人类能够通过语言传递全新的、极其复杂多样的信息。在一个人开口说话前短短几分之一秒内，人脑就已经把复杂的语法、精确的词汇和语言背后的意义交织在一起。但长期以来，要理解人类语言背后精确的微观细胞基础，一直是一项重大挑战。
如今，在一项新发表于《自然》的研究中，一个研究团队在无脚本的自然对话中，实时追踪了单个脑细胞的电活动，捕捉到一个词真正说出口之前，句子是如何在脑中被构建出来的。
语言如何在细胞层面生成？
近年来，一些相关研究已经揭示了词语中的声旁如何被神经元编码，但这些研究并没有说明，我们产生有意义的言语时所依赖的细胞过程，也没有说明在细胞层面是如何排列和组合词语，使其形成短语和句子。
神经语言学中的另一个重要问题是：句法（决定语法与结构）信息是否在某种程度上可以与语义（词语的意义）信息分离？或者说，语言的这些核心方面在细胞尺度上究竟是如何被表征的？
此外，虽然以往的影像学研究表明，语言信息很可能在脑中广泛分布，但科学家对于这些信息在不同脑区中如何分布，仍然知之甚少。最后，关于单个神经元的局部活动，以及这些神经元在皮层局部如何组织，目前也知之甚少。
在自然对话中追踪单个神经元
在这新的研究中，研究团队在8名人类参与者的额颞叶皮质的多个区域进行了单神经元记录。这8名参与者包括3名女性和5名男性，年龄为27至52岁。研究人员使用的是临时植入癫痫患者脑内的、用于监测癫痫发作的电极。
在实验过程中，这些参与者始终保持清醒，并且可以自由说话。研究人员与每名研究参与者都进行了自然流畅的英文对话，并记录下这些对话，对话内容涵盖了广泛的话题。
这样的实验设置提供了一个难得的机会，使研究人员能够观察到参与者在说话时，脑会如何运作，帮助他们分析言语产生背后的细胞过程，捕捉到标准脑成像设备无法获得的细节。
研究人员发现，在某些语言成分——例如名词——被说出口之前，特定神经元的放电频率会升高。研究人员认为，这表明人脑是通过激活特定神经元来构建句子的，而这些神经元能够处理语言的不同属性，例如词类。
随后，研究团队转向了大型语言模型，也就是驱动聊天机器人的同类人工智能。通过比较模型处理文本时的模式与参与者的脑活动，研究人员发现，在参与者开口说话之前记录到的神经元活动，可以预测随后言语中的许多特征，而且这种预测能力不受讨论话题的限制。
他们还发现，在语义和句法这两个核心概念之间存在分工：有些神经元反映较基础的信息，例如特定词语的含义和语法作用；另一些神经元则处理更复杂的任务，包括将短语组合成具有结构的句子。
此外，他们的模型能够区分相似的短语和词语，这说明这些神经元活动也捕捉到了句子中特定而独特的语境。
从理解语言到恢复语言
这是科学家第一次不仅在脑区尺度上，而且在细胞尺度上描述产生言语的过程。过去，科学家普遍认为，语言是一种分散的、涉及整个神经网络的现象。但事实证明，脑中存在一些特定神经元，它们只关心一个词是不是名词，或者只关心一个短语是不是即将结束。
这些发现最终还有望能帮助那些失去沟通能力的人，推动更先进的神经设备和脑机接口的发展。因为这类图谱揭示了更广泛脑区中的单个细胞如何编码句子的结构和语法，因此未来或许能够帮助人们直接从大脑中解码复杂思想，为恢复言语能力提供一条可能路径。
#参考来源：
https://www.nih.gov/news-events/news-releases/researchers-discover-single-cell-brain-activity-underlies-human-speech
https://www.nature.com/articles/d41586-026-01922-w
#图片来源：
封面图/首图：Vilkasss / Pixabay
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