Um novo estudo que utiliza sondas Neuropixels avançadas fornece informações sobre como os neurônios do cérebro permitem a formulação e expressão verbal de pensamentos, revelando o planejamento pré-verbal dos sons da fala. Esta pesquisa inovadora, que oferece potencial para o desenvolvimento de próteses de fala e para melhorar tratamentos para distúrbios de linguagem, ressalta a complexidade e a eficiência das capacidades de produção de linguagem do cérebro.
Os resultados podem ser utilizados para criar terapias inovadoras para deficiências de fala e linguagem.
Um estudo recente conduzido por investigadores do Massachusetts General Hospital (MGH) utilizou métodos sofisticados de registo cerebral para revelar a função colaborativa dos neurónios no cérebro humano, permitindo aos indivíduos formular os seus pensamentos em palavras e posteriormente articulá-los verbalmente.
Juntas, essas descobertas fornecem um mapa detalhado de como os sons da fala, como consoantes e vogais, são representados no cérebro muito antes de serem falados e como eles são interligados durante a produção da linguagem.
A obra, publicada em Naturezarevela insights sobre os neurônios do cérebro que permitem a produção da linguagem e que podem levar a melhorias na compreensão e no tratamento de distúrbios da fala e da linguagem.
“Embora falar geralmente pareça fácil, nossos cérebros realizam muitas etapas cognitivas complexas na produção da fala natural – incluindo encontrar as palavras que queremos dizer, planejar os movimentos articulatórios e produzir as vocalizações pretendidas”, diz o autor sênior Ziv Williams, MD, professor associado de Neurocirurgia no MGH e na Harvard Medical School.
“Nossos cérebros realizam essas façanhas com uma rapidez surpreendente – cerca de três palavras por segundo na fala natural – com notavelmente poucos erros. No entanto, como exatamente alcançamos esse feito permanece um mistério.”
Avanços tecnológicos na gravação neuronal
Quando usaram uma tecnologia de ponta chamada sondas Neuropixels para registrar as atividades de neurônios individuais no córtex pré-frontal, uma região frontal do cérebro humano, Williams e seus colegas identificaram células que estão envolvidas na produção da linguagem e que podem estar subjacentes à capacidade de falar. Eles também descobriram que existem grupos separados de neurônios no cérebro dedicados a falar e ouvir.
“O uso de sondas Neuropixels em humanos foi pioneiro no MGH. Estas sondas são notáveis – são mais pequenas do que a largura de um fio de cabelo humano, mas também têm centenas de canais que são capazes de registar simultaneamente a actividade de dezenas ou mesmo centenas de neurónios individuais”, diz Williams, que trabalhou para desenvolver estes registos. técnicas com Sydney Cash, MD, PhD, professor de Neurologia no MGH e na Harvard Medical School, que também ajudou a liderar o estudo. “O uso dessas sondas pode, portanto, oferecer novos insights sem precedentes sobre como os neurônios humanos agem coletivamente e como trabalham juntos para produzir comportamentos humanos complexos, como a linguagem.”
Decodificando Elementos de Fala
O estudo mostrou como os neurônios no cérebro representam alguns dos elementos mais básicos envolvidos na construção de palavras faladas – desde simples sons da fala chamados fonemas até sua montagem em cadeias mais complexas, como sílabas.
Por exemplo, a consoante “da”, que é produzida tocando a língua no palato duro atrás dos dentes, é necessária para produzir a palavra cachorro.
Ao registrar neurônios individuais, os pesquisadores descobriram que certos neurônios se tornam ativos antes que esse fonema seja pronunciado em voz alta. Outros neurônios refletiam aspectos mais complexos da construção de palavras, como a montagem específica de fonemas em sílabas.
Com a sua tecnologia, os investigadores mostraram que é possível determinar com segurança os sons da fala que os indivíduos dirão antes de articulá-los.
Em outras palavras, os cientistas podem prever que combinação de consoantes e vogais será produzida antes que as palavras sejam realmente faladas. Esta capacidade poderia ser aproveitada para construir próteses artificiais ou interfaces cérebro-máquina capazes de produzir fala sintética, o que poderia beneficiar uma série de pacientes.
“As perturbações nas redes de fala e linguagem são observadas numa ampla variedade de distúrbios neurológicos – incluindo acidente vascular cerebral, lesão cerebral traumática, tumores, distúrbios neurodegenerativos, distúrbios do neurodesenvolvimento e muito mais”, diz Arjun Khanna, coautor do estudo. “Nossa esperança é que uma melhor compreensão dos circuitos neurais básicos que permitem a fala e a linguagem prepare o caminho para o desenvolvimento de tratamentos para esses distúrbios”.
Os pesquisadores esperam expandir seu trabalho estudando processos de linguagem mais complexos que lhes permitirão investigar questões relacionadas a como as pessoas escolhem as palavras que pretendem dizer e como o cérebro reúne palavras em frases que transmitem os pensamentos e sentimentos de um indivíduo a outros. .
Referência: “Elementos neuronais únicos da produção da fala em humanos” por 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 e Ziv M. Williams, 31 de janeiro de 2024, Natureza.
DOI: 10.1038/s41586-023-06982-w
Autores adicionais incluem 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 e Jeffrey Schweitzer.
Este trabalho foi apoiado pela Instituto Nacional de Saúde.
