یافته‌های علوم اعصاب: سلول‌های مغزی منفرد، «بلوک‌های سازنده» تخصصی زبان گفتاری هستند

ما معمولاً زبان را پدیده‌ای گسترده و درگیرکننده کل مغز می‌دانیم؛ سمفونی‌ای از مناطق درخشان که به محض باز کردن دهان در اسکن MRI روشن می‌شوند. به راحتی می‌توان فرض کرد که هر سلول در آن مناطق به طور مساوی برای ساختن یک جمله مشارکت می‌کند.

اما در زیر آن درخشش گسترده و دموکراتیک، کار واقعی مکالمه بسیار تخصصی‌تر است. اکنون، محققان موفق شده‌اند به سلول‌های مغزی منفردی گوش دهند که گفتار را ممکن می‌سازند، و یک خط مونتاژ میکروسکوپی پیدا کرده‌اند که در آن نورون‌های منفرد به عنوان بلوک‌های سازنده زبانی بسیار خاص عمل می‌کنند.[1]

در یک مطالعه برجسته که در مجله «نیچر» (Nature) منتشر شد، دانشمندان «مؤسسه علوم اعصاب ماس جنرال بریگام» (Mass General Brigham Neuroscience Institute) صدای خش‌خش الکتریکی نورون‌های منفرد را در کورتکس فرونتوتمپورال انسان در طول مکالمات بدون متن از پیش تعیین شده ردیابی کردند. با ثبت فعالیت ۵۷۹ نورون منفرد در بیماران بیداری که تحت نظارت جراحی بودند، آن‌ها کشف کردند که سلول‌های مغزی منفرد به طور اختصاصی برای مدیریت بخش‌های بسیار خاصی از گفتار، ساختار جمله و معنا اختصاص یافته‌اند.[1][3]

داده‌ها تقسیم کار چشمگیری را در میان نورون‌ها نشان دادند. به جای اینکه هر سلول در کل جمله مشارکت کند، نورون‌های منفرد وظایف بسیار خاصی را بر عهده می‌گیرند. حدود ۹ درصد از سلول‌های ثبت‌شده ترجیحاً به بخش‌های خاصی از گفتار پاسخ می‌دادند و درست قبل از اینکه شرکت‌کننده یک اسم یا فعل را بیان کند، فعال می‌شدند.[4]

سلول‌های دیگر معماری پیچیده جمله را مدیریت می‌کردند. تقریباً ۱۶ درصد از نورون‌ها عمق سلسله مراتبی یک کلمه را زیر نظر داشتند – ردیابی می‌کردند که چقدر در یک شاخه گرامری جاسازی شده است – در حالی که ۱۰ درصد دیگر روابط وابستگی را ردیابی می‌کردند، مانند اینکه آیا کلمه بعدی به عنوان فاعل یا مفعول مستقیم عمل خواهد کرد.[4]

جالب اینجاست که به نظر می‌رسد مغز معنا را از دستور زبان در سطح سلولی جدا می‌کند. بیشتر سلول‌های پاسخ‌دهنده به زبان در رمزگذاری قوانین ساختاری جمله یا تعاریف کلمات تخصص داشتند، اما به ندرت هر دو را همزمان انجام می‌دادند – که ثابت می‌کند حتی در سطح میکروسکوپی، هیچ‌کس دوست ندارد دو کار را همزمان انجام دهد. تنها حدود ۲ درصد از سلول‌های ثبت‌شده به طور همزمان اطلاعات نحوی و معنایی را رمزگذاری می‌کردند.[4]

این نورون‌ها فقط به کلمات منفرد واکنش نشان نمی‌دهند؛ آن‌ها به صورت پویا با جریان مکالمه سازگار می‌شوند. محققان با استفاده از مدل‌های زبان بزرگ برای تجزیه و تحلیل داده‌ها دریافتند که نورون‌ها الگوهای شلیک خود را بر اساس بافت جمله تنظیم می‌کنند و با موفقیت اطلاعات را از حداکثر پنج کلمه قبلی در خود جای می‌دهند.[1][4][5]

این رقص سلولی به طرز چشمگیری سریع اتفاق می‌افتد. فعالیت پیش‌بینی‌کننده مغز تا یک ثانیه کامل قبل از اینکه شرکت‌کننده واقعاً کلمه را بیان کند، به اوج خود می‌رسید، که نشان می‌دهد مغز فعالانه دستور زبان و ساختار زبان را مدت‌ها قبل از بیان فیزیکی برنامه‌ریزی می‌کند.[3][4]

این کشف یک نقشه سلولی بنیادی از تولید گفتار انسان ارائه می‌دهد. محققان امیدوارند با درک اینکه چگونه نورون‌های منفرد اطلاعات زبانی را رمزگذاری می‌کنند، در نهایت فعالیت عصبی را به گفتار تولید شده توسط ماشین ترجمه کنند – گامی حیاتی در جهت ساخت پروتزهای گفتاری مصنوعی برای بیمارانی که دچار اختلالات شدید ارتباطی هستند.[2][3]