Utilisant des techniques avancées d’enregistrement cérébral, une nouvelle étude menée par des chercheurs du Massachusetts General Hospital (MGH) montre comment les neurones du cerveau humain travaillent ensemble pour permettre aux gens de réfléchir aux mots qu’ils veulent dire, puis de les reproduire à haute voix par la parole.
Pris ensemble, ces résultats fournissent une carte détaillée de la manière dont les sons de la parole, comme les consonnes et les voyelles, sont représentés dans le cerveau bien avant qu’ils ne soient prononcés et de la manière dont ils sont séquencés pendant la production de la parole.
L’ouvrage publié dans Naturerévèle des informations sur les neurones du cerveau qui permettent la production du langage et qui pourraient conduire à des améliorations dans la compréhension et le traitement des troubles de la parole et du langage.
“Bien que parler semble normalement simple, notre cerveau effectue de nombreuses étapes cognitives complexes dans la production du langage naturel, notamment la formulation des mots que nous voulons prononcer, la planification des mouvements articulatoires et la production des vocalisations souhaitées”, explique l’auteur principal Ziv Williams. MD, professeur agrégé de neurochirurgie au MGH et à la Harvard Medical School.
« Notre cerveau accomplit ces exploits avec une rapidité surprenante – environ trois mots par seconde en langage naturel – et avec un nombre remarquablement faible d’erreurs. Mais la manière exacte dont nous accomplissons cet exploit reste un mystère.
Lorsqu’ils ont utilisé une technologie de pointe appelée sondes Neuropixels pour enregistrer les activités de neurones individuels dans le cortex préfrontal, une région frontale du cerveau humain, Williams et ses collègues ont identifié des cellules impliquées dans la production du langage qui pourraient être à la base de la capacité de parler. Ils ont également découvert qu’il existe des groupes distincts de neurones dans le cerveau qui sont responsables de la parole et de l’écoute.
« L’utilisation de sondes neuropixels chez l’homme a été développée pour la première fois au MGH. “Ces sondes sont remarquables : elles sont plus petites que la largeur d’un cheveu humain, mais possèdent également des centaines de canaux capables d’enregistrer simultanément l’activité de dizaines, voire de centaines de neurones individuels”, explique Williams, qui a travaillé sur le développement de ces sondes. techniques d’enregistrement avec Sydney Cash, MD, PhD, professeur de neurologie au MGH et à la Harvard Medical School, qui a également contribué à diriger l’étude. “L’utilisation de ces sondes peut donc fournir de nouvelles informations sans précédent sur la façon dont les neurones humains agissent collectivement et comment ils travaillent ensemble pour produire des comportements humains complexes tels que le langage.”
L’étude a montré que les neurones du cerveau représentent certains des éléments les plus fondamentaux impliqués dans la construction des mots parlés – depuis les simples sons de la parole appelés phonèmes jusqu’à leur assemblage en chaînes plus complexes telles que les syllabes.
Par exemple, la consonne « da », qui apparaît lorsque la langue touche le palais dur derrière les dents, est nécessaire pour former le mot « chien ».
En enregistrant des neurones individuels, les chercheurs ont découvert que certains neurones deviennent actifs avant que ce phonème ne soit prononcé à haute voix. D’autres neurones reflétaient des aspects plus complexes de la construction des mots, tels que la disposition spécifique des phonèmes en syllabes.
Grâce à leur technologie, les chercheurs ont montré qu’il est possible de déterminer de manière fiable les sons prononcés par les gens avant de les articuler.
En d’autres termes, les scientifiques peuvent prédire quelle combinaison de consonnes et de voyelles sera produite avant que les mots ne soient réellement prononcés. Cette capacité pourrait être utilisée pour construire des prothèses artificielles ou des interfaces cerveau-machine capables de générer une parole synthétique, ce qui pourrait bénéficier à un large éventail de patients.
“Des perturbations des réseaux de la parole et du langage sont observées dans diverses maladies neurologiques, notamment les accidents vasculaires cérébraux, les traumatismes crâniens, les tumeurs, les maladies neurodégénératives, les troubles du développement neurologique et bien d’autres encore”, explique Arjun Khanna, co-auteur de l’étude. « Nous espérons qu’une meilleure compréhension des circuits neuronaux fondamentaux qui permettent la parole et le langage ouvrira la voie au développement de traitements pour ces troubles. »
Les chercheurs espèrent étendre leurs travaux en étudiant des processus linguistiques plus complexes afin d’explorer des questions liées à la manière dont les gens choisissent les mots qu’ils veulent dire et à la manière dont le cerveau assemble les mots en phrases qui reflètent les pensées et les sentiments transmis d’une personne aux autres.
Les autres auteurs incluent William Muñoz, Young Joon Kim, Yoav Kfir, Angelique C. Paulk, Mohsen Jamali, Jing Cai, Martina L Mustroph, Irene Caprara, Richard Hardstone, Mackenna Mejdell, Domokos Meszena, Abigail Zuckerman et Jeffrey Schweitzer.
Ce travail a été soutenu par les National Institutes of Health.