Hjärnområde som styr tonhöjden för mänskligt tal avslöjat
En ny hjärnstudie lokaliserar den hjärnregion som är ansvarig för vår förmåga att ändra vår röst. Resultaten kan bidra till att skapa en mer naturlig klangprotes.
Människor har en röstlåda eller struphuvud, till skillnad från alla andra primater.
Som art kan vi producera flytande tal som kan framkalla ett emotionellt svar.
Det här är en gudagåva för arten i allmänhet, men det är en börda för individer med problem med struphuvudet.
För dem som antingen är födda som inte kan prata eller som förlorar sitt tal senare i livet, kan det bara hjälpa så mycket att använda en robotanordning.
Stephen Hawking och hans röstsynthesizer är ett av de mest anmärkningsvärda fallet för en människa som använder en protetisk röstlåda.
Men även om fysikern kunde tala något ord i ordboken, kunde hans maskin inte lägga tonvikten på vissa ord eller ge intryck av att Hawking ställde en fråga snarare än att bara säga ett uttalande.
En grupp forskare har insett potentialen för en anordning som kan ge dem utan en fungerande röstlåda en realistisk klingande röst.
Teamet - baserat vid University of California, San Francisco - har startat de första stegen mot en sådan upptäckt genom att bestämma vilket hjärnområde som är ansvarigt för att kontrollera tonhöjd i mänskligt tal.
Betydelsen av tonhöjd
Pitch tillåter oss att förmedla humör eller betoning när vi pratar. Höga och låga tonhöjder skapas av stämbandens vibrationer. Dessa styrs i sin tur av spänningar i veck som kommer från böjande muskler, vilket orsakar en snabbare vibration.
Studien, som publicerades i tidskriften Cell, syftade till att se vilka hjärnområden som aktiverades när olika tonhöjder skapades. Detta kunde bara göras genom att studera människors hjärnor när de talar i realtid.
Lyckligtvis är seniorförfattaren Dr. Edward F. Chang en neurokirurg som arbetar med ett antal epilepsipatienter. Några av hans patients hjärnor är utrustade med små elektroder som kan hjälpa till att bestämma ursprunget till ett anfall.
Med samma detektionsmetod, som kallas elektrokortikografi, rekryterade forskarna volontärer från denna grupp epilepsipatienter.
De ombads alla att upprepa följande mening: "Jag sa aldrig att hon stal mina pengar." Varje gång instruerades deltagarna att lägga tonvikten på ett annat ord för att ändra meningens mening (och tonhöjd för deras röst).
Genom att noggrant studera hjärnaktivitet fann teamet att nervceller i ett visst hjärnområde - den ryggbensmotoriska cortex - aktiverades när tonhöjden förändrades. När tonhöjden blev högre visade området mer aktivitet.
Förutom att undersöka aktiviteten stimulerade forskare också neuroner i detta område. Detta ledde till att struphuvudets muskler böjdes och till och med föranledde ett röstsvar hos vissa patienter.
Deltagarna upplevde också att lyssna tillbaka till sina egna röster, vilket orsakade ett svar i ryggområdet.
Utvecklar proteser
Resultaten kan hjälpa forskare att räkna ut hur den mänskliga hjärnan lyckas härma andras röster.
Naturligtvis kommer detta att gå något för att förklara hur hjärnorna hos efterliknande fungerar, men det har större betydelse; det kan hjälpa till att konstruera en protesröstlåda som ger patienterna en naturlig röst, så att de kan tala på ett mer realistiskt och mindre monotont sätt.
"Du skulle verkligen vilja ha en protes för att bära talarens känslomässiga innehåll. Det räcker inte att bara fånga orden för så mycket av det vi kommunicerar är hur vi säger något. ”
Huvudförfattare Benjamin Dichter
Forskarna har ännu inte avslutat sitt arbete. Tillsammans med att studera hur en sådan protes kan utvecklas, undersöker de också "omvänd teknik" hjärnans tonhöjdskontroll.
Detta innebär att försöka förutsäga vilket ord som betonas bara genom att studera hjärnans neurala aktivitet.
En sak är tydlig: det finns mycket mer att lära sig om den mänskliga rösten.
