แผนที่สมองที่มีรายละเอียดอย่างเหลือเชื่อแสดงให้เห็นกิจกรรมของเซลล์ประสาทที่เข้ารหัสภาษา

ด้วยการ “แอบฟัง” กิจกรรมของสมอง นักวิทยาศาสตร์จึงสามารถสร้างแผนที่ที่มีความละเอียดสูงที่สุดของเซลล์ประสาทที่เข้ารหัสความหมายของคำต่างๆ ได้ ผลการศึกษาชี้ให้เห็นว่าในแต่ละบุคคล สมองจะใช้หมวดหมู่มาตรฐานเดียวกันในการจัดหมวดหมู่คำ ซึ่งจะช่วยให้เราแปลงเสียงให้เป็นความหมาย

“การศึกษานี้ใช้เฉพาะคำศัพท์ภาษาอังกฤษเท่านั้น แต่ถือเป็นก้าวสำคัญในการทำความเข้าใจว่าสมองเก็บคำศัพท์ไว้ในคลังภาษาอย่างไร” ศัลยแพทย์ระบบประสาท Ziv Williams จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ในเคมบริดจ์กล่าว “การทำแผนที่ชุดเซลล์สมองที่ทับซ้อนกันซึ่งตอบสนองต่อคำต่างๆ จะช่วยให้เราลองเริ่มสร้างพจนานุกรมที่อธิบายว่าคำต่างๆ มีความหมายต่อสมองอย่างไรได้”

แผนที่ความหมาย

สมองมีส่วนที่เรียกว่าคอร์เทกซ์การได้ยิน ซึ่งทำหน้าที่ประมวลผลเสียงของคำเมื่อเข้าสู่หูของมนุษย์ แต่คอร์เทกซ์ส่วนหน้าซึ่งเป็นบริเวณที่มีกิจกรรมของสมองลำดับสูงเกิดขึ้นนั้นเป็นส่วนประมวลผล "ความหมายเชิงความหมาย" ของคำ ซึ่งก็คือสาระสำคัญหรือแก่นของคำ

การทดลองก่อนหน้านี้บางส่วนได้ศึกษาขั้นตอนนี้โดยวิเคราะห์ภาพการไหลเวียนเลือดในสมอง ซึ่งเป็นการวัดกิจกรรมของสมอง วิธีการดังกล่าวช่วยให้นักวิจัยสามารถระบุความหมายของคำไปยังส่วนเล็ก ๆ ของสมองได้

อย่างไรก็ตาม วิลเลียมส์และเพื่อนร่วมงานของเขาพบโอกาสอันเป็นเอกลักษณ์ในการดูว่าเซลล์ประสาทแต่ละเซลล์เข้ารหัสภาษาแบบเรียลไทม์อย่างไร ทีมของเขาได้คัดเลือกอาสาสมัครจำนวน 10 คนซึ่งกำลังจะเข้ารับการผ่าตัดโรคลมบ้าหมู โดยอาสาสมัครแต่ละคนจะมีการฝังอิเล็กโทรดไว้ในสมองเพื่อระบุแหล่งที่มาของอาการชัก อิเล็กโทรดช่วยให้ทีมสามารถบันทึกกิจกรรมของเซลล์ประสาทได้ประมาณ 300 เซลล์ในคอร์เทกซ์ส่วนหน้าของอาสาสมัครแต่ละคน

ขณะที่อาสาสมัครฟังประโยคสั้นๆ ที่ประกอบด้วยคำประมาณ 450 คำ นักวิทยาศาสตร์จะบันทึกข้อมูลโดยละเอียดเกี่ยวกับเซลล์ประสาทที่ทำงานและเมื่อใด วิลเลียมส์พบว่ามีเซลล์ประสาทประมาณสองหรือสามเซลล์ที่สว่างขึ้นสำหรับแต่ละคำ แม้ว่าทีมจะบันทึกกิจกรรมจากเพียงเศษเสี้ยวเล็กน้อยของเซลล์ประสาทหลายพันล้านเซลล์ในคอร์เทกซ์ส่วนหน้าก็ตาม จากนั้นนักวิจัยได้พิจารณาความคล้ายคลึงกันระหว่างคำที่กระตุ้นกิจกรรมของระบบประสาทเดียวกัน

นิวรอนที่มีศักยภาพหลายแบบ

มีคำบางคำที่กลุ่มเซลล์ประสาทเดียวกันตอบสนองซึ่งอยู่ในหมวดหมู่เดียวกัน เช่น การกระทำหรือคำที่เกี่ยวข้องกับมนุษย์ ทีมวิจัยยังพบว่าคำที่สมองเชื่อมโยงกันได้ เช่น คำว่า "เป็ด" และ "ไข่" ก็สามารถกระตุ้นเซลล์ประสาทบางส่วนได้เช่นกัน คำที่มีความหมายคล้ายกัน เช่น 'หนู' และ 'หนู' จะกระตุ้นรูปแบบกิจกรรมของระบบประสาทที่คล้ายคลึงกันมากกว่าคำที่กระตุ้นด้วย 'หนู' และ 'แครอท' กลุ่มเซลล์ประสาทอื่น ๆ ตอบสนองต่อคำที่มีแนวคิดที่เป็นนามธรรมมากขึ้น เช่น คำว่า "ข้างบน" และ "ข้างหลัง"

ดังนั้น หมวดหมู่ที่สมองกำหนดให้กับคำจึงคล้ายคลึงกันในหมู่ผู้เข้าร่วม ซึ่งชี้ให้เห็นว่าสมองของมนุษย์สามารถสังเคราะห์กลุ่มความหมายได้ในลักษณะเดียวกัน เซลล์ประสาทคอร์เทกซ์ส่วนหน้าไม่สามารถแยกแยะคำโดยใช้เสียง แต่ใช้เพียงความหมายของคำเท่านั้น เช่น เมื่อคนได้ยินคำว่า 'ลูกชาย' ในประโยค คำที่เกี่ยวข้องกับสมาชิกในครอบครัวก็จะดังขึ้น แต่เซลล์ประสาทเหล่านั้นไม่ตอบสนองต่อคำว่า “ดวงอาทิตย์” ในประโยคเดียวกัน แม้ว่าคำเหล่านั้นจะออกเสียงเกือบจะเหมือนกันก็ตาม

การอ่านใจ

ในระดับหนึ่ง นักวิจัยสามารถระบุสิ่งที่ผู้คนได้ยินได้โดยการสังเกตการทำงานของเซลล์ประสาท แม้ว่าพวกเขาจะไม่สามารถสร้างประโยคได้อย่างแน่นอน เช่น พวกเขาสามารถรู้ได้ว่าประโยคมีสัตว์ การกระทำ และประเภทของอาหาร ตามลำดับนั้น นักวิจัยสามารถระบุไม่เพียงแต่เซลล์ประสาทที่สอดคล้องกับคำและประเภทของคำเท่านั้น แต่ยังสามารถระบุลำดับการพูดได้อีกด้วย ภาษาที่ความเร็วตามธรรมชาติจะเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการพัฒนาอุปกรณ์เชื่อมต่อสมองกับคอมพิวเตอร์ในอนาคตซึ่งสามารถฟื้นคืนการพูดให้กับผู้พิการได้