世界是一个不可预测的地方。但是大脑已经进化出一种应对日常不确定性的方法——它并没有向我们展示很多不确定性，而是将其解决为一个现实的世界模型。身体的中央控制器会预测每一种可能性，利用其存储的过去经验数据库，以最大限度地减少意外的发生。以视觉为例：我们很少看到物体的全貌，但我们的大脑会填补空白，对我们所看到的东西做出最佳猜测——而且这些预测通常是对现实的准确反映。
听觉也是如此，神经科学家现在已经确定了一种类似预测文本的大脑机制，可以帮助我们预测听到别人说话时接下来会发生什么。《发表》在本周的《公共科学图书馆·生物学》上的研究结果，增进了我们对大脑如何处理语音的理解。它们还提供了关于语言如何进化的线索，甚至可能导致更准确地诊断各种神经系统疾病的新方法。
这项新研究建立在早期发现的基础上，猴子和人类婴儿可以隐式地学习识别人工语法，即人为编造的语言中声音相互关联的规则。英国纽卡斯尔大学的神经科学家菊池幸子和她的同事向猕猴和人类播放了一系列无意义的语音序列。与早期的发现一致，菊池和她的团队发现这两个物种都很快地学会了该语言的人工语法规则。在最初的学习期之后，研究人员播放了更多的声音序列——其中一些违反了编造的语法规则。他们使用微电极记录来自数百个单独神经元以及处理声音信息的大量神经元的反应。通过这种方式，他们能够比较两种类型序列的反应，并确定这两个物种反应之间的相似之处。
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科学家们发现，在这种情况下，猴子和人类的大脑活动非常相似，并且它会根据虚构句子中的声音序列而变化。在这两个物种中，遵循语法规则的句子会改变听觉皮层中单个细胞的放电，从而使不同神经元群产生的低频和高频节律活动同步化。违反语法规则的句子最初产生不同的反应，但大约半秒后会出现相同的同步模式，这表明之前学习的“正确”序列会调节大脑对违反规则的序列的反应。“我们发现了单个神经元如何与神经元群协调以预测即将发生的事件，”菊池说。“这种情况发生在神经元注意到错误发生之前不久，大脑必须修改其预测。”这项研究“最终可能帮助人们预测接下来会发生什么的问题，”她补充道。“例如，我们现在可以询问这些预测反应在患有阅读障碍、精神分裂症和注意力缺陷多动障碍等疾病的人中是如何发生故障的。”
这项研究是首次直接比较人类和猴子对复杂声音的神经反应。因此，其结果表明，这两个物种都使用相同的大脑机制来处理此类声音——这种机制似乎在进化过程中得到了保留。据伦敦大学学院研究语音产生大脑机制的认知神经科学家苏菲·斯科特说，她没有参与这项研究，这项新研究为了解大脑主要听觉皮层的工作原理提供了重要的见解。“它表明，细胞对声音的序列，或者你期望接下来听到什么很敏感，”她说。“他们发现信号会受到你是否获得预期序列的调节，这很好地表明听觉皮层要么正在学习序列，要么正在从其他地方接收有关序列的输入并使用该信息。”
斯科特补充说，将相同的分析方法应用于人类语音可能很困难，因为研究中使用的虚构语言与真实语音几乎没有相似之处。“led 和 let 这两个词的区别在于结尾的声音。但是，当我读其中一个时，我会在开头发出不同的声音，因为我预料到了词的结尾，”斯科特解释说。“我们在语音中使用此信息，但人工语法中缺少此信息，人工语法在单词之间存在很长的间隔，需要检查神经振荡如何变化。这意味着 [研究人员的分析方法] 如果他们研究真实的语音可能行不通。”