Une nouvelle étude utilisant des sondes Neuropixels avancées fournit des informations sur la manière dont les neurones du cerveau permettent la formulation et l’expression verbale des pensées, révélant ainsi la planification pré-verbale des sons de la parole. Cette recherche révolutionnaire, offrant un potentiel pour développer des prothèses vocales et améliorer les traitements des troubles du langage, souligne la complexité et l’efficacité des capacités de production du langage du cerveau.
Les résultats peuvent être utilisés pour créer des thérapies innovantes pour les troubles de la parole et du langage.
Une étude récente menée par des chercheurs du Massachusetts General Hospital (MGH) a utilisé des méthodes sophistiquées d’enregistrement cérébral pour révéler la fonction collaborative des neurones du cerveau humain, permettant aux individus de formuler leurs pensées en mots et de les exprimer ensuite verbalement.
Ensemble, ces résultats fournissent une carte détaillée de la manière dont les sons de la parole, tels que les consonnes et les voyelles, sont représentés dans le cerveau bien avant qu’ils ne soient prononcés et de la manière dont ils sont enchaînés pendant la production du langage.
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 généralement facile, notre cerveau effectue de nombreuses étapes cognitives complexes dans la production de la parole naturelle, notamment trouver les mots que nous voulons dire, planifier les mouvements articulatoires et produire les vocalisations souhaitées », explique l’auteur principal Ziv Williams. MD, professeur agrégé de neurochirurgie au MGH et à la Harvard Medical School.
« Notre cerveau réalise ces exploits à une vitesse étonnamment rapide – environ trois mots par seconde dans un discours naturel – avec un nombre remarquablement faible d’erreurs. Pourtant, la manière précise dont nous parvenons à réaliser cet exploit reste un mystère.
Percées technologiques dans l’enregistrement neuronal
Lorsqu’ils ont utilisé une technologie de pointe appelée sondes Neuropixels pour enregistrer les activités de neurones uniques dans le cortex préfrontal, une région frontale du cerveau humain, Williams et ses collègues ont identifié des cellules impliquées dans la production du langage et qui pourraient être à l’origine de la capacité de parler. Ils ont également découvert qu’il existe des groupes distincts de neurones dans le cerveau dédiés à la parole et à l’écoute.
« L’utilisation de sondes Neuropixels chez l’homme a été lancée pour la première fois au MGH. Ces sondes sont remarquables : elles sont plus petites que la largeur d’un cheveu humain, mais elles 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 au développement de ces sondes d’enregistrement. techniques 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 offrir 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. »
Décoder les éléments de la parole
L’étude a montré comment 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 », produite en touchant avec la langue le palais dur derrière les dents, est nécessaire pour produire 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 l’assemblage spécifique des phonèmes en syllabes.
Grâce à leur technologie, les enquêteurs ont montré qu’il est possible de déterminer de manière fiable les sons de la parole que les individus prononcent 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 exploitée pour construire des prothèses artificielles ou des interfaces cerveau-machine capables de produire une parole synthétique, ce qui pourrait bénéficier à un large éventail de patients.
« Des perturbations dans les réseaux de la parole et du langage sont observées dans une grande variété de troubles neurologiques, notamment les accidents vasculaires cérébraux, les traumatismes crâniens, les tumeurs, les troubles neurodégénératifs, les troubles neurodéveloppementaux, etc. », explique Arjun Khanna, co-auteur de l’étude. « Nous espérons qu’une meilleure compréhension des circuits neuronaux de base qui permettent la parole et le langage ouvrira la voie au développement de traitements pour ces troubles. »
Les chercheurs espèrent approfondir leurs travaux en étudiant des processus linguistiques plus complexes qui leur permettront d’étudier des questions liées à la façon dont les gens choisissent les mots qu’ils ont l’intention de dire et à la manière dont le cerveau assemble les mots en phrases qui transmettent les pensées et les sentiments d’un individu 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 le Instituts nationaux de la santé.
