Hersengebied dat de toonhoogte van menselijke spraak bepaalt
Een nieuwe hersenstudie lokaliseert het gebied van de hersenen dat verantwoordelijk is voor ons vermogen om de toonhoogte van onze stem te veranderen. De bevindingen kunnen helpen om een natuurlijker klinkende prothetische strottenhoofd te creëren.
Mensen hebben een strottenhoofd of strottenhoofd, in tegenstelling tot andere primaten.
Als soort kunnen we vloeiende spraak produceren die een emotionele reactie kan uitlokken.
Dit is een uitkomst voor de soort in het algemeen, maar het is een last voor individuen met problemen met hun strottenhoofd.
Voor degenen die geboren zijn en niet kunnen praten of die later in hun leven hun spraak verliezen, kan het gebruik van een robotapparaat alleen zo veel helpen.
Stephen Hawking en zijn spraaksynthesizer is een van de meest opvallende gevallen van een mens die een prothetische strottenhoofd gebruikt.
Maar hoewel de natuurkundige elk woord in het woordenboek kon uitspreken, kon zijn machine geen nadruk leggen op bepaalde woorden of de indruk wekken dat Hawking een vraag stelde in plaats van simpelweg een verklaring te zeggen.
Een groep onderzoekers heeft het potentieel ingezien van een apparaat dat mensen zonder functionerende strottenhoofd een realistisch klinkende stem zou kunnen geven.
Het team - gevestigd aan de Universiteit van Californië, San Francisco - is begonnen met de eerste stappen in de richting van een dergelijke ontdekking door te bepalen welk gebied van de hersenen verantwoordelijk is voor het regelen van de toonhoogte in menselijke spraak.
Het belang van pitch
Pitch stelt ons in staat stemming of nadruk over te brengen tijdens het spreken. Hoge en lage toonhoogtes worden gecreëerd door de trilling van stembanden. Deze worden op hun beurt gecontroleerd door spanning in de plooien die afkomstig zijn van buigende spieren, waardoor een snellere trilling ontstaat.
De studie, die in het tijdschrift is gepubliceerd Cel, bedoeld om te zien welke hersengebieden werden geactiveerd toen verschillende toonhoogtes werden gemaakt. Dit kan alleen worden gedaan door de hersenen van mensen te bestuderen terwijl ze in realtime spreken.
Gelukkig is senior auteur dr. Edward F. Chang een neurochirurg die met een aantal epilepsiepatiënten werkt. De hersenen van sommige van zijn patiënten zijn uitgerust met minuscule elektroden die kunnen helpen bij het bepalen van de oorsprong van een aanval.
Met dezelfde detectiemethode, die bekend staat als elektrocorticografie, rekruteerden de wetenschappers vrijwilligers uit deze groep epilepsiepatiënten.
Ze werden allemaal gevraagd om de volgende zin te herhalen: "Ik heb nooit gezegd dat ze mijn geld had gestolen." Elke keer kregen de deelnemers de opdracht om de nadruk op een ander woord te leggen om de betekenis van de zin (en de toonhoogte van hun stem) te veranderen.
Door de hersenactiviteit nauwkeurig te bestuderen, ontdekte het team dat neuronen in een bepaald hersengebied - de dorsale laryngeale motorische cortex - werden geactiveerd wanneer de toonhoogte werd veranderd. Toen de toonhoogte hoger werd, vertoonde het gebied meer activiteit.
Naast het onderzoeken van activiteit, stimuleerden onderzoekers ook elektrisch gestimuleerde neuronen in dit gebied. Hierdoor gingen de strottenhoofdspieren buigen en bij sommige patiënten zelfs een vocale reactie.
De deelnemers ervoeren ook het terug luisteren naar hun eigen stemmen, wat een reactie op het dorsale gebied veroorzaakte.
Protheses ontwikkelen
De resultaten kunnen wetenschappers helpen erachter te komen hoe het menselijk brein erin slaagt de stemmen van anderen na te bootsen.
Dit zal natuurlijk enigszins verklaren hoe de hersenen van nabootsers werken, maar het is van groter belang; het zou kunnen helpen om een prothetische strottenhoofd te ontwerpen die patiënten een natuurlijke stem geeft, waardoor ze op een meer realistische en minder eentonige manier kunnen spreken.
"Je zou echt graag een prothese hebben om de emotionele inhoud van de spreker te dragen. Het is niet genoeg om alleen de woorden vast te leggen, want zo veel van wat we communiceren, is hoe we iets zeggen. "
Hoofdauteur Benjamin Dichter
De onderzoekers zijn nog niet klaar met hun werk. Naast het bestuderen van hoe een dergelijke prothese ontwikkeld zou kunnen worden, kijken ze ook naar 'reverse engineering' van de toonhoogteregeling van de hersenen.
Dit betekent dat we proberen te voorspellen welk woord wordt benadrukt door de neurale activiteit van de hersenen te bestuderen.
Eén ding is duidelijk: er valt nog veel meer te leren over de menselijke stem.
