청각은 대부분의 사람들에게 너무나 쉽지 않기 때문에 뇌의 청각 시스템이 처리하고 분리하는 데 필요한 정보를 이해하기가 종종 어렵습니다. 그것은 친구의 목소리, 개 짖는 소리, 비의 삐걱 거리는 소리 등 우리가 인식하는 음향 대상으로 변신해야합니다. 배경 노이즈에서 관련 사운드를 압박해야합니다. 두 사람이 말하는 단어는 언어 적 의미가 동일한 것으로 판단하는 동시에 그 목소리를 구별하고 피치, 톤 및 기타 특성에 대해 평가합니다.
신경 처리의 전통적인 모델에 따르면, 소리를들을 때 청각 시스템은 간단한 기능을 추출하여 점점 더 복잡하고 추상적 인 표현으로 결합됩니다. 이 과정은 뇌가 말하는 사람의 소리를 예를 들어 음소, 음절, 그리고 결국 단어로 바꿀 수 있도록합니다.
그러나 Cell 에 출판 된 논문에서 8 월, 한 연구 팀은 그 모델에 도전하여 청각 시스템이 종종 소리와 연설을 동시에 동시에 동시에 처리한다고보고했습니다. 이 결과는 뇌가 어떻게 언어가 과학자들의 기대와 극적으로 분기되는지, 귀에서 신호가 놀랍게도 초기 단계에서 처리의 초기 단계로 신호를 보내며, 때로는 복잡한 소리를 구축하는 데 중요한 스텝 스톤으로 생각되는 뇌 영역을 우회합니다.
.이 작품은 뇌가 어떻게 빠르고 효과적으로 청각 자극의 흐름을 겹치는 방법에 대한 새로운 설명에 대한 힌트를 제공합니다. 그럼에도 불구하고,이 발견은 언어 처리에 대한 더 많은 확립 된 이론을 의문을 제기하는 것이 아닙니다. 또한 전체 청각 시스템이 어떻게 작동하는지에 대한 아이디어에 도전합니다. 소리에 대한 우리의 인식에 대한 일반적인 지혜의 대부분은 시각 시스템에서 수행 된 계산에 대해 우리가 알고있는 것과 유사합니다. 그러나 최근의 연설에 관한 연구를 포함하여 청각 처리가 매우 다르게 작동한다는 증거가 증가함에 따라 과학자들이 청각 시스템의 다양한 부분이 무엇을하고 풍부한 사운드 스케이프를 해독하는지에 대한 의미를 다시 생각하기 시작했습니다.
하버드 대학교 (Harvard University)의인지 적 신경 과학자 인 다나 보 벤처 (Dana Boebinger)는“이 연구는 기념비적 인 사업이다. 그녀는 뇌가 복잡한 청각 정보를 어떻게 처리하는지에 대한보다 전통적인 이론을 포기할 준비가되어 있지는 않지만,“우리는 실제로 우리가 실제로 무슨 일이 일어나고 있는지에 대한 좋은 아이디어가 없을 것”이라고 암시하기 때문에“도발적”을 발견합니다.
.계층을 머리에 돌리십시오
소리에 대한 우리의 인식에서 가장 초기 단계는 매우 잘 이해됩니다. 우리가 누군가가 말하는 것을들을 때, 우리 귀에있는 달팽이관은 복잡한 소리를 다른 구성 요소 주파수로 분리하고 여러 단계의 처리를 통해 청각 피질로 표현을 보냅니다. 처음에는 우주의 사운드 위치, 피치 및 변화의 양에 대한 신호에서 정보가 추출됩니다. 다음에 일어나는 일은 미리게 절개하기가 더 까다 롭습니다. 더 높은 피질 지역은 계층 적 순서로 음소에서 번영에 이르기까지 언어와 관련된 특징을 괴롭히는 것으로 생각됩니다. 음악과 같은 다른 복잡한 사운드의 특징은 비슷하게 처리됩니다.
