Nieuwe Inzichten in de Werking van Spraak in de Menselijke Hersenen

Een recente studie geleid door onderzoekers van het Massachusetts General Hospital, dat gelieerd is aan Harvard, toont aan hoe neuronen in de menselijke hersenen samenwerken om mensen in staat te stellen na te denken over welke woorden ze willen zeggen en deze vervolgens hardop uit te spreken.

De bevindingen bieden een gedetailleerde kaart van hoe spraakklanken zoals medeklinkers en klinkers worden gerepresenteerd in de hersenen, nog voordat ze worden uitgesproken, en hoe ze tijdens de spraakproductie aan elkaar worden geregen.

Deze bevindingen kunnen leiden tot verbeteringen in het begrijpen en behandelen van spraak- en taalstoornissen.

Onderzoeksleider Ziv Williams, universitair hoofddocent neurochirurgie aan MGH en Harvard Medical School, legt uit: “Hoewel spreken meestal eenvoudig lijkt, verrichten onze hersenen veel complexe cognitieve stappen bij het produceren van natuurlijke spraak, inclusief het bedenken van de woorden die we willen zeggen, het plannen van de bewegingen van de articulatie en het voortbrengen van onze bedoelde vocalisaties. Onze hersenen voeren deze taak verrassend snel uit – ongeveer drie woorden per seconde in natuurlijke spraak – met opvallend weinig fouten. Maar hoe we precies dit voor elkaar krijgen, is altijd een mysterie gebleven.”

Door het gebruik van geavanceerde technologie genaamd Neuropixels-probes, waarmee de activiteit van individuele neuronen in de prefrontale cortex, een frontaal gebied van de menselijke hersenen, kan worden geregistreerd, hebben Williams en zijn collega’s cellen geïdentificeerd die betrokken zijn bij taalproductie en mogelijk ten grondslag liggen aan het vermogen om te spreken. Ze ontdekten ook dat er aparte groepen neuronen in de hersenen zijn die zich richten op spreken en luisteren.

De onderzoekers hebben aangetoond hoe neuronen enkele van de meest fundamentele elementen representeren die betrokken zijn bij het construeren van gesproken woorden – van eenvoudige spraakklanken, ook wel fonemen genoemd, tot de samenstelling ervan tot complexere reeksen, zoals lettergrepen.

Bijvoorbeeld, de medeklinker “da,” die wordt geproduceerd door de tong tegen het harde gehemelte achter de tanden te plaatsen, is nodig om het woord “hond” voort te brengen. Door individuele neuronen op te nemen, ontdekten de onderzoekers dat bepaalde neuronen actief worden voordat dit foneme hardop wordt uitgesproken. Andere neuronen weerspiegelen meer complexe aspecten van woordconstructie, zoals de specifieke samenstelling van fonemen in lettergrepen.

Met hun technologie hebben de onderzoekers aangetoond dat het mogelijk is om de spraakklanken die mensen zullen uiten betrouwbaar te bepalen voordat ze ze daadwerkelijk uitspreken. Met andere woorden, wetenschappers kunnen voorspellen welke combinatie van medeklinkers en klinkers zal worden geproduceerd voordat de woorden daadwerkelijk worden uitgesproken. Deze mogelijkheid zou kunnen worden benut om kunstmatige protheses of hersen-machine interfaces te ontwikkelen die in staat zijn tot het produceren van synthetische spraak, wat ten goede zou komen aan verschillende groepen patiënten.

Het begrijpen van het basale neurale circuits die spraak en taal mogelijk maken, kan bijdragen aan de ontwikkeling van behandelingen voor verschillende neurologische stoornissen, zoals beroerte, traumatisch hersenletsel, tumoren, neurodegeneratieve aandoeningen en neurologische ontwikkelingsstoornissen.

De onderzoekers hopen hun werk uit te breiden door complexere taalprocessen te bestuderen, die hen in staat zullen stellen vragen te onderzoeken met betrekking tot hoe mensen de woorden kiezen die ze willen zeggen en hoe de hersenen woorden samenvoegen tot zinnen die de gedachten en gevoelens van een individu aan anderen overbrengen.

Veelgestelde vragen (FAQ)

Wat heeft een recente studie aangetoond over de samenwerking van neuronen in de hersenen?
Een recente studie geleid door onderzoekers van het Massachusetts General Hospital en Harvard heeft aangetoond hoe neuronen in de menselijke hersenen samenwerken bij spraakproductie. Het beschrijft hoe neuronen spraakklanken representeren en hoe deze worden gecombineerd om woorden te vormen.

Hoe kunnen deze bevindingen bijdragen aan de behandeling van spraak- en taalstoornissen?
De bevindingen kunnen leiden tot verbeteringen in het begrijpen en behandelen van spraak- en taalstoornissen. Door de basale neurale circuits die spraak en taal mogelijk maken te begrijpen, kunnen behandelingen worden ontwikkeld voor verschillende neurologische stoornissen die spraak en taal beïnvloeden.

Wat wordt bedoeld met “fonemen”?
“Fonemen” zijn de eenvoudige spraakklanken die worden gebruikt om woorden te vormen. Bijvoorbeeld, de medeklinker “da” is nodig om het woord “hond” voort te brengen.

Hoe hebben de onderzoekers de spraakklanken geanalyseerd?
Met behulp van geavanceerde technologie genaamd Neuropixels-probes hebben de onderzoekers de activiteit van individuele neuronen in de prefrontale cortex van de menselijke hersenen geregistreerd. Hierdoor konden ze de representatie van spraakklanken in de hersenen onderzoeken.

Wat kunnen de voorspellingen van spraakklanken voor de toekomst betekenen?
De onderzoekers hebben aangetoond dat het mogelijk is om de spraakklanken die mensen zullen uiten betrouwbaar te voorspellen voordat ze daadwerkelijk worden uitgesproken. Deze mogelijkheid kan worden benut om kunstmatige protheses of hersen-machine interfaces te ontwikkelen die in staat zijn tot het produceren van synthetische spraak, wat ten goede zou komen aan verschillende groepen patiënten.

Welke neurologische stoornissen kunnen baat hebben bij het begrijpen van neurale circuits van spraak en taal?
Het begrijpen van de neurale circuits die spraak en taal mogelijk maken, kan bijdragen aan de ontwikkeling van behandelingen voor verschillende neurologische stoornissen, zoals beroerte, traumatisch hersenletsel, tumoren, neurodegeneratieve aandoeningen en neurologische ontwikkelingsstoornissen.

Zijn er plannen om verder onderzoek te doen?
De onderzoekers hopen hun werk uit te breiden door complexere taalprocessen te bestuderen. Dit zou hen in staat stellen vragen te onderzoeken met betrekking tot hoe mensen de woorden kiezen die ze willen zeggen en hoe de hersenen woorden samenvoegen tot zinnen die de gedachten en gevoelens van een individu aan anderen overbrengen.

Suggesties voor gerelateerde links:
Massachusetts General Hospital
Harvard Medical School