2022年6月13日，北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院、IDG麥戈文腦科學(xué)研究所王茜助理研究員與首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院神經(jīng)病學(xué)中心王群教授、北京市神經(jīng)外科研究所胡文瀚副主任醫(yī)師合作在國際期刊《Cerebral Cortex》在線發(fā)表題為“Two stages of speech envelope tracking in human auditory cortex modulated by speech intelligibility”的研究論文。研究發(fā)現(xiàn)言語可懂度調(diào)控聽皮層兩個階段的包絡(luò)追隨反應(yīng)：早期的high-γ（60-140 Hz）幅值和晚期的θ（4-8 Hz）相位。
語言感知和理解是一項(xiàng)精密復(fù)雜的大腦活動，其潛在的腦機(jī)制至今尚未破解。本研究利用的sEEG記錄手段是癲癇評估手術(shù)中的“金標(biāo)準(zhǔn)”，是目前具有最高時(shí)空分辨率組合且直接記錄人類大腦活動的技術(shù)。聽皮層包絡(luò)追隨反應(yīng)的強(qiáng)度是否可以表征對語言的理解，本研究引入噪聲合成（noise-vocoding）的技術(shù)構(gòu)建了具有一致言語包絡(luò)信息但卻完全不同可懂度的語句（圖1A），聚焦high-γ和θ振蕩對語句包絡(luò)的追隨，發(fā)現(xiàn)兩者具有不同的追隨特性（圖1B-K）：high-γ表現(xiàn)出較短的追隨延遲時(shí)間（< 100 ms），且偏好于噪聲合成語句；而θ表現(xiàn)出較長的追隨延遲時(shí)間（> 100 ms），且偏好于自然語句。
圖1. （A）噪聲合成語句的構(gòu)建流程圖；（B-K）聽皮層high-γ幅值和θ相位的包絡(luò)追隨反應(yīng)
進(jìn)一步，引用支持向量機(jī)（support vector machines, SVM）的分類模型，我們分別以單試次反應(yīng)的high-γ幅值、θ相位為模型特征，對自然語句和噪聲合成語句進(jìn)行解碼（圖2）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)high-γ幅值的解碼準(zhǔn)確性在初級聽皮層較高，這與其較短的追隨延遲一致；θ相位的解碼準(zhǔn)確性表現(xiàn)出右半球偏側(cè)化；并且θ相位的解碼準(zhǔn)確性顯著高于high-γ幅值的。
圖2 以high-γ幅值或θ相位為模型特征對自然語句和噪聲合成語句進(jìn)行解碼
北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院、IDG麥戈文腦科學(xué)研究所王茜助理研究員與首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院神經(jīng)病學(xué)中心王群教授、北京市神經(jīng)外科研究所胡文瀚副主任醫(yī)師為本文共同通訊作者。已畢業(yè)博士生徐娜為本文第一作者，首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院神經(jīng)外科趙寶田博士和北京體育大學(xué)心理學(xué)院講師羅路博士參與該研究并做重要貢獻(xiàn)。該研究也受到了首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院神經(jīng)外科張凱教授、神經(jīng)病學(xué)中心邵曉秋教授，首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京三博腦科醫(yī)院神經(jīng)外科欒國明教授的大力支持。該研究獲得了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2017YFC1307500），科技創(chuàng)新2030-重大項(xiàng)目（2022ZD0204804, 2022ZD0204802），國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（81771399和32171039），首都衛(wèi)生發(fā)展科研專項(xiàng)（2016-1-2011, 2020-1-2013），北京自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（Z200024）的資助。
Xu Na, Zhao Baotian, Luo Lu, Zhang Kai, Shao Xiaoqiu, Luan Guoming, Wang Qian*, Hu Wenhan*, Wang Qun*. Two stages of speech envelope tracking in human auditory cortex modulated by speech intelligibility, Cerebral Cortex, 2022, bhac203, https://doi.org/10.1093/cercor/bhac203
2022-06-16