Zum ersten Mal konnte die neuronale Aktivierung der Sprache auf zellulärer Ebene lokalisiert werden

Die bislang höchstaufgelöste Neuronenkarte zur Codierung der Wortbedeutung ist hier.

1. Menschen können durch Sprache reiche und subtile Bedeutungen erlangen, was für die menschliche Kommunikation von entscheidender Bedeutung ist.

2. Trotz des zunehmenden Verständnisses der Gehirnregionen, die Sprache und semantische Verarbeitung unterstützen, bleibt viel Unbekanntes über neurosemantische Ableitungen auf zellulärer Ebene.
3. Kürzlich entdeckte ein in der Zeitschrift Nature veröffentlichtes Forschungspapier die feine kortikale Darstellung semantischer Informationen durch einzelne Neuronen, indem die Aktivität von Neuronen während der natürlichen Sprachverarbeitung verfolgt wurde.
4. Der Artikel trägt den Titel „Semantische Kodierung für Sprachverständnis bei Einzelzellenauflösung“.

   

   1. Papieradresse: https://www.nature.com/articles/s41586-024-07643-2
5. Diese Studie erstellte die bislang höchstaufgelöste Karte von Neuronen, die für die Kodierung der Bedeutung von verantwortlich sind verschiedene Wörter.
6. In der Studie wurde die Aktivität einzelner Zellen im linken sprachdominierten präfrontalen Kortex aufgezeichnet, während die Teilnehmer semantisch unterschiedliche Sätze und Geschichten hörten. Es stellt sich heraus, dass das Gehirn bei allen Individuen dieselben Standardkategorien verwendet, um Wörter zu kategorisieren – was uns dabei hilft, Geräusche in Bedeutung zu übersetzen.
7. Diese Neuronen reagieren selektiv auf bestimmte Wortbedeutungen und unterscheiden zuverlässig Wörter von Nichtwörtern. Darüber hinaus reagieren sie nicht auf Wörter als feste Gedächtnisrepräsentationen, sondern ihre Aktivität ist hochdynamisch und spiegelt die Bedeutung des Wortes entsprechend seinem spezifischen Satzkontext und unabhängig von seiner phonetischen Form wider.
8. Insgesamt zeigt diese Studie, wie diese Zellpopulationen die breiten semantischen Kategorien von Wörtern, die während des Sprechens in Echtzeit gehört werden, genau vorhersagen und wie sie die Sätze verfolgen können, in denen sie vorkommen. Die Studie zeigt auch, wie diese hierarchischen Strukturen von Bedeutungsdarstellungen kodiert werden und wie diese Darstellungen auf Gruppen von Zellen abgebildet werden. Diese Erkenntnisse auf neuronaler Ebene offenbaren die feine kortikale Organisation menschlicher semantischer Darstellungen und beginnen, die Bedeutungsverarbeitung auf zellulärer Ebene während des Sprachverständnisses aufzuklären. Fenye, ein Neuron ist für alles verantwortlich

Die gleiche Gruppe von Neuronen reagiert auf Wörter ähnlicher Kategorien (z. B. Handlungen oder personenbezogen). Untersuchungen haben ergeben, dass das Gehirn bestimmte Wörter miteinander verknüpft (z. B. „Ente“ und „Ei“) und dabei dieselben Neuronen auslöst. Wörter mit ähnlicher Bedeutung (wie „Ratte“ und „Ratte“) lösen ähnlichere Muster aus als Wörter mit unterschiedlicher Bedeutung (wie „Ratte“ und „Karotte“). Andere Neuronen reagieren auf abstrakte Konzepte wie relationale Wörter wie „oben“ und „hinter“.

Die den Wörtern zugewiesenen Kategorien waren bei den Teilnehmern ähnlich, was darauf hindeutet, dass das menschliche Gehirn Bedeutungen auf die gleiche Weise gruppiert.

Neuronen des präfrontalen Kortex unterscheiden Wörter anhand ihrer Bedeutung (nicht anhand ihres Klangs). Wenn beispielsweise „Sohn“ gehört wird, werden Orte aktiviert, die mit Familienmitgliedern verbunden sind, aber wenn das Homophon „Sonne“ gehört wird, reagieren diese Neuronen nicht.

Gedankenlesen

Nachdem diese Theorie aufgestellt wurde, können Forscher bis zu einem gewissen Grad bestimmen, was Menschen hören, indem sie das Feuern ihrer Neuronen beobachten. Obwohl sie nicht in der Lage waren, die genauen Sätze wiederzugeben, waren sie in der Lage, Urteile zu fällen. Ein Satz enthält beispielsweise Tier, Handlung und Nahrung in der Reihenfolge Tier, Handlung und Nahrung.

„Diesen Detaillierungsgrad zu erreichen und einen Einblick in das zu bekommen, was auf der Ebene einzelner Neuronen vor sich geht, ist sehr aufregend“, sagte Vikash Gilja, Ingenieur an der University of California in San Diego und wissenschaftlicher Leiter der Gehirn-Computer-Schnittstelle Firma Paradromics. Er war beeindruckt, dass die Forscher nicht nur die Neuronen identifizieren konnten, die den Wörtern und ihren Kategorien entsprachen, sondern auch die Reihenfolge, in der sie gesprochen wurden.

Gilja sagt, dass die Aufzeichnung von Informationen von Neuronen viel schneller ist als mit früheren bildgebenden Methoden. Das Verständnis der natürlichen Sprachgeschwindigkeit wird für zukünftige Arbeiten bei der Entwicklung von Gehirn-Computer-Schnittstellengeräten wichtig sein, neuen Gerätetypen, die die Fähigkeit zum Sprechen mit Menschen wiederherstellen könnten, die diese Fähigkeit verloren haben.

Referenzlink: https://www.nature.com/articles/d41586-024-02146-6

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