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Universidad de California - San Francisco
Secretos del lenguaje humano uncoveredWork en UCSF muestra cerebro ejerce control sinfonía como de tracto vocal durante el acto de hablar
Un equipo de investigadores de la Universidad de California San Francisco ha descubierto las bases neurológicas del control motor del habla, el complejo de la actividad coordinada de las regiones del cerebro que controla nuestros diminutos labios, la mandíbula, la lengua y la laringe mientras hablamos.
Descrito de esta semana en la journalNature, el trabajo tiene implicaciones potenciales para el desarrollo de interfaces de ordenador-cerebro para la comunicación de voz artificial y para el tratamiento de los trastornos del habla. También arroja luz sobre una habilidad que es exclusiva de los humanos entre los seres vivos, pero poco conocido.
"Hablando es tan fundamental para lo que somos como seres humanos - casi todos de nosotros aprendemos a hablar", dijo el autor principal, Edward Chang, MD, neurocirujano en el Centro de Epilepsia de la UCSF y un miembro de la facultad en el Centro de UCSF de Neurociencia Integrativa. "Pero es probablemente el más complejo de la actividad motora que hacemos."
La complejidad viene del hecho de que el lenguaje oral requiere el esfuerzo coordinado de numerosas "articuladores" en el tracto vocal - los labios, la lengua, la mandíbula y laringe - pero los científicos no han entendido cómo los movimientos de estos articuladores distintos están coordinados con precisión en el cerebro .
Para entender cómo funciona la articulación del habla, Chang y sus colegas registraron la actividad eléctrica directamente de los cerebros de tres personas sometidas a cirugía cerebral en la UCSF, y utilizan esta información para determinar la organización espacial de la "corteza sensoriomotora discurso", que controla los labios, lengua , la mandíbula, la laringe como una persona habla. Esto les dio un mapa de qué partes del control que las partes del tracto vocal cerebro.
Luego aplicaron un nuevo método sofisticado llamado "espacio de estado" el análisis para observar los complejos patrones espaciales y temporales de la actividad neuronal en la corteza sensoriomotora discurso que jugar como alguien habla. Esto reveló una sorprendente sofisticación en cómo funciona corteza sensoriomotora discurso del cerebro.
Encontraron que esta área cortical tiene una estructura jerárquica y cíclico que ejerce una fracción de segundo, el control-sinfonía como sobre la lengua, la mandíbula, la laringe y los labios.
"Estas propiedades pueden reflejar estrategias corticales para simplificar en gran medida la compleja coordinación de los articuladores en el habla fluida", dijo Kristofer Bouchard, PhD, becario postdoctoral en el laboratorio de Chang, que fue el primer autor en el papel.
De la misma manera que una sinfonía se basa en que todos los jugadores de coordinar sus vísceras, golpes o golpes para hacer música, las demandas de habla acción de varias diversas regiones del cerebro en la corteza sensoriomotora discurso bien-cronometrados.
Mapeo Cerebral en Cirugía de la Epilepsia
Los pacientes que participaron en el estudio fueron todos a la UCSF someterse a una cirugía para los casos graves, la epilepsia intratable. Cirugía cerebral es una poderosa manera de poner fin a la epilepsia en sus pistas, deteniendo potencialmente completamente convulsiones durante la noche, y su éxito está directamente relacionado con la precisión con la que un equipo médico puede mapear el cerebro, la identificación de las piezas exactas de los tejidos responsables de las convulsiones de un individuo y la eliminación de ellos.
El Centro de Epilepsia de la UCSF Comprehensive es un líder en el uso de la monitorización intracraneal avanzada para trazar las regiones del cerebro que causan convulsiones esquivos. La asignación se realiza por la implantación quirúrgica de un conjunto de electrodos por debajo del cráneo en la superficie o de la corteza externa del cerebro y la grabación de la actividad del cerebro con el fin de identificar las partes del cerebro responsable de la desactivación de las convulsiones. En una segunda cirugía de un par de semanas más tarde, los electrodos se retiran y se retira el tejido cerebral malsana que produce las convulsiones.
Esta configuración también permite una rara oportunidad de hacer preguntas básicas sobre cómo funciona el cerebro humano, como la forma en que controla hablar. La base neurológica del control motor del habla ha permanecido desconocido hasta ahora porque los científicos no pueden estudiar los mecanismos del habla en los animales y porque los métodos de imagen no invasivas carecen de la capacidad para resolver el transcurso de tiempo muy rápido de la evolución del articulador, que cambian en centésimas de segundo.
Pero mapeo cerebral quirúrgico puede registrar la actividad neuronal directamente y más rápido que otros métodos no invasivos, que muestra los cambios en la actividad eléctrica del orden de unos pocos milisegundos.
Antes de este trabajo, la mayor parte de lo que los científicos sabían de esta región del cerebro se basa en estudios realizados en la década de 1940, que utilizaron la estimulación eléctrica de los puntos individuales en el cerebro, causando una contracción en los músculos de la cara o la garganta. Este enfoque utilizando la estimulación focal, sin embargo, nunca podría evocar un sonido discurso significativo.
Chang y sus colegas utilizaron un enfoque totalmente diferente para el estudio de la actividad cerebral durante el cerebro de habla natural utilizando los electrodos implantados arrays. Los pacientes leen de una lista de sílabas en inglés - como bah, dee, goo. Los investigadores registraron la actividad eléctrica dentro de su corteza discurso-motor y mostraron cómo las cuentas de modelado del cerebro distintas para diferentes vocales y consonantes en nuestro discurso.
"A pesar de que se utilizó Inglés, encontramos los patrones clave observados fueron los que los lingüistas han observado en los idiomas de todo el mundo - tal vez sugiriendo principios universales por hablar en todas las culturas", dijo Chang.
El artículo, "la organización funcional de la corteza sensoriomotora humana para la articulación del habla" fue escrito por Kristofer E. Bouchard, Nima Mesgarani, Keith Johnson y Edward F. Chang. Al parecer, en la edición de 20 de febrero 2012 de la journalNature. Después de esta fecha, el artículo se puede visitar en: http://dx.doi.org/10.1038/nature11911
Este trabajo fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud a través de subvención # R00-NS065120, # DP2-OD00862 y # R01-DC012379 y por el Ester A. y José Klingenstein Fundación.
UCSF es una universidad líder dedicada a la promoción de la salud en todo el mundo mediante la investigación, la educación avanzado biomédica a nivel de postgrado en las ciencias de la vida y las profesiones de la salud, y la excelencia en la atención al paciente.
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