何学习和处理语音而开发的。弗林克表示，研究小组计划进行进一步测试，以评估在大脑刺激诱发幻觉之前，伴随放电电路如何激活以及是否激活。他们还计划与精神病学家合作，研究非侵入性方法，以测试精神分裂症患者的信号。更多信息：Amirhossein Khalilian-Gourtani et al, A Corollary Discharge Circuit in Human Speech, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). dx.doi.org/10.1073/pnas.2404121121
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