人类的听觉附带放电始于运动皮层的底部或腹侧部分，该部分称为中央前回（红色），然后向下穿过其褶皱移动到相邻的听觉皮层子区域，称为颞上回（蓝色）。图片来源：美国国家科学院院刊（PNAS）
纽约大学的研究人员绘制了癫痫患者大脑的听觉伴随放电通路，该通路有助于区分自发声音和外部噪音。
该研究确定了运动皮层在管理这些信号中的作用，并通过解释听觉幻觉是这些通路的中断而提供了对精神分裂症的见解。
理解听觉伴随放电针对癫痫患者的实验揭示了大脑的电路，使得大脑能够区分自我产生的声音（比如自己的声音）和背景噪音。
这些信号被称为听觉相关放电，起源和终止于大脑折叠外层或皮质的特定区域。运动皮质负责随意肌肉运动，包括说话时使用的肌肉运动，与控制听觉的听觉皮质协同工作。
进化观点和临床意义从进化的角度来看，区分自己和他人声音的能力可能在生存中发挥了关键作用。这种机制由快速、毫秒级的电信号驱动，帮助蟋蟀等动物辨别自己的交配鸣叫，让鸣禽专注于自己的歌声，让蝙蝠利用回声导航。
这项研究的作者表示，在人类中，该系统的紊乱也被认为是幻听或“幻听”的标志，患有精神分裂症的人无法区分真实声音和外界声音。听觉附带放电信号的紊乱也被认为是口吃的原因。
人类脑信号研究面临的挑战先前的实验已经将这种脑电回路追踪到其他哺乳动物的运动皮层，但该领域一直难以确定人类运动皮层中放电信号的来源。这部分是因为记录人们清醒和说话时的大脑活动很困难，但主要原因是分析记录所需的计算机分析很复杂。
纽约大学对癫痫患者听觉信号的研究这项新研究由纽约大学朗格尼健康中心、其神经科学研究所和纽约大学坦顿工程学院的研究人员领导，神经科学家对八名患有癫痫的成年人进行了声音实验。所有患者均接受了常规手术以确定癫痫发作的来源，并自愿参加单词练习。
该报告于 12 月 3 日发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，描述了研究人员如何绘制来自运动皮层底部或腹侧部分（称为中央前回的亚区）的听觉附带放电信号。随后发现，这些电信号平均持续 120 毫秒，向下移动并穿过中央前回的褶皱，到达相邻的听觉皮层亚区，称为颞上回。
关于精神分裂症的主要发现和见解“我们相信，我们的研究解决了长期以来困扰人类语言理解的一个难题，首次提供了直接证据，证明运动皮层脑回路参与了附带放电，让我们在说话时也能对周围环境保持警觉。”研究首席研究员 Amirhossein Khalilian-Gourtani 博士说，Khalilian-Gourtani 博士是纽约大学格罗斯曼医学院神经病学系的博士后研究员。
“我们的研究结果还为精神分裂症提供了具体的见解，为听觉幻觉的来源提供了一种解释，即由大脑运动皮层和听觉皮层之间的相关放电中断所致。”该研究的高级研究员、神经科学家阿登·弗林克 (Adeen Flinker) 博士说。
“我们和许多其他研究人员怀疑，一些精神分裂症患者无法将自己的声音与他人甚至其他外部刺激区分开来。”纽约大学神经病学系和坦登工程学院副教授弗林克博士说。
研究方法与数据分析作为这项新研究的一部分，研究人员在患者手术期间的计划休息期间记录了超过 3,200 次脑电活动，同时患者完成了一系列语音实验。所有患者的大脑中都插入了 200 多个探针，主要监测与癫痫发作相关的脑电活动。然后，研究小组使用计算机模型来评估和预测在旨在追踪放电的单词实验中，哪些区域在讲话过程中的伴随放电中处于活跃状态。
在一项练习中，患者被要求听一个单词并重复，例如“气球”；在回答“男孩吹了一个……？”这个问题时用同一个词完成一个句子；看一张气球的图片并用同一个词描述它。
每次测试都要求患者调出他们所听到的单词，同时仍然对视觉和听觉环境保持警觉，保持注意力集中，并大声说出同一个单词。
研究参与者大多为 30 多岁和 40 多岁的男性和女性，自 2019 年以来一直在纽约大学朗格尼分校进行记录。研究人员记录了患者大脑大部分亚区内的电活动，因为患者听到自己对其他人大声朗读的语句做出反应。这种音频反馈测试是为了安全地研究人类大脑如何学习和处理语音而开发的。
未来研究方向弗林克博士表示，研究小组计划进行进一步测试，以评估在大脑刺激诱发幻觉之前，伴随放电回路是如何激活的，以及是否激活。他们还计划与精神病学家合作，研究非侵入性方法，以测试精神分裂症患者的信号。
该研究的资金支持由美国国家科学基金会拨款 IIS-1912286 和美国国立卫生研究院拨款 R01NS109367、R01NS115929 和 R01DC018805 提供。
除了 Khalilian-Gourtani 博士和 Flinker 博士之外，参与这项研究的其他纽约大学朗格尼医学中心和纽约大学坦顿医学中心的研究人员还有共同研究员 Ran Wang、Xufeng Chen、Leyao Yu、医学博士 Patricia C. Dugan、医学博士 Daniel Friedman、医学博士 Werner Doyle、医学博士 Orrin Devinsky 和博士 Yao Wang。
参考文献：Amirhossein Khalilian-Gourtani、Ran Wang、Xupeng Chen、Leyao Yu、Patricia Dugan、Daniel Friedman、Werner Doyle、Orrin Devinsky、Yao Wang 和 Adeen Flinker 撰写的“人类语言中的必然放电电路”，2024 年 12 月 3 日，美国国家科学院院刊。DOI：10.1073/pnas.2404121121
来源：纽约大学朗格尼医学中心
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