頂尖學術期刊《細胞》近日發表了一篇由知名華人學者，神經外科學家Edward Chang教授領銜的研究論文。在對經過大腦手術的9名患者進行了多年研究之後，科學家們提出了人腦處理語音信息的運行規則，推翻了長期以來的相關假設。
當含有語意的聲音傳到耳中，我們的耳蝸會將聲波轉換成電信號，並傳送到大腦中位於顳葉的聽覺皮層。一種被廣泛接受的理論認為，聽覺皮層在處理語音時像工廠流水線一樣有先後工序：首先，初級聽覺皮層處理簡單的聲學信息，比如聲音的頻率；然後，相鄰的顳上回（superior temporal gyrus，STG），提取出言語中對理解語言更重要的特徵，比如元音和輔音，將聲音轉變為有含義的字詞。
不過，這種假設幾十年來始終缺乏直接證據，也就是對整個聽覺皮層進行空間分辨率極高的神經生理記錄。“所以，我們開展了這項研究，希望找到從低級的聲音表徵變換到高級的字詞表徵的相關證據。”加州大學舊金山分校（UCSF）的Edward Chang教授說。
這項研究的開展離不開一些患者的支持。幾年時間裡，有9名患者參與了實驗。因為需要切除腦部腫瘤或定位引發癲癇的病灶，這些患者接受了神經外科手術。與此同時，他們同意讓醫生在手術過程中將微電極陣列放置在他們的聽覺皮層，收集神經信號，用於分析語言功能和定位癲癇，以及研究聽覺皮層如何處理語音信息。
“這是我們第一次可以直接從大腦表面同時覆蓋聽覺皮層的所有區域，研究聲音到字詞的轉換。”Chang教授說。相比過去只能在有限的幾個點記錄神經活動的電信號，無疑是巨大的進步。
接着，在實驗中，研究人員開始向參與者播放詞組和短句，試圖尋找信息從初級聽覺皮層流向顳上回的跡象。按照原來的假設，這兩個腦區應該會先後被激活。
然而，事實並非如此。他們觀察到，播放句子時，顳上回某些區域的反應速度與初級聽覺皮層一樣快，也就是說，這兩個區域同時開始處理聲音信息。
在另一項實驗中，研究人員用微弱的電流刺激患者的聽覺皮層。按照原來的假設，刺激初級聽覺皮層，很可能會扭曲患者對言語的感知。然而，這些患者表示，儘管刺激引起了某些聲音的幻聽，但他們仍能清楚地聽到並重複對他們播放的字詞。
相反，當研究人員用電流刺激患者的顳上回，患者報告說他們能聽到有人在講話，“但分辨不出字詞”。“事實上，有一名患者說，聽起來就像單詞的音節發生了互換。”Chang教授說道。
綜合這些證據，研究小組認為，大腦聽覺皮層對聲音和語音的信息處理是并行的，而不是傳統模型所認為的串行處理。