Scientists at UCLA and the Technion, Israel's Institute of Technology, have unraveled how our brain cells encode the pronunciation of individual vowels in speech. The illustration highlights brain regions in red where the neurons encoding vowel articulation were found.
Spike patterns for vowels in a specific brain region (credit: UCLA/Fried Lab)
Pacientes de derrames cerebrales que perdieron el habla podrían recuperar la comunicación.
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Descubren dónde nacen las vocales
Científicos de la Universidad de California en Los Ángeles, UCLA, y el Instituto de Tecnología de Israel, Technion, descubrieron la manera como nuestros cerebros codifican las distintas vocales, un adelanto que serviría en el desarrollo de nuevas tecnologías para devolverle la expresión verbal a personas que hayan perdido el habla.
Los investigadores lograron identificar áreas específicas del cerebro involucradas en la pronunciación de vocales específicas mientras trabajaban con pacientes epilépticos que tenían electrodos implantados en los cerebros para conocer el origen de sus convulsiones.
Las regiones en rojo continenen las neuronas que codifican la articulación de las vocales.
http://www.kurzweilai.net/scientists-discover-how-brain-encodes-vowel-pronunciation
http://www1.technion.ac.il/_local/includes/blocks/news-items/120822-shay12/news-item-en.htm
http://www.nature.com/ncomms/journal/v3/n8/full/ncomms1995.html?WT.ec_id=NCOMMS-20120821
Inferring the organization of vowel representation by decoding. (a) Average decoding accuracy (±s.e.) versus the number of decoded vowel classes. Red dashed lines represent the chance level. (b) Confusion matrix for decoding population activity of all analysed units to infer the uttered vowels
12 de septiembre de 2012 - BBC Mundo, Washington - William Márquez
Si se entiende el código neuronal subyacente del habla, se podría entonces descifrar el habla a partir de la actividad de cada célula cerebral y desarrollar aparatos que puedan leer esa actividad y traducirla a palabras inteligibles al oído.
El principio es el mismo que se ha utilizado con experimentos en los que pacientes pudieron manipular una mano robótica con el pensamiento.
Neuronas individuales
Los investigadores de UCLA y Technion trabajaron con pacientes que sufren de severos ataques de epilepsia a los cuales les habían colocado electrodos en el cerebro para identificar el origen de sus convulsiones y proceder con una posible cirugía curativa.
Como los pacientes debían estar monitoreados durante las 24 horas de varios días para identificar el área de su lesión, se les dio una serie de tareas para también analizar la función cerebral.
"Los pusimos a articular vocales y, con equipos muy sofisticados, pudimos registrar la actividad de células individuales", explicó a BBC Mundo Itzhak Fried, profesor de neurocirugía de UCLA.
Encontraron un área en el lóbulo frontal del cerebro que respondía a la articulación de una vocal en particular y pudieron identificar una célula individual o un pequeño grupo de células específicas durante la pronunciación de esa vocal.
En otra región del cerebro, en el lóbulo temporal, detectaron que había una codificación diferente que seguía ciertos aspectos anatómicos de la articulación en la cavidad oral, particularmente con respecto a la colocación de la lengua.
Aunque la codificación del habla es muy compleja, el doctor Fried indicó que el descubrimiento es un avance en el entendimiento de cómo se origina en el cerebro la pronunciación.
"Hemos identificado dos características, que pueden no ser las únicas, pero tenemos algún tipo de código basado en la actividad de neuronas individuales o pequeños grupos neuronales relacionados a elementos particulares del habla".
Esa especialización a nivel de células individuales es el elemento crítico de la investigación, expresó el neurocirujano. "Las células del cerebro se especializan y responden de manera diferente, así que las vocales son representadas con actividad diferente por diferentes neuronas".
Al entender cómo se codifican las vocales, o cómo actúan las células durante la pronunciación, esa actividad podría ser utilizada para darle interpretación verbal a la gente que haya perdido el habla, ya sea por accidente o enfermedad.
Prótesis e interfaces
El doctor Fried señaló que hay toda un área de desarrollo que se llama neuroprótesis que consiste en dispositivos mecánicos que se mueven basados en el comportamiento del código neuronal.
Los mayores avances se han hecho en torno a la actividad motora y ya hay pruebas en las que se utiliza la actividad del cerebro de personas paralizadas para manipular directamente objetos.
"De la misma manera que se entiende el sistema motor, si entendemos cómo se activan las células al pronunciar, esa actividad podría -en el futuro- devolverle el habla a alguien paralizado por un derrame cerebral", aseguró.
"Serían interfaces entre el cerebro y máquinas para decodificar los patrones de actividad neuronal y permitir a alguien comunicarse".
