章邯
聾人變啞是因?yàn)樗麄儫o(wú)法聽(tīng)到自己說(shuō)話的聲音，不能自幼通過(guò)聽(tīng)覺(jué)來(lái)學(xué)習(xí)發(fā)聲說(shuō)話。這已是眾所周知事實(shí)。如果有一天，科學(xué)家能繞開(kāi)受損的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)，而幫助聾兒感受到自己說(shuō)話聲，那么聾人開(kāi)口便有可能。
根據(jù)中國(guó)聽(tīng)力學(xué)網(wǎng)，這種可能性來(lái)自美國(guó)杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的科學(xué)家，對(duì)鳴鳥（一種鳥類）大腦負(fù)責(zé)傳遞學(xué)習(xí)歌曲所需要的聽(tīng)覺(jué)反饋的神經(jīng)元的實(shí)驗(yàn)。他們的研究為改善人類言語(yǔ)奠定了基礎(chǔ)，例如將大大改善那些聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)受損，無(wú)法聆聽(tīng)自己說(shuō)話聲音情況下，學(xué)習(xí)講話的患者。“這項(xiàng)研究是首次，我們希望從大腦里，找到用于學(xué)習(xí)發(fā)聲的聽(tīng)覺(jué)反饋通路，”杜克大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)教授和本研究高級(jí)研究員理查德·穆尼博士說(shuō)。
下面對(duì)這項(xiàng)研究的介紹，可能讀來(lái)深?yuàn)W或者難懂，但是理解這一實(shí)驗(yàn)的結(jié)果既有趣，也重要。
在試驗(yàn)中，研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的方法，小心地改變這些神經(jīng)元的活動(dòng)，來(lái)證明其與控制歌唱的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之間的相互作用。該項(xiàng)研究由NIH資助，已經(jīng)發(fā)表在2010年1月13日《神經(jīng)元》網(wǎng)絡(luò)版上。
人類發(fā)聲學(xué)習(xí)不是一個(gè)簡(jiǎn)單過(guò)程。 “在學(xué)習(xí)一個(gè)新的發(fā)聲時(shí),大腦面臨的巨大挑戰(zhàn)是,由其控制的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)指令發(fā)出大約幾十甚至幾百毫秒之后,大腦才能接收到執(zhí)行這一行為的反饋。”穆尼說(shuō)。如果這樣，當(dāng)人們?cè)诰毩?xí)發(fā)聲時(shí)，大腦相應(yīng)的神經(jīng)處理活動(dòng)能力可以說(shuō)難到極點(diǎn)：因?yàn)檫@時(shí)大腦必須快速地回放這一感覺(jué)信息，還得再毫秒之間，做出反應(yīng)和相應(yīng)的校正。
因此，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，幼鳥在向成年鳥學(xué)習(xí)鳥鳴時(shí)面臨的問(wèn)題和我們?nèi)祟惥毩?xí)說(shuō)話一模一樣，換言之，鳥類和人類通過(guò)相似的神經(jīng)系統(tǒng)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。于是，這些科學(xué)家希望通過(guò)該項(xiàng)研究，來(lái)發(fā)現(xiàn)鳥兒的大腦如何對(duì)聽(tīng)覺(jué)反饋編碼，并利用聽(tīng)覺(jué)反饋來(lái)影響發(fā)聲的練習(xí)。
