Forstå? Dine hjernesignaler vil fortælle

Husk stemmen til Charlie Browns lærer:"Wha wha wha wha ..."? Nogle gange kan vi høre nogen tale, men det betyder ikke altid, at vi stiller ind. Nu har neurovidenskabsfolk fundet en måde at registrere hjernesignaler, der angiver, hvornår en person rent faktisk forstår tale.

Teknikken, som anvender maskinlæring, repræsenterer et fremskridt i brugen af ​​relativt billig EEG (elektroencefalografi) teknologi (tænk skallekapsel udstyret med kablede elektroder) til at overvåge elektrisk hjerneaktivitet og vurdere forståelse. Fremgangsmåden kunne tilbyde et følsomt mål for sprogudvikling hos spædbørn og forståelse blandt patienter, herunder dem i en reduceret bevidsthedstilstand.

"Talen er virkelig fantastisk, men vi er så vant til det, og vores hjerner er så gode til at forstå en jævn strøm af ord, at vi ofte tager det for givet, "siger Edmund Lalor, lektor i biomedicinsk teknik og neurovidenskab ved University of Rochester og Trinity College Dublin. Lalor, der havde tilsyn med undersøgelsen, der blev offentliggjort i marts 2018 i tidsskriftet Current Biology, påpeger, at ord ruller af de fleste højttalers tunger ved et imponerende klip - omkring 120 til 200 ord i minuttet. Vores hjerner, når den er opmærksom, har lidt problemer med at følge med og fortolke lydene som stavelser, ord, afsnit og betydning.

For at opdage, hvor meget behandling der sker, når vi fortolker tale, Lalor og kolleger, herunder kandidatstuderende og hovedforfatter, Michael Broderick, først anvendte maskinlæring til lydbogoptagelser og adresser af tidligere præsident Barack Obama for at evaluere, hvornår vigtige øjeblikke af forståelse skulle forekomme. "Machine learning endte med at producere en stor lang vektor med tal for hvert ord, "Lalor siger." Et ord med høj talværdi har stor betydning og burde fremkalde et stærkere EEG -svar. "Maskinindlæringens aflæsning tilpasset EEG -aflæsninger fra hjernen hos mennesker, der lytter til de samme optagelser, han siger. Stigninger i elektrisk ladning fra hjernen svarede til vigtige øjeblikke af forståelse.

For yderligere at teste, at piggerne i elektriske signaler svarede til, hvad folk hørte, holdet tog EEG -aflæsninger i andre situationer, hvor lytningen blev kompromitteret. I en, baggrundsstøj gjorde det svært at høre højttaleren, og lytterens hjernesignaler viste et svagere svar (forståelsen blev forbedret, da lytteren også kunne se en video af højttaleren). I et andet forsøg, lytterens opmærksomhed blev forvirret af den konkurrerende lyd fra en anden fortæller, der fortæller en anden historie på samme tid. "Dette simulerer et virkeligt miljø, hvor du er i et støjende rum, og du skal fokusere din opmærksomhed på en højttaler og ignorere alle andre omkring dig, "forklarer Broderick. I det støjende barlignende scenario, forsøgspersonens EEG -aflæsninger viste også nedsat forståelse.

Endelig, holdet spillede lydbogsoptagelser baglæns. I disse tests, Broderick siger, hjernens reaktion "forsvandt", fordi lydene tydeligvis ikke gav mening for lytterne.

Praksisen med at opdage forståelse ved hjælp af EEG'er er ikke ny. Siden begyndelsen af ​​1980'erne har forskere har påvist EEG -pigge, når folk hører uventede ord i en serie. Det såkaldte N400-svar ses typisk omkring 400 millisekunder efter det inkongruente ord er hørt. Problemet, siger Lalor, er i fortolkningen af ​​betydningen af ​​N400 -signalet.

"Du giver folk en sætning som 'tandlægen fortalte mig at børste mit træ, 'og den har denne mærkelige krænkelse i sig, og så reagerer din hjerne. Folk diskuterer stadig, hvad det svar kan betyde, "Lalor siger." Hvad der er anderledes ved vores er, at det er bygget på en vurdering af betydningen af ​​hvert ord i kontekst. Så det kan give os mulighed for bedre at forstå forskellige aspekter af sproglig behandling. "

Mens Lalor indrømmer, at deres model kunne forfines, han foreslår, at EEG -testene, som er meget billigere og mere tilgængelige end MR'er, kunne finde flere nyttige applikationer. Forældre, der kan være bekymrede for deres barns udvikling, kan anmode dem om børn, selv så unge som 18 måneder, når den tidlige sprogforståelse begynder. På det stadium, EEG -aflæsninger bør signalere en vis grundlæggende sprogforståelse, Siger Lalor. Hvis de ikke gør det, det kan være et tidligt tegn på et sprogproblem, som måske ikke ville blive diagnosticeret før i en senere alder.

Testen kunne også tilbyde en billig måde at evaluere patienter i en tilsyneladende vegetativ tilstand. Lalor siger, at det kunne være lige så enkelt som at fastgøre elektroder til en patient, få dem til at lytte til en lydbog i en time og derefter køre analyse. Damian Cruse, en psykolog ved U.K.s University of Birmingham, der har analyseret hjernefunktion blandt mennesker med kompromitteret bevidsthed, kaldte holdets metode "meget lovende, "tilføjer, at tilgange som disse kunne" give familier og omsorgspersoner vital information. "

Ser man på fremtiden, Lalor forestiller sig endda at udvikle bærbare EEG -tests, der umiddelbart kunne læse om, hvorvidt, sige, en soldat i et slagmark, eller en pilot i et travlt luftrum ikke kun hører instruktioner, men - i modsætning til eleverne i Charlie Browns klasseværelse - også registrere dem.

"Hvis signalerne er der, " han siger, "så ved du, at de forstår."

Miss Othmar er navnet på Linus van Pells lærer i "Peanuts". Hun optrådte første gang i tegneserien den 5. oktober, 1959, og lige fra begyndelsen havde Linus en enorm forelskelse i hende.