natur neurOSCIenCe a rt I C l e S För att förstå uppkopplat tal måste lyssnarna konstruera en hierarki av språkliga strukturer av olika storlekar, inklusive stavelser, ord, fraser och meningar [1] [2] [3]. Det är fortfarande förbryllande hur hjärnan samtidigt hanterar de olika tidsskalorna för de olika språkliga strukturerna, till exempel från några hundra millisekunder för stavelser till några sekunder för meningar [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14]. Tidigare studier har visat att kortikalaktiviteten synkroniseras till akustiska tal, ungefär vid stavelsehastigheten, vilket ger en inledande tidsskala för talbehandling [15] [16] [17] [18] [19]. Men hur hjärnan använder sådana stavelse-nivå fonologiska representationer nära i linje med den fysiska inmatningen för att bygga flera nivåer av abstrakt språklig struktur, och representera dessa samtidigt, är inte känt. Vi antog att kortikal dynamik uppstår vid alla tidsskalor som krävs för bearbetning av olika språkliga nivåer, inklusive de tidsskalor som motsvarar större språkliga strukturer såsom fraser och meningar, och att den neurala representationen av varje språklig nivå motsvarar tidsskalor som motsvarar tidsskalorna för respektive språknivå. Även om den språkliga uppbyggnaden helt klart kan dra nytta av prosodiska 20,21 eller statistiska riktlinjer 22, kan den också uppnås enbart på grundval av lyssnarnas grammatiska kunskaper. För att experimentellt isolera den neurala representationen av den internt konstruerade hierarkiska språkliga strukturen utvecklade vi nya talmaterial där den språkliga konstituerande strukturen separerades från prosodiska eller statistiska signaler. Genom att manipulera nivåerna av språklig abstraktion, fann vi separerbar neural kodning av varje språklig nivå. RESULTAT I den första uppsättningen experiment försökte vi bestämma den neurala representationen av hierarkisk språkstruktur i avsaknad av prosodiska signaler. Vi konstruerade hierarkiska språkliga strukturer med hjälp av en isokron 4-Hz sekvens av stavelser som var självständigt syntetiserade (Fig. 1a,b, Kompletterande bild. 1 och kompletterande tabell 1). Som ett resultat av det akustiska oberoendet mellan stavelser (dvs. ingen co-artikulation), kunde den språkliga strukturen endast extraheras med hjälp av lexikal, syntaktisk och semantisk kunskap, och inte prosodiska signaler. Materialen utvecklades först i mandarinkinesiska, där stavelser är relativt enhetliga i varaktighet och också är den grundläggande morfologiska enheten (alltid morfemer och, i de flesta fall, monosyllabiska ord). Kortikal aktivitet spelades in från infödda lyssnare av mandarinkineser med hjälp av magnetoencefalografi (MEG). Med tanke på att olika språkliga nivåer, det vill säga monosyllabiska morfemer, fraser och meningar, presenterades med unika och konstanta hastigheter, var den hypoteserade neurala spårningen av hierarkisk språklig struktur märkt på skilda frekvenser. MEG-svaret analyserades i frekvensdomänen och vi extraherade responskraften i varje frekvensbehållare med hjälp av ett optimalt rumsligt filter (Online Methods). I överensstämmelse med vår hypotes visade responsspektrumet tre toppar vid stavelsehastigheten (P = 1,4 × 10 −5, parad ensidig t-test, falsk upptäcktsfrekvens (FDR) korrigerad), frasalhastighet (P = 1,6 × 10 −4, parad ensidig t-test, FDR korrigerad) och senentialfrekvens (P = 9,6 × 10 −7, parad ensidig t-test, FDR Det mest kritiska attributet för mänskligt språk är dess obundna kombinatoriska natur: mindre element kan kombineras till större strukturer på grundval av ett grammatiskt system, vilket resulterar i en hierarki av språkliga enheter, såsom ord, fraser och meningar. Mental tolkning och representation av sådana strukturer innebär utmaningar för talförståelse. I tal, hierarkiska språkliga strukturer har inte gränser som tydligt definieras av akustiska signaler och måste därför vara internt och gradvis konstruerade under förståelse. Vi fann att kortikalaktiviteten i olika tidsskalor under lyssnandet till det uppkopplade talet samtidigt följde den abstrakta språkliga strukturens tidsförlopp på olika hierarkiska nivåer, såsom ord, fraser och meningar. Särskilt den neurala spårningen av hierarkiska språkliga strukturer dissocierades från kodning av akustiska signaler och från förutsägbarheten av inkommande ord. Våra resultat indikerar att en hierarki av neurala processtidsskalan ligger till grund för grammatikbaserad intern konstruktion av hierarkisk språkstruktur. npg
Nyligen visade REF starka bevis för en neural spårning av hierarkiska språkliga strukturer i hjärnan.
Cortical tracking of hierarchical linguistic structures in connected speech
{'venue': 'Nature Neuroscience', 'journal': 'Nature Neuroscience', 'mag_field_of_study': ['Medicine', 'Biology']}