近(3)日，哈佛醫學院(Harvard Medical School)的神經科學團隊，發現在大腦前額葉的語言區中，單一神經元對語言訊息反應證據，這些神經元能夠選擇性地回應特定單字語義。這是科學家首次在人類單細胞的層級，證實人腦如何精確處理語言訊息，並進一步產闡明在語言理解過程中，細胞層次作用。該研究對未來語言相關腦機介面的開發有很大的幫助，研究論文發表於頂尖期刊《Nature》。

本次由哈佛醫學院助理教授Ziv M. Williams領導的團隊，招募了十名即將接受癲癇手術的病人，在其大腦中植入電極，以確定癲癇發作的根源；這些電極能夠記錄每個人前額葉皮質中，約300個神經元的活動。

除了癲癇外，研究人員也同步透過這些受試者研究人腦對語言的處理功能，他們讓受試者聆聽共包含約450個單字的多組短句子，同時記錄這些神經元的放電情形，接著分析出其中具有相似的規則。

研究人員表示，雖然他們只在共含有數十億個神經元的前額葉皮質中，記錄了一小部分神經的活動，但他們發現，受試者聆聽到每個單字時，該區約會有2~3個不同的神經元放電。

他們進一步針對在不同單字間，皆會被活化的相同神經元進行了研究，發現具有相似屬性，或是彼此意思有所關聯的單字，會活化同一組神經元放電，例如：「鴨子」和「雞蛋」所觸發的神經元有部分相同；「小鼠」(mouse)和「大鼠」(rat)所觸發的神經元活動也比「小鼠」(mouse)和「胡蘿蔔」(carrrot)觸發的模式更相近；對如「上面」和「後面」等表示抽象空間關係的單字，也有其他組相應神經元產生反應。

這些大腦對單字的分類反應，在不同受試者之間是相似的，這顯示不同個體大腦對於詞義分組的方式相似，且這些神經元並非透過「聲音」來區分單字，而是透過它們的意義來區分。例如，當受試者在句子中聽到「兒子」(son)時，其腦中對其他家庭成員有反應的神經會被活化，但在聽到與son相似發音的「sun」(太陽)時，這些神經元則不會有反應。

此外，這些神經元的活動，並非將單字作為固定的記憶表徵(memory representations)來回應，而是高度動態的，會根據特定的句子上下文所反映出的單字含義回應。

研究人員表示，他們甚至在不確定受試者聽到什麼字詞的情況下，透過觀察神經元放電，就能了解受試者聽到的內容，例如猜測他們聽到的一個句子中，按順序包含動物、動作和食物等。

當人們從耳朵聽見語言、在大腦聽覺皮質區處理聲音訊息時，前額葉皮質的語言區會負責「計算」出語言中單字的語義。研究團隊認為，由於直接記錄神經元活動，相較於核磁共振(MRI)等影像學方式更為快速，這項能快速從神經元訊號理解語言的研究成果，有助於未來腦機介面開發，像是幫助腦部受傷而失去語言能力的人復健等。

參考資料：

1.論文原文：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07643-2

2.https://www.nature.com/articles/d41586-024-02146-6

(報導/巫芝岳)