이 배열은 시각 시스템의 작동 방식에 대한 모델을 반영합니다. 그것은 먼저 선과 가장자리로 망막의 세포에 떨어지는 빛의 패턴을 해석 한 다음보다 복잡한 특징과 패턴으로서 궁극적으로 얼굴이나 물체의 표현을 구축합니다.
.그러나 청각 정보의 흐름에 대한 세부 사항을 해부하는 것은 어려웠습니다. 말은 독특한 인간의 특성이기 때문에 동물을 사용함으로써 말에 대한 연구는 멀어 질 수 없습니다. 그리고 인간의 경우 대부분의 연구는 간접적 인 방법을 사용하여 뇌 활동을 측정해야합니다. 직접 기록을 얻는 것은 침략적이기 때문에 훨씬 까다로워집니다. 과학자들은 의료 절차에 대해 피기 백을해야하며, 간질 수술을받는 환자의 뇌에 이식 된 전극의 데이터를 수집해야합니다. 그러나 관심있는 많은 청각 영역은 전두엽과 시간적 엽 사이의 뇌에 깊숙이 자리 잡고 있습니다. 외과 의사는 일반적으로 기록을 찾지 않는 지역입니다.
그럼에도 불구하고, 이러한 직접적이고 간접적 인 연구 중 상당수는 청각 및 음성 처리의 전통적인 계층 적 모델에 대한 증거를 발견했습니다. 프로세스의 초기 정지 중 하나 인 1 차 청각 피질은 주파수와 같은 간단한 소리의 특징을 인코딩하도록 조정되는 것으로 보입니다. 신호가 1 차 청각 피질에서 멀어지면서 다른 뇌 영역은 음성과 같은 스피치 고유의 기능을 포함하여 점점 더 복잡한 사운드 기능에 더 반응하는 것으로 보입니다. 지금까지 너무 좋아.
그러나 과학자들은이 계층 적 프레임 워크를“이 지역이 어떻게 연결되었는지를 바라려고하는 실험을 바탕으로”또는 그들이 활성화 된 시퀀스를 바탕으로 한 시퀀스를 추론했다.
그래서 2014 년에 그녀는 청각 피질 전반에 걸쳐 더 포괄적 인 음성 사운드 표현지도를 구축하여 다른 뇌 영역의 사운드에서 어떤 종류의 정보가 증류되는지, 그리고 해당 정보가 한 지역에서 다음 지역으로 어떻게 통합되는지를 배우기 시작했습니다.
.그녀는 샌프란시스코 대학교 (University of California)의 신경 외과 의사 인 에드워드 창 (Edward Chang) 실험실의 박사후 연구원과 오스틴 (Austin)의 실험실 에서이 질문을 탐구 할 수있는 기회가 거의 없었습니다. Chang, Hamilton과 동료들은 치료가 다양한 청각 위치에 배치 해야하는 치료를받은 여러 환자를 모을 수있었습니다.
Boebinger는 이러한 영역을 모니터링 할 수있는 기회가 너무 어려워서 녹음은“매우 귀중한 데이터이며 흥미 진진한”것이라고 말했다. 연구원들은 뇌가 1 차 청각 피질의 저수준 사운드 표현을 어떻게 계층 구조, 우수한 시간적 이랑의 지역에서 더 복잡한 음성 표현으로 변형시키는 지에 대한 세부 사항을 채울 수 있기를 희망했다.
.대신, 그들이 찾은 것은“아이디어를 머리에 돌렸다”고 말했다.
경로는 일찍 발산
예상대로 진행되지 않았다는 첫 번째 힌트는 빨리 도착했습니다. Chang Group은 다양한 청각 영역의 반응을 순수한 색조와 말과 문장의 특징에 대한 반응을 분석했습니다. 그들은 이전의 결과를 확인하고 누락 된지도의 세부 사항을 작성할 수있었습니다.
