Science | 我爱你，你是谁？科学家揭示海马体的语言理解密码

文摘 2024-10-03 23:50 福建

NeuroWorld

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神经世界报道

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"我爱你"——这句简单的话里，"你"指的是谁？我们的大脑是如何瞬间理解这个"你"就是被告白的对象的呢？在日常交流中，我们经常使用"我"、"你"、"他"这样的代词，似乎不费吹灰之力就能理解它们所指的对象。但是，大脑是如何做到这一点的？是否有特定的脑区负责这种理解？

2024年9月27日，荷兰神经科学研究所等研究团队在 Science 期刊发表了一篇题为《代词重新激活人类海马体神经元中的概念表征》的研究论文。研究人员发现人类海马体中的神经元能够识别和处理代词，为理解大脑如何进行语言理解提供了新见解。

研究人员在22名癫痫患者的海马体中植入电极，记录单个神经元的活动。患者阅读两个句子：第一个句子包含两个名词，第二个句子以代词开始。研究人员分析了神经元对不同名词和代词的反应，并使用机器学习算法解码神经元群体的活动模式。

海马体神经元对特定名词的选择性反应

研究者在22名患者的海马体中记录到共529个神经元。其中307个对名词有反应，53个对特定名词有选择性反应。这53个选择性神经元中，19个被定义为"概念神经元"，因为它们在筛选任务中对图片和阅读任务中的词语都表现出对同一概念的偏好。神经元对偏好名词的反应强度（5.4 ± 0.5 Hz）显著高于非偏好名词（2.9 ± 0.5 Hz，p = 3.0 × 10^-4）。神经元对名词的反应潜伏期平均为210 ± 38 ms，这表明海马体能够快速识别和处理特定概念。

代词反应具有概念特异性

当代词指代偏好名词时，神经元的平均反应强度（5.0 ± 0.9 Hz）显著高于指代非偏好名词时（2.3 ± 0.5 Hz，p = 0.016）。这种选择性反应在25%的名词选择性神经元和42%的概念神经元中达到显著水平（p < 0.05）。代词反应的平均潜伏期为600 ± 110 ms，明显长于对名词的反应潜伏期（p = 0.010）。这可能反映了将代词与先前提到的概念联系起来所需的额外处理时间。

神经元群体活动解码代词指代对象

研究者使用支持向量机（SVM）分类器分析神经元群体活动。分类器在训练时能以约90%的准确率区分偏好名词和非偏好名词的反应模式。更重要的是，这个训练好的分类器能够成功解码代词所指代的对象，表明代词激活了与其指代名词相似的神经表征。进一步分析显示，概念神经元对这种泛化贡献最大。将概念神经元添加到仅包含非概念选择性神经元的解码器中，显著提高了解码准确性（p = 0.015）。

神经活动与语言理解的关系

在正确理解代词指代对象的试验中，神经元的反应强度显著高于错误理解的试验（p = 0.008，N = 35）。这表明海马体神经元的活动与语言理解的准确性直接相关。在存在歧义的情况下（如"Shrek和Barack Obama进了酒吧。他坐下来。"），当参与者认为代词指代偏好名词时，神经解码器对该名词的输出更强（p = 0.045）。这一发现暗示了海马体神经活动可能反映了语言处理中的"突出性"理论，即某些概念在语境中更为突出，更可能被选为代词的指代对象。

海马体在语言处理中的动态作用

研究发现，海马体神经元对名词的反应持续时间较短（300-400 ms），且会被后续词语打断。这表明海马体可能主要表征当前处于注意焦点的概念，而不是维持持续的工作记忆表征。然而，即使在短暂的激活后，相关的代词仍能重新激活这些神经元。这种动态激活模式揭示了海马体在语言理解过程中的灵活性，能够根据语境快速切换和更新概念表征。

总结

这项研究揭示了人类海马体在语言理解过程中的重要作用。海马体神经元不仅能识别特定名词，还能将代词与其指代对象联系起来，形成连贯的语义表征。这一发现为理解大脑如何处理复杂的语言信息提供了新的见解，同时也为研究语言障碍和改进人工智能系统的语言处理能力提供了重要启示。

论文链接：

www.science.org/doi/10.1126/science.adr2813

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzk0NDIwMjUwMw==&mid=2247487173&idx=1&sn=c521d6c7575c13962074534c068236c4

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