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PNAS:科学家重新确定人脑语言中枢位置

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美国乔治敦大学医学中心教授约瑟夫·劳施埃克称,人脑语言处理中枢并不位于大脑 皮层后部,科学界关于这一问题的认识长期以来是“错误”的。如果是,那么我们的教科书需要改写了。相关论文发表在美国《国家科学院学报》网络版上。

19世纪末,研究脑损伤和中风的德国医生韦尼克提出,人脑语言处理中枢在大脑皮层后部,位于感知声音的听觉皮层之后。这一观点已被科学界广泛接受,人脑语言处理中枢也因此被称为韦尼克区。但劳施埃克和其同事对使用多种脑成像技术的115项语言感知研究进行评估后认为,真正的韦尼克区位于听觉皮层之前,与前脑仅有3厘米左右的距离。

研究过程中,劳斯查克和德维特查阅了同行评议的科学论文,同时对采用不同人脑扫描方式进行的听觉和言语感知能力研究进行了分析,例如功能核磁共振成像和正电子放射断层造影术。他们共对115项有关大脑成像研究进行了分析,参与者人数超过1900人,共产生800多个与语言处理有关的大脑坐标。

随后,他们利用一种分析手段,对坐标的可信度进行分析。通过分析,他们最终锁定了韦尼克氏区的位置,位于左侧颞叶,具体地说,位于初级听觉皮质前方的颞上回。

在进行语言处理研究时,劳斯查克发现这一区域在大脑处理语言时处于活跃状态。

他和同事发现语言感知的“处理流”具有递阶性,逐渐靠近初级听觉皮质前方。一组神经细胞 首先感知到简单的声调和声音。声音随后进入更深处的神经细胞,处理音位,而后进入处理词汇的神经细胞。劳斯查克说:“其他研究人员得出了与我们相同的发现,就此引发有关韦尼克氏区真正位置的争议。

这项研究显然给出了一个确切的不可反驳的答案。”

确定人脑语言处理中枢真正所在将有重要的临床价值。劳施埃克说:“当有病人说不了话或发生语言理解困难时,我们现在将能很好地知道哪里受到了伤害。”此外这项新发现也表明,人类与非人灵长类动物在语言方面的关系比此前认为的更亲密,因为两者的语言处理中枢实际上位于大脑的同一区域。

研究人员介绍说,自20世纪90年代认识神经科学兴起以来,科学家发现了有关韦尼克区的不少矛盾之处,但多数人还是不愿否认已有100多年历史的旧理论,而这篇“论文就是要让数据和理论之间形成一致”。

原文摘要:

Phoneme and word recognition in the auditory ventral stream

Spoken word recognition requires complex, invariant representations. Using a meta-analytic approach incorporating more than 100 functional imaging experiments, we show that preference for complex sounds emerges in the human auditory ventral stream in a hierarchical fashion, consistent with nonhuman primate electrophysiology. Examining speech sounds, we show that activation associated with the processing of short-timescale patterns (i.e., phonemes) is consistently localized to left mid-superior temporal gyrus (STG), whereas activation associated with the integration of phonemes into temporally complex patterns (i.e., words) is consistently localized to left anterior STG. Further, we show left mid- to anterior STG is reliably implicated in the invariant representation of phonetic forms and that this area also responds preferentially to phonetic sounds, above artificial control sounds or environmental sounds. Together, this shows increasing encoding specificity and invariance along the auditory ventral stream for temporally complex speech sounds.

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