Sebuah studi baru yang memanfaatkan probe Neuropixels yang canggih, memberikan wawasan tentang bagaimana neuron otak memungkinkan perumusan dan ekspresi verbal pikiran, mengungkap perencanaan pra-verbal dari bunyi ujaran. Penelitian terobosan ini, yang menawarkan potensi untuk mengembangkan prostetik bicara dan meningkatkan pengobatan gangguan bahasa, menggarisbawahi kompleksitas dan efisiensi kemampuan produksi bahasa otak.
Hasilnya dapat digunakan untuk menciptakan terapi inovatif untuk gangguan bicara dan bahasa.
Sebuah studi baru-baru ini yang dilakukan oleh para peneliti Rumah Sakit Umum Massachusetts (MGH) telah menggunakan metode perekaman otak yang canggih untuk mengungkap fungsi kolaboratif neuron di otak manusia, memungkinkan individu merumuskan pemikiran mereka ke dalam kata-kata dan kemudian mengartikulasikannya secara verbal.
Bersama-sama, temuan ini memberikan peta rinci tentang bagaimana bunyi ucapan seperti konsonan dan vokal direpresentasikan di otak jauh sebelum diucapkan dan bagaimana bunyi tersebut dirangkai selama produksi bahasa.
Karya yang diterbitkan di Alammengungkap wawasan tentang neuron otak yang memungkinkan produksi bahasa, dan yang dapat mengarah pada peningkatan dalam pemahaman dan pengobatan gangguan bicara dan bahasa.
“Meskipun berbicara biasanya tampak mudah, otak kita melakukan banyak langkah kognitif kompleks dalam produksi ucapan alami—termasuk menghasilkan kata-kata yang ingin kita ucapkan, merencanakan gerakan artikulatoris, dan menghasilkan vokalisasi yang kita inginkan,” kata penulis senior Ziv Williams. MD, seorang profesor di bidang Bedah Saraf di MGH dan Harvard Medical School.
“Otak kita melakukan hal ini dengan sangat cepat—sekitar tiga kata per detik dalam ucapan alami—dengan sangat sedikit kesalahan. Namun bagaimana tepatnya kami mencapai prestasi ini masih menjadi misteri.”
Terobosan Teknologi dalam Perekaman Neuronal
Ketika mereka menggunakan teknologi mutakhir yang disebut probe Neuropixels untuk merekam aktivitas neuron tunggal di korteks prefrontal, wilayah frontal otak manusia, Williams dan rekan-rekannya mengidentifikasi sel-sel yang terlibat dalam produksi bahasa dan mungkin mendasari kemampuan tersebut. berbicara. Mereka juga menemukan bahwa ada kelompok neuron terpisah di otak yang didedikasikan untuk berbicara dan mendengarkan.
“Penggunaan probe Neuropixels pada manusia pertama kali dirintis di MGH. Alat pendeteksi ini luar biasa—ukurannya lebih kecil dari lebar rambut manusia, namun alat ini juga memiliki ratusan saluran yang mampu secara bersamaan merekam aktivitas lusinan atau bahkan ratusan neuron individu,” kata Williams yang bekerja untuk mengembangkan alat perekam ini. teknik dengan Sydney Cash, MD, PhD, seorang profesor Neurologi di MGH dan Harvard Medical School, yang juga membantu memimpin penelitian. “Oleh karena itu, penggunaan probe ini dapat memberikan wawasan baru yang belum pernah ada sebelumnya tentang bagaimana neuron pada manusia bertindak secara kolektif dan bagaimana mereka bekerja sama untuk menghasilkan perilaku manusia yang kompleks seperti bahasa.”
Menguraikan Elemen Pidato
Studi tersebut menunjukkan bagaimana neuron di otak mewakili beberapa elemen paling dasar yang terlibat dalam menyusun kata-kata yang diucapkan—mulai dari bunyi ucapan sederhana yang disebut fonem hingga penyusunannya menjadi rangkaian yang lebih kompleks seperti suku kata.
Misalnya, konsonan “da” yang dihasilkan dengan menyentuhkan lidah ke langit-langit keras di belakang gigi, diperlukan untuk menghasilkan kata dog.
Dengan merekam neuron individu, para peneliti menemukan bahwa neuron tertentu menjadi aktif sebelum fonem ini diucapkan dengan lantang. Neuron lain mencerminkan aspek konstruksi kata yang lebih kompleks seperti penyusunan fonem tertentu menjadi suku kata.
Dengan teknologi yang mereka miliki, para peneliti menunjukkan bahwa kita dapat dengan andal menentukan bunyi ujaran yang akan diucapkan seseorang sebelum mereka mengartikulasikannya.
Dengan kata lain, para ilmuwan dapat memperkirakan kombinasi konsonan dan vokal apa yang akan dihasilkan sebelum kata-kata tersebut benar-benar diucapkan. Kemampuan ini dapat dimanfaatkan untuk membangun prostetik buatan atau antarmuka otak-mesin yang mampu menghasilkan ucapan sintetis, yang dapat bermanfaat bagi banyak pasien.
“Gangguan dalam jaringan bicara dan bahasa diamati pada berbagai gangguan neurologis—termasuk stroke, cedera otak traumatis, tumor, gangguan neurodegeneratif, gangguan perkembangan saraf, dan banyak lagi,” kata Arjun Khanna yang merupakan salah satu penulis studi tersebut. “Harapan kami adalah pemahaman yang lebih baik tentang sirkuit saraf dasar yang memungkinkan kemampuan bicara dan bahasa akan membuka jalan bagi pengembangan pengobatan untuk gangguan ini.”
Para peneliti berharap untuk memperluas penelitian mereka dengan mempelajari proses bahasa yang lebih kompleks yang akan memungkinkan mereka menyelidiki pertanyaan terkait bagaimana orang memilih kata-kata yang ingin mereka ucapkan dan bagaimana otak menyusun kata-kata menjadi kalimat yang menyampaikan pikiran dan perasaan seseorang kepada orang lain. .
Referensi: “Elemen neuron tunggal dalam produksi ucapan pada manusia” oleh Arjun R. Khanna, William Muñoz, Young Joon Kim, Yoav Kfir, Angelique C. Paulk, Mohsen Jamali, Jing Cai, Martina L. Mustroph, Irene Caprara, Richard Hardstone , Mackenna Mejdell, Domokos Meszéna, Abigail Zuckerman, Jeffrey Schweitzer, Sydney Cash dan Ziv M. Williams, 31 Januari 2024, Alam.
DOI: 10.1038/s41586-023-06982-w
Penulis tambahan termasuk William Munoz, Young Joon Kim, Yoav Kfir, Angelique C. Paulk, Martina L Mustroph, Jing Cai, Martina L Mustroph, Irene Caprara, Richard Hardstone, Mackenna Mejdell, Domokos Meszena, Abigail Zuckerman, dan Jeffrey Schweitzer.
Pekerjaan ini didukung oleh Institut Kesehatan Nasional.