그러나 그들은 또한 이상한 것을 관찰했습니다. 만약 정보가 생각했던대로 "낮은"에서 "더 높은"영역으로 계층 적으로 흐르는 경우, 1 차 청각 피질은 우수한 시간적 이랑이하기 전에 입력에 응답해야한다. 그러나 우수한 시간적 이랑의 일부 영역은 1 차 청각 피질이 주파수와 같은 간단한 사운드 특성에 반응하는 것처럼 말의 발병에 반응하는 것처럼 보였습니다.
이 관찰은 두뇌 영역이 동일한 입력의 다른 측면을 동시에 처리하고 있었으며“음성 인식을위한이 평행 경로는 1 차 청각 피질을 우회 할 수 있다는 점을 초대했다. 즉, 스피치 사운드의 일부 표현은 기본 청각 피질에서 추출한 하위 수준의 기능으로 구축 할 필요가 없다는 것을 의미합니다. Hamilton은“계층 적 모델에서는 1 차 청각 피질이 피질의 언어 영역에 도착하기 전에 겪어야하는 첫 번째 길이라고 기대합니다. 그러나 그녀의 결과는 그것이 반드시 사실 일 필요는 없다고 제안했다.
Chang, Hamilton과 그들의 동료들은 그 아이디어를 더 시험하기로 결정했습니다. 그들이 환자의 일차 청각 피질을 자극하여 기능을 방해했을 때, 환자들은 여전히 언어를 인식하는 데 아무런 문제가 없었습니다. 대신, 그들은 청각 환각을보고했다 :윙윙 거리는 것, 도청, 물에 이르기까지 다양한 단어 나 문장 위에 소리가 들렸다.
연구원들이 우월한 시간적 이랑의 하위 지역을 자극했을 때, 그들은 반대를 보았습니다. 환자는 말을 이해할 수 없었지만 여전히 정상적으로 소리를들을 수있었습니다. 한 주제는“당신이 말하는 것을들을 수는 있지만 말을 할 수는 없다”고 말했다.
Hamilton은 다시 한 번“두 개의 개별 프로세스가있는 것과 같았습니다.”라고 해밀턴은 말했습니다.
청각 피질에서 병렬 처리를 찾는 것은 전적으로 놀라운 일이 아닙니다. University College London의 신경 과학자 인 소피 스콧 (Sophie Scott)은“지각 시스템에 대해 이야기 할 때는 높고 깨끗합니다. 어떤 수준에서, 시끄러운 신호에서 더 높은 순서와 더 추상적으로 가고 있다는 것을 알고 있기 때문입니다. "그러나 아무도 자연에게 가장 쉽거나 깨끗한 방법이어야한다고 자연을 말한 적이 없습니다."
.어느 시점에서 별도의 뇌 회로는 서로 다른 유형의 청각 정보를 동시에 처리해야한다는 것이 합리적입니다. 실제로, 연구자들은 이미 청각 처리에서 후반 단계에서 병렬 기능을보고했습니다. 복잡한 음악 및 음성 요소는 별도로 처리되며, 표현은 적어도 부분적으로 병렬로 형성됩니다.
.그러나 음성 및 사운드 처리의 분할은 신호가 1 차 청각 피질을 통과 한 후에 만 발생합니다. Hamilton과 Chang의 작업은 프로세스 초기에 이러한 지점을 밝혀 냈습니다. 따라서 정보가 피질이 아닌 피질 수준에서 음성 소리를 나타내도록 정보가 통합 될 수 있음을 의미 할 수 있습니다. 그리고 피질 처리가 언어에서 그러한 큰 역할을한다면, 연구자들은 뇌가 복잡한 소리를 이해하는 다른 중요한 방법을 간과했을 수도 있습니다.
“우리는 수년에 걸쳐 우리가 생각하는 많은 것들이 실제로 어느 정도 어느 정도 어느 정도도 피질 이었다는 것을 배웠습니다.
