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得益于一个难得的机会，将电极植入清醒成年人的大脑中，研究人员以前所未有的精确程度描述了语言处理中不同步骤的顺序和时间。
大脑的语言中心，以 1865 年发现它的法国医生皮埃尔·保罗·布罗卡的名字命名为布罗卡区，自被发现以来一直是一个相对的黑匣子。
与基于大脑的其他功能（如运动或视觉）不同，没有动物模型可用于语言研究——形式语言是人类独有的技能。因此，观察大脑如何快速识别和产生词语对于当代科学家来说一直具有挑战性，他们不得不主要依赖于相对不精确的技术，例如功能性磁共振成像 (fMRI) 或损伤研究。
然而，研究人员从等待癫痫手术治疗的患者那里获得了一个突破。作为手术准备的一部分，三名成年人在布罗卡区和前颞叶皮质植入了电极，以便医生能够确定大脑中最适合切除的区域。在被称为颅内电生理学的过程中，研究人员要求患者在屏幕上看到单词时默默地发声，并用正确的时态或缺失名词的正确形式填空。与此同时，研究人员以最接近毫秒和毫米的精度记录了受试者大脑带电区域的局部电场电位。
在研究读数后，研究人员发现，在这些正常阅读的成年人中，单词识别、语法和发音都激活了布罗卡区的各个部分，并且以非常清晰的顺序进行。像发条一样，识别一个单词大约需要 200 毫秒，语法构成需要 320 毫秒，语音编码需要 450 毫秒。
这项研究由加州大学圣地亚哥分校放射学系和哈佛大学心理学系的博士后研究员 内德·萨欣 领导，其结果于周四在 科学 杂志上在线发表。
“萨欣等人通过记录人脑中的神经元活动，证明了不同类型的语言信息确实在布罗卡区内按顺序处理，” 荷兰马克斯·普朗克心理语言学研究所的彼得·哈古特和威廉·莱维尔特在同一期科学杂志上发表的评论中写道，该评论与该论文一起发表。
之前的研究表明，大脑形成有声语言大约需要 600 毫秒。因此，每个过程发生的速度对萨欣和他的同事来说并不是那么令人惊讶，真正令人惊讶的是，这三个不同的任务是单独完成的，以严格的时间顺序进行，并且在大脑中彼此相距几毫米之内。
另一个令人好奇的发现是，与其他研究表明名词和动词的理解和表达方式不同不同，而电极工作表明，这两种词性的处理方式大致相同。
“令人震惊的是，我们所观察到的只是相似之处——在时间、幅度和波形方面，”萨欣在谈到名词和动词处理过程中记录的电信号时说。他指出，他们的数据并非旨在推翻先前的研究结果，但“似乎我们已经发现了这两个类别之间共享的东西。我们发现了一个处理单词形态和结构的过程——以及它们的身份和如何发音——它跨越了两个非常不同的单词类别。”
电读数还有助于消除大脑的另一部分——韦尼克区主要负责阅读和听取语言的理论。他们的数据表明，事实上，布罗卡区也在阅读和识别阶段被激活。哈古特和莱维尔特写道，这些发现“表明布罗卡区的作用……应该以更一般的术语来描述”。
尽管这种手术的机会很少，但萨欣和他的团队计划将来再次使用它，以更广泛地了解整个大脑对语言的参与：“从一个人第一次看到单词的那一刻起——大脑的视觉部分——到运动部分”都参与了语音，他说。
萨欣说，尽管有了新的发现，关于布罗卡区和一般的语言处理仍有很多有待发现。“大脑的这个区域已经被深入研究了 150 多年，但我们仍然不知道它的作用，”萨欣指出，并补充说：“我们没有掌握全部情况，[但]它有助于我们理解大脑是如何处理语言的。”