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人脑“语义云图”将改造人类记忆思维

时间:2016-12-26 07:50:16 点击:927

  核心提示: 为了更好地理解大脑如何处理语言,来自美国的科学家近期绘制出一幅人脑的&ldquo.语义云图&rdquo.也可以翻成中文版本,只是中文词汇映射到人脑中所对应的脑区可能不同。...
 

 

为了更好地理解大脑如何处理语言,来自美国的科学家近期绘制出一幅人脑的“语义云图”,揭示了脑区是如何被诸如“衣服”或者“外表”这样的词汇所激活而做出反应的。一位不愿透露姓名的中国脑神经专家表示,类似的人脑“语义云图”也可以翻成中文版本,只是中文词汇映射到人脑中所对应的脑区可能不同。

人脑“语义云图”

来自加州大学伯克利分校的研究人员运用功能性核磁共振成像(fMRI)来绘制这幅人脑地图。他们让7名志愿者花两小时去聆听美国广播故事,并同时进行大脑扫描。结果显示,这7名志愿者大脑中反映出的词汇尽管有细微的差别,但所对应的脑区大致相同。

这一运用的突破意味着研究人员未来可以准确地预测人脑对于语言的神经反应,并能帮助那些因为中风或者脑受损以及运动神经元疾病而导致失语的患者。这篇研究文章被作为封面故事发表于自然杂志Nature。

它的突破性在于:过去科学家对大脑如何解释语言的神经影像学研究仅揭示了语义信息是如何在脑区的簇群中形成语义系统的,而这项新的研究则揭示了该语义系统网络更加细节的部分,也就是说画出了近1000个常见的英文词汇是分布在人脑的大脑皮层上的哪个区域的哪个具体位置。

为了绘制大脑语义表达更广泛的地图,伯克利大学的JackGallant教授及其研究小组通过检测血流和含氧量指标,来观察大脑皮层不同区域的活动反应,因为大脑皮层对语言和意识起到关键作用。研究人员用计算机算法对每个常见词与它们所代表的意思的相近程度打分,然后他们使用一个回归模型来估计这些常见的单词在每个志愿者每小部分脑组织产生的反应,并使用这种模型来预测志愿者大脑中的功能磁共振成像反应。该模型能够准确预测大脑中不同区域的大脑活动,包括颞叶皮层、顶叶皮层和前额叶皮质等部位。

下一步,研究者确定了每个皮质部分代表的语义信息类型。他们使用三维合成信息绘制了在大脑中色彩编码的语义地图。在不同的皮质区域相对应的如人、地方,或视觉特性等概念。最后,Gallant教授的团队开发了一个用计算机方法来将不同的个体中的地图整合到一起产生的一个语义图集。

尽管有些变化,但在个体之间的地图是令人惊讶地相似。作者指出,这可能是由于样本比较小和平均,都是加州大学伯克利分校的研究生。

另一个令人吃惊的发现是:所研究的人的脑半球之间功能性对称,这和几十年来研究发现的脑损伤患者在语言处理中显示的左半球偏差相矛盾。地图还显示,很多脑区中对词汇的理解反应为对人和社会关系所描述的语言,而不是抽象的概念。

但是也有一些词汇因为其意思的不同,反映在不同的人脑地图上。比如“top”这个词,它有衣服和外表的意思,但是也有数字和测量的意思。AlexHuth教授作为该研究报告的主要作者,也参与了志愿者的聆听实验。他表示:“我们建立的语义模型能够准确预测当人们听到一个词汇后,大脑中所反映出来的对该词汇的理解。”基于这个人脑云图,科学家们能够跟踪有交流障碍患者的大脑活动,并与该地图相对应,来获取患者想要表达的信息。

重塑记忆思维

中科院脑神经研究所研究精神疾病和脑神经成像的专家王征对《第一财经日报》记者表示:“这一研究可能对使用人工智能技术进行语音语言识别有帮助,尤其是数据的处理方法值得借鉴。”针对这一语义云图是否能够“翻译”成中文,该专家表示,由于大脑对中文和英文的编码不一样,因此中文对应的脑区可能不同,但是方法是一样的。

威盛电子语音交互部门研发总监张国峰对《第一财经日报》表示:“该研究对人工神经网络的结构具有一定的指导意义,对窥探人的思维很有效,也对抑郁症、自闭症等精神类疾病的治疗很有帮助。未来甚至可以通过修改神经连接改造人的记忆或者思维。”

张国峰举了个例子。有个患者因为车祸大脑受伤,恢复后其他一切功能都正常,但是只要见到自己的亲人就觉得他们是冒充的。后来脑神经学家发现,这是因为该患者大脑中负责人脸识别的部分和负责亲切感的部分连接断了。因此他能够识别亲人,却无法产生亲切感,所以才会产生陌生的感觉,认为他们是冒充的。但是闭上眼睛他就不会觉得亲人是假冒的,因为语音识别和亲切感的部分的连接还是存在的。“有了大脑地图,通过介入技术修改一下神经元的连接,真的可以改变很多。”张国峰对《第一财经日报》记者表示。

而借助核磁共振的技术,人类已经可以实时高精度扫描大脑区域活动情况。张国峰认为,“这对人类大脑的研究将产生巨大的影响。“

但是Gallant教授表示,由于实验样本的数量较少,因此该研究结果有局限性。下一步将会对更大范围、更多样化的样本进行研究,以发现不同样本之间的细节差异。

作者:谜探索网 来源:网络
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