一组神经元(艺术家的插图)编码“鸭子”这个词的含义;一个重叠的集合编码了单词“egg”的意思

科学家们首次确定了与一个单词的语言本质相关的单个脑细胞。

通过窃听活人的大脑，科学家们绘制出了迄今为止分辨率最高的神经元图，这些神经元负责对各种单词的含义进行编码。结果表明，在个体之间，大脑使用相同的标准类别来分类单词，帮助我们将声音转化为感觉。

这项研究仅基于英语单词。但剑桥麻省理工学院的神经外科医生齐夫·威廉姆斯说，这是研究大脑如何在语言库中存储单词的一步。他说，通过绘制对不同单词做出反应的重叠的脑细胞集，“我们可以尝试开始建立一个意义词典”。

这项研究今天发表在《自然》杂志上。

映射的意义

大脑中被称为听觉皮层的区域处理进入耳朵的单词的声音。但是，是大脑的前额叶皮层，一个高级大脑活动发生的区域，决定了一个词的“语义”——它的本质或主旨。

之前的研究通过分析大脑血流图像来研究这一过程，血流图像是大脑活动的代表。这种方法使研究人员能够将单词的意思映射到大脑的小区域。

但威廉姆斯和他的同事们发现了一个独特的机会，可以观察单个神经元如何实时编码语言。他的团队招募了10名即将接受癫痫手术的患者，每个人的大脑中都植入了电极，以确定癫痫发作的来源。这些电极使研究人员能够记录每个人前额皮质中大约300个神经元的活动。

当参与者听多个总共约450个单词的短句时，科学家们记录下哪些神经元在何时被激活。威廉姆斯说，每个单词大约有两到三个不同的神经元被激活，尽管他指出，研究小组只记录了前额叶皮层数十亿神经元中的一小部分的活动。然后，研究人员观察了激活相同神经元活动的单词之间的相似性。

一个神经元掌管一切

同一组神经元反应的词语属于相似的类别，比如动作，或者与人相关的词语。研究小组还发现，大脑中可能相互关联的单词，如“鸭子”和“鸡蛋”，会触发一些相同的神经元。意思相近的单词，如“老鼠”和“大鼠”，触发的神经元活动模式比“老鼠”和“胡萝卜”触发的模式更相似。另一组神经元则对与更抽象的概念相关的词做出反应:比如“上面”和“后面”这样的关系词。

威廉姆斯说，大脑给单词分配的类别在参与者之间是相似的，这表明人类大脑都以同样的方式对含义进行分组。

前额皮质神经元不能通过声音来区分单词，只能通过意义来区分单词。例如，当一个人在一个句子中听到“儿子”这个词时，与家庭成员相关的单词就会亮起来。但这些神经元对句子中的“Sun”没有反应，尽管这些单词的发音相同。

读心术

在某种程度上，研究人员能够通过观察人们的神经元活动来确定他们听到了什么。虽然他们不能重现准确的句子，但他们可以分辨出，例如，一个句子中按顺序包含一个动物、一个动作和一种食物。

加州大学圣地亚哥分校的工程师、脑机接口公司Paradromics的首席科学官Vikash Gilja说:“获得这种程度的细节，并在单个神经元水平上窥见发生的事情是非常酷的。”令他印象深刻的是，研究人员不仅可以确定与单词及其类别相对应的神经元，还可以确定它们说话的顺序。

神经元的记录比成像快得多;他说，以自然的速度理解语言，对于未来开发脑机接口设备的工作非常重要，这些设备可以帮助失去语言能力的人恢复语言能力。