자연어 생성 중 전두엽 뉴런에 의한 음성 표현 추적(제공: Ziv Williams, MD et al., 매사추세츠 종합병원 및 하버드 의과대학)

새로운 연구에서는 고급 뇌 기록 기술을 사용하여 인간 뇌의 뉴런이 어떻게 협력하여 사람들이 말하고 싶은 단어를 생각한 다음 음성을 통해 큰 소리로 낼 수 있는지 보여준다.

매사추세츠 종합병원(MGH) 연구진이 주도한 이번 발견은 자음과 모음과 같은 음성이 말하기 훨씬 전에 뇌에서 어떻게 표상되는지, 그리고 언어 생성 과정에서 이들이 어떻게 결합되는지에 대한 상세한 지도를 제공한다.

언어 장애 치료

네이쳐 저널에 발표된 이 연구는 언어 생성을 가능하게 하는 뇌의 뉴런에 대한 통찰력을 보여 주며 언어 장애에 대한 이해와 치료를 향상시킬 수 있다.

"말하는 것이 일반적으로 쉬워 보이지만, 우리의 뇌는 말하고 싶은 단어를 생각해 내고, 조음 동작을 계획하고, 의도한 발성을 생성하는 것을 포함하여 자연스러운 말하기를 생성하는 데 많은 복잡한 인지 단계를 수행한다."라고 MGH와 하버드 의과대학의 신경외과 부교수인 선임 저자 지브 윌리엄스(Ziv Williams) 박사는 말한다.

연구자들은 전두엽 피질에 있는 단일 뉴런의 활동을 기록하기 위해 프로브를 사용하는 Neuropixels라는 최첨단 기술을 사용했다. 윌리엄스와 그의 동료들은 언어 생성에 관여하고 말하는 능력의 기초가 될 수 있는 세포를 확인했다. 그들은 또한 뇌에 말하고 듣는 데 전념하는 별도의 뉴런 그룹이 있다는 것을 발견했다.

연구진은 개별 뉴런을 기록함으로써 특정 뉴런이 이 음소가 소리내어 말하기 전에 활성화된다는 사실을 발견했다. 다른 뉴런은 음절의 특정 음소 조합과 같은 단어 구성의 더 복잡한 측면을 반영했다.

인공 보철물 또는 뇌-기계 인터페이스

그들의 기술을 통해 과학자들은 단어가 실제로 말하기 전에 어떤 자음과 모음의 조합이 생성될지 예측할 수 있다. 이 기능은 합성 음성을 생성할 수 있는 인공 보철물 또는 뇌-기계 인터페이스를 구축하는 데 활용될 수 있으며, 이는 다양한 환자에게 도움이 될 수 있다.

연구자들은 사람들이 말하려는 단어를 선택하는 방법과 뇌가 개인의 생각과 감정을 다른 사람에게 전달하는 문장으로 단어를 조합하는 방법과 관련된 질문을 조사할 수 있는 보다 복잡한 언어 프로세스를 연구함으로써 연구를 확장하기를 희망한다.

이 연구는 국립보건원(National Institutes of Health)의 지원을 받았다.

인용: Khanna, A.R., Muñoz, W., Kim, Y.J. 외. 인간의 음성 생성에 대한 단일 뉴런 요소. 자연(2024). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06982-w