실제로, 새로운 결과는 피질의 "낮은"수준이 더 큰 복잡성을 숨길 수 있음을 보여줍니다. 예를 들어 Scott은 1 차 청각 피질을 자극하는 것이 Chang Group 환자의 풍부한 청각 환각을 이끌어내는 것이 흥미 롭습니다. 그녀에 따르면, 그러한 환각은 일반적으로 고차 대뇌 피질 지역과 관련이있을 것입니다.
따라서 주요 청각 피질은 일반적으로 신용을 제공하는 것보다 더 많은 일을하고있을 수 있습니다. 다른 최근 연구는 동일한 결론을 지적했다. 1 차 시각 피질과는 달리, 1 차 청각 피질은 이미 훨씬 더 많은 처리를 겪은 신호를받으며, 훨씬 더 많은 상황에 맞는 방식으로 정보를 나타냅니다. 뉴욕 대학교의 신경 과학자 인 데이비드 포펠 (David Poeppel)은“1 차 시각 피질보다는 기능적으로 훨씬 더 하류입니다.
‘번개 폭풍처럼
Poeppel은“그럼에도 불구하고 목욕가로 계층 적 아기를 완전히 버리고 싶지 않다고 생각합니다. 이 시스템에는 여전히 계층이 있으며 점점 더 추상적 인 정신적 표현을 구성하는 데 중요합니다.
그러나 그 계층 구조에서 출발하여 말하기 및 기타 사운드를 매우 초기에 병렬로 처리하면 많은 장점이 있습니다. 우선, 그것은 소리의 일시적인 특성으로 인해 마이크로 초 수준 정밀도를 요구하는 청각 시스템의 속도를 최적화하는 데 도움이 될 수 있습니다. Boebinger는“이런 종류의 병렬 조직을 사용하면 음성 또는 다른 복잡한 사운드에 대한 정보를 더 빨리 분석 할 수 있습니다. 더욱이 청각 신호는 본질적으로 지저분합니다. 개인은 음소를 떨어 뜨리거나 단어를 일관성있게 건너 뛰고 다른 사회적 맥락에서 다르게 말할 수 있습니다. 병렬 처리 시스템은 그러한 혼란스러운 입력을 다루는 데 더 나을 수 있습니다.
또한 청각 시스템이 복잡성을 분리하고 겹치는 소리가 더 효율적으로 들리며 뇌가 음향 스트림 사이의주의를 빠르게 전환 할 수 있도록 도와줍니다. Scott은“청각 환경이 모자를 떨어 뜨릴 때 교체 될 수 있기 때문에 매우 플라스틱 방식으로 다양한 종류의 정보를 여러 종류로 처리해야합니다. 인간에게 음성 소리의 중요성을 감안할 때, 우리의 두뇌는 신속하고 배경이나 환경 사운드와 구별되는 방식으로 그들을 처리 할 것임이 합리적입니다.
그리고 연설과 소리를내는 소리가 독립적으로 매우 일찍 처리되면 다른 유형의 소리도 아마도 그럴 것입니다. 알아 내기 위해 Hamilton과 다른 사람들은 다양한 종류의 병렬 처리가 발생할 수있는시기와 위치를 조사하기 위해 환경 사운드, 음악, 침묵 속에서 언급 된 문장 (환경 사운드, 음악, 침묵 속에있는 문장)으로 실험을하기를 희망하고 있습니다.
.남부 캘리포니아 대학교의 신경 과학자 인 로버트 섀넌 (Robert Shannon)은“우리는 그 처리의 구성 요소를 해부하기 시작했습니다. 어쩌면 표현은 오름차순 또는 깔끔한 평행 경로에서뿐만 아니라 평행과 복잡성이 너무 많아서“번개 폭풍과 비슷하다”고 덧붙였다.
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Nelken은“감각 시스템이 어떻게 작동하는지에 대한 매우 다른 그림입니다.”라고 Nelken은 말했습니다. Quantaquanta
