Nature子刊：杜忆团队揭示双侧运动皮层在言语感知中的作用

了解运动皮层（motor cortex）如何参与语音感知和决策的主动推理，对于理解人类语言智能非常重要，这可能会激发下一代人工智能（AI）的发展。然而，关于双侧运动皮层在言语感知中的作用的三个关键问题仍未得到解答——喉运动皮层（LMC）除了产生语音外，还参与语音感知吗？在不同难度下，双侧运动皮层是如何合作的？感知决策过程的哪些特定阶段是由双侧运动皮层调节的？

2023年8月5日，中国科学院心理学研究所杜忆研究员团队在 Nature 子刊 Nature Communications 上发表了题为：Bilateral human laryngeal motor cortex in perceptual decision of lexical tone and voicing of consonant 的研究论文。

该研究发现，人类大脑的双侧喉运动皮层（LMC）参与了言语感知决策的多个阶段，其中左侧LMC起主导作用，特别是在有感知挑战的情况下有助于听觉处理。

在这项研究中，研究团队进行了两个实验，实验1采用重复经颅磁刺激（rTMS），实验2采用脉冲刺激（TBS），分别对健康成年人普通话使用者的左/右运动皮层进行刺激，观察在有/无噪声背景下词汇语调和爆破辅音的分类感知决策是否受到相应的调节。为了定位与生产相关的背侧LMC（dLMC）和TMC，参与者进行了功能磁共振（fMRI）预测试，其中他们执行了发音和舌头运动任务。

实验2采用两个独立的数据分析研究了TBS调制对dLMC行为反应的影响。为了检测感知敏感性的变化，他们拟合了心理测量曲线来研究曲线斜率的变化。为了评估感知决策特定阶段的变化，他们应用了漂移-扩散模型（HDDM）的层次贝叶斯模型估计来解开哪些潜在的动态决策过程将被改变。

心理测量曲线斜率分析显示，在双侧dLMC上进行cTBS对声调和辅音感知均有影响：在左侧dLMC上进行cTBS对噪声下的声调感知有抑制作用，对安静和噪声下的辅音感知均有抑制作用；cTBS对右侧dLMC在噪声条件下的辅音感知有抑制作用，对安静条件下的辅音感知无抑制作用，对声调感知无影响。

HDDM分析显示，除了左侧dLMC刺激下安静状态下的声调感知外，cTBS显著拓宽了决策边界；cTBS刺激左dLMC会影响证据积累率，但刺激右dLMC没有产生类似的效果；cTBS对左右dLMC的噪声反应偏差和辅音感知均有影响。

这些结果表明，双侧dLMC参与了词汇声调和爆破辅音发声的感知决定，这表明人类LMC既参与言语的产生，也参与言语的感知。该研究还为神经网络的冗余和功能重组提供了证据，因为左侧dLMC起主导作用，而右侧dLMC仅在挑战性任务中起关键作用。此外，由dLMC调节的具体感知决策阶段取决于大脑半球和任务难度。

杜忆研究员表示，在言语感知中，我们的发音运动皮层就像一个去噪器，通过模拟嵌入的运动手势来预测即将到来的词语。这项研究提供了重要的经验证据来支持双侧喉运动皮质是对发声和音调控制至关重要的运动亚区，也是去噪系统的一部分。

总的来说，该研究扩大了对言语感知决策中双侧运动皮层参与的潜在机制和时间动力学的认识。这对言语障碍康复的临床转化研究以及具有动态适应性的更强大的人工智能（AI）算法的开发具有重要意义。

值得一提的是，2023年4月26日，杜忆团队在 Science 子刊 Science Advances 上发表了一篇题为：Successful aging of musicians: Preservation of sensorimotor regions aids audiovisual speech-in-noise perception 的研究论文【2】，该研究发现长期音乐训练可延缓大脑衰老。

该研究揭示了长期音乐训练经验通过同时促进功能保持和功能代偿机制对抗脑认知老化的负面影响，保护老年人的噪音下言语加工。并提供了实验证据支持了音乐训练可以使老年人的大脑更敏锐、更专注和更年轻，这对于促进人口健康老龄化提供了重要且可行的策略。

论文链接：

1. https://www.nature.com/articles/s41467-023-40445-0

2. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg7056

转自：“生物世界”微信公众号

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