在實(shí)驗(yàn)中，研究人員使用精細(xì)的微電極對(duì)神經(jīng)元進(jìn)行定位，當(dāng)幼鳥聽(tīng)見(jiàn)自己歌聲時(shí)，這些神經(jīng)元會(huì)變得活躍，這是個(gè)非常困難的過(guò)程，必須做到極其準(zhǔn)確。他們最終能夠準(zhǔn)確地記錄這些神經(jīng)元的活動(dòng)，并找到了一整套正確的神經(jīng)元，然后，在通過(guò)植入電極，發(fā)出簡(jiǎn)短的電流脈沖信號(hào)，而改變幼鳥學(xué)習(xí)鳥鳴時(shí)，其中一個(gè)重要和符有關(guān)的神經(jīng)活動(dòng)。其結(jié)果是外來(lái)刺激改變了幼鳥的感知內(nèi)容，而正是對(duì)感知的改變，使得鳥兒發(fā)聲走調(diào)。與此不同的是，如果科學(xué)家直接刺激產(chǎn)生音符的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，那么目標(biāo)歌曲的音節(jié)會(huì)立即走調(diào)。
由于鳥兒以毫秒為精度來(lái)練習(xí)歌唱，研究人員能確定鳥兒大腦學(xué)習(xí)分辨感知錯(cuò)誤對(duì)應(yīng)的歌曲部分有多準(zhǔn)確。隨著時(shí)間推移，歌曲刺激區(qū)域的聲學(xué)特征也會(huì)走調(diào)。
從該項(xiàng)研究中，科學(xué)家獲得了三個(gè)有趣的研究結(jié)果。
第一，當(dāng)鳥兒練習(xí)鳥鳴接受電脈沖信號(hào)刺激后，所產(chǎn)生音調(diào)走調(diào)出現(xiàn)延遲，有時(shí)甚至延遲數(shù)小時(shí)到數(shù)周才出現(xiàn)。
第二，走調(diào)始終出現(xiàn)在幼鳥學(xué)習(xí)鳥鳴時(shí)受到刺激的同一地方，這充分說(shuō)明走調(diào)的瞬間正好是發(fā)聲時(shí)受外來(lái)“噪音”刺激之時(shí)。大腦可能錯(cuò)誤地認(rèn)為這個(gè)外來(lái)刺激聲是所學(xué)習(xí)的鳥鳴的一個(gè)部分，相互有關(guān)，并立即做出反應(yīng)。
第三，通過(guò)對(duì)不同學(xué)習(xí)階段神經(jīng)活動(dòng)的刺激和干擾，科學(xué)家們確定了鳥兒的走調(diào)在很大程度上和年齡有關(guān)。受到刺激的幼鳥，影響很快便表現(xiàn)出來(lái)，有時(shí)僅需一小時(shí)，而年紀(jì)大點(diǎn)的鳥兒盡管受到到刺激干擾,但它們?nèi)阅鼙３终_地鳴叫,只是一段時(shí)就后，再慢慢顯像出影響。
“因?yàn)槲覀冎苯訉㈦娒}沖信號(hào)輸入到聽(tīng)覺(jué)反饋通路之中，所以大腦對(duì)此反應(yīng)能力的改變，很可能和運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)能力的變化一樣。”穆尼說(shuō)。
聲音精度對(duì)于鳴鳥至關(guān)重要，因?yàn)榇菩曾Q鳥在選擇伴侶時(shí)，從某種程度上，依賴它們歌唱時(shí)的瞬時(shí)精度。瞬時(shí)精度在人類言語(yǔ)中也十分重要，因?yàn)閮蓚€(gè)語(yǔ)音的聲學(xué)特征可能僅有毫秒之差。
這項(xiàng)研究對(duì)于科學(xué)家研究人類言語(yǔ)學(xué)習(xí)非常重要，譬如，科學(xué)家們會(huì)通過(guò)刺激人大腦中和言語(yǔ)學(xué)習(xí)相關(guān)聽(tīng)覺(jué)反饋通路，而幫助聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)受損的患者學(xué)習(xí)說(shuō)話，尤其是那些年齡較大、耳聾且需要學(xué)習(xí)言語(yǔ)的兒童或成年人。
這項(xiàng)研究也為探討大腦如何將行為相關(guān)的反饋和感覺(jué)模型相比較打開(kāi)了大門，這是模仿的基礎(chǔ)。模仿是人類文化源泉，因?yàn)樵谧畛醯母璩獙W(xué)習(xí)試驗(yàn)中，我們不可能使用人類作為試驗(yàn)品，而成年和幼年鳴鳥為我們提供了一個(gè)完美的替代系統(tǒng)。這樣我們就可以研究這一較為復(fù)雜的學(xué)習(xí)類型的潛在大腦機(jī)制。”
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