在癫痫患者身上进行的声音实验帮助绘制了大脑电信号通路，这些通路使其听觉中心能够区分背景声音和个人声音。
根据最近的一项研究，这些听觉附带放电信号起源并在大脑外皮层的两个特定区域结束。一个广泛的区域，被称为运动皮层，负责控制自愿肌肉运动，包括言语所需的运动，另一个重要区域，即听觉皮层，管理听觉感知。
从进化的角度来看，动物和人类区分自己声音与其他声音的能力被认为可以通过提高威胁检测能力来增强生存。例如，蟋蟀区分自己的求偶声音与其他声音，鸣禽使用求偶叫声进行交流，而蝙蝠利用声音回声来导航周围环境。
在人类中，任何对这一机制的干扰可能会导致听觉幻觉——常被称为“听到声音”——在精神分裂症患者中，他们常常难以区分“真实”的声音与外部声音，正如研究作者所指出的。听觉附带放电信号的问题也可能在结巴发音中起到作用。
虽然早期的研究追踪了哺乳动物运动皮层中的这一电路径，但在识别人体运动皮层中这些放电信号的确切来源方面仍然具有挑战性。这种困难源于在患者清醒并说话时记录大脑活动的复杂性以及解释这些记录所需的复杂计算机分析。
在这项由纽约大学朗格尼健康神经科学研究所和坦登工程学院的研究人员领导的新研究中，科学家们对八名癫痫成年人进行了声音实验。这些参与者正在进行常规的外科手术，以确定癫痫发作的起源，并自愿参与与言语相关的任务。
该研究于12月3日发表在《美国国家科学院院刊（PNAS）》上，详细描述了研究人员如何追踪来源于运动皮层下部的听觉附带放电信号，具体而言，一个被称为前中央回的区域。这些电信号的平均持续时间约为120毫秒，被发现沿着前中央回的褶皱传输到一个邻近的听觉皮层子区域，称为上颞回。
“我们的发现为人类语言提供了重要的见解，展示了运动皮层回路在附带放电中的直接证据，这有助于我们在说话时保持对环境的意识，”研究主导者、纽约大学格罗斯曼医学院神经病学系博士后研究员阿米尔霍赛因·哈利利安-古尔塔尼（Amirhossein Khalilian-Gourtani，PhD）表示。
“我们的研究还揭示了精神分裂症，提供了听觉幻觉的解释，作为运动皮层与听觉皮层之间的附带放电干扰的结果，”研究的高级调查员阿丁·弗林克（Adeen Flinker，PhD）表示。
“我们和许多研究人员猜测，精神分裂症患者可能发现很难将自己的声音与他人的声音或各种外部刺激分开，”弗林克解释道，他是纽约大学格罗斯曼医学院神经病学系和坦登工程学院的副教授。
在研究过程中，研究人员收集了3200多次电脑活动记录，同时患者参与各种声音任务，并在手术的计划性中断期间进行。这些参与者的脑中插入了约200个探头，主要用于监测与癫痫发作相关的电活动。研究团队随后使用计算机模型来评估和预测与言语期间的附带放电相关的活跃区域，以追踪这一放电。
参与者完成了诸如重复“气球”这样的单词、填补“男孩吹起了一个…？”的句子以及使用同一个词描述气球的图像等练习。
每个任务都挑战患者在保持对周围视觉和听觉环境的意识的同时，忽视他们听到的单词，从而专注于口头表达同一个词。
该研究大多数参与者为30和40岁的男性和女性，并于2019年在纽约大学朗格尼开始录音。患者大脑大多数子区域的电活动在他们对他人朗读句子的录音作出反应时被记录下来。这些音频反馈会议旨在安全地调查人类大脑如何学习和处理语言。
弗林克指出，团队计划进行进一步测试，以评估附带放电电路是否在刺激大脑诱发幻觉之前立即被激活。此外，他们还计划与精神病医生合作，探索非侵入性的方法在精神分裂症患者中测试这些信号。
这项研究得到了国家科学基金会的HS-1912286号资助，以及国立卫生研究院的R01NS109367号和R01NS115929号资助。
参与这个研究的还有来自纽约大学朗格尼和NYU坦登的共同研究员冉王、陈旭鹏、余乐瑶、帕特里夏·杜根、丹尼尔·弗里德曼、维尔纳·道尔、奥林·德文斯基和王耀。