El descubrimiento de los científicos de UCLA y Technion tiene implicaciones que van más allá del habla y penetran el umbral del pensamiento. "Si se logra entender la base del pensamiento o de la planificación, esa actividad neuronal también podría ser traducida", sostuvo el doctor Fried.
Añade, sin embargo, que el desafío sería poder interpretar esa actividad de manera no invasiva, sin tener que colocar electrodos en el cerebro como lo han hecho con pacientes epilépticos.
"Sería a través de algún dispositivo que escuche la actividad neuronal", expresó. "Obviamente, en la actualidad, estamos pensando en un contexto clínico, para los que no pueden hablar por parálisis, pero nos imaginamos un futuro en que entendemos el código neuronal para usarlo de diferentes formas".
http://www.bbc.co.uk/mundo/noticias/2012/09/120831_ciencia_cerebro_vocales_habla_ucla_wbm.shtml
Broadly tuned STG units. (a) Raster plots and peri-stimulus time histograms during the utterance of the five vowels a, e, i, u and o. Significant change in firing rate from the baseline occurred for all or most vowels, with modulated firing rate (Methods).
Scientists at UCLA and the Technion, Israel's Institute of Technology, have unraveled how our brain cells encode the pronunciation of individual vowels in speech. Published in the Aug. 21 edition of Nature Communications, the discovery could lead to new technology that verbalizes the unspoken words of people paralyzed by injury or disease.
"We know that brain cells fire in a predictable way before we move our bodies," explained Dr. Itzhak Fried, a professor of neurosurgery at the David Geffen School of Medicine at UCLA. "We hypothesized that neurons would also react differently when we pronounce specific sounds. If so, we may one day be able to decode these unique patterns of activity in the brain and translate them into speech."
Fried and Technion's Ariel Tankus, formerly a postdoctoral researcher in Fried's lab, followed 11 UCLA epilepsy patients who had electrodes implanted in their brains to pinpoint the origin of their seizures. The researchers recorded neuron activity as the patients uttered one of five vowels or syllables containing the vowels.
With Technion's Shy Shoham, the team studied how the neurons encoded vowel articulation at both the single-cell and collective level. The scientists found two areas—the superior temporal gyrus and a region in the medial frontal lobe—that housed neurons related to speech and attuned to vowels. The encoding in these sites, however, unfolded very differently.
Neurons in the superior temporal gyrus responded to all vowels, although at different rates of firing. In contrast, neurons that fired exclusively for only one or two vowels were located in the medial frontal region.
"Single neuron activity in the medial frontal lobe corresponded to the encoding of specific vowels," said Fried. "The neuron would fire only when a particular vowel was spoken, but not other vowels."
At the collective level, neurons' encoding of vowels in the superior temporal gyrus reflected the anatomy that made speech possible–specifically, the tongue's position inside the mouth.
"Once we understand the neuronal code underlying speech, we can work backwards from brain-cell activity to decipher speech," said Fried. "This suggests an exciting possibility for people who are physically unable to speak. In the future, we may be able to construct neuro-prosthetic devices or brain-machine interfaces that decode a person's neuronal firing patterns and enable the person to communicate."
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University of California - Los Angeles Health Sciences: http://www.uclahealth.org/
http://www.labspaces.net/122799/Study_uncovers_brain_s_code_for_pronouncing_vowels
Dr. Juan Ochoa, profesor asociado de neurología en el College of Medicine de EE.UU. y director médico de la unidad de supervisión de la epilepsia ( epilepsy monitoring unit EMU) en EE.UU., dijo que en los pacientes con epilepsia, la acivity eléctrica del cerebro está fuera de control, causando convulsiones recurrentes: "Los pacientes con epilepsia tienen un área del cerebro donde se dañó el circuito y perturba la red restante del cerebro, haciendo que se interrumpa".
Dr. Juan Ochoa, associate professor of neurology at the USA College of Medicine and medical director of the epilepsy monitoring unit (EMU) at USA, said that in patients with epilepsy, the electrical acivity of the brain goes out of control, causing recurring seizures: "Patients with epilepsy have an area of the brain where the circuitry is damaged and disrupts the remaining network of the brain, causing it to shut down,” he said.
http://www.usahealthsystem.com/epilepsy-cure
Finding a Cure for Epilepsy Gulf Coast, Alabama (AL) - University of ...
www.usahealthsystem.com/epilepsy-cure - Traducir esta página Dr. Juan Ochoa, associate professor of neurology at the USA College of Medicineand medical director of the epilepsy monitoring unit (EMU) at USA,
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