Research press release


Nature Communications

Neuroscience: How the brain cuts through party noise


今回、Edward Changの研究チームは、1つの重要な文字や音だけが異なる2つの単語の組み合わせ(例えば‘faster’と‘factor’)を作り、この重要な音を雑音に変えて5人の被験者に聞かせる実験を行い、被験者は、それぞれの試行で、いずれかの単語が聞こえたと申告した。また、被験者がこうした刺激を聞いている際に皮質ニューロンの直接的活動が記録された。その結果分かったのは、上側聴覚野において、雑音を加えられた音声刺激に対する神経応答が過去に知覚された完全な音声(雑音を加えられる前の状態)に対する神経応答と非常に良く似ていることだった。この結果は、聴覚野がリアルタイムで欠落した音声を補充していることを示している。注目すべきなのは、どの単語が聞こえたのか、という被験者の申告内容が、雑音が始まる前の脳の高次認知機能領域出の神経活動によって予測できることも分かったことだ。この観察結果からは、脳内の神経状態がその後の発語の知覚を大きく偏らせ、影響を与えることが示唆されている。

一方、Christopher Holdgrafの研究チームは、脳内での発語信号の処理のされ方が言語経験によって急激に変化する過程を調べた。(てんかん治療のために)電極を埋め込まれた7人の患者に複数の文章の録音を聞かせる実験が行われ、明瞭に聞き取れる文章と雑音とともに録音して当初から聞き取れないようにした文章の両方を聞かせた。雑音が混ざった文章を先に聞かせた場合には、患者は、文章を理解できず、その脳は、この発語信号を雑音として処理していた。これに対して、明瞭に聞き取れる文章を先に聞かせた場合には、聴覚野の活動が変わり、発語信号が増強された。この変化により、雑音を含んだ音声刺激の処理過程が変化し、これまで理解不能だった文章を容易に理解できる程度にまで発語信号が増強されたのだった。この2つの研究によって得られた新知見は、ヒトの聴覚野が経験に応答して急激に変化し、こうした動態によって発語の知覚が増強されることを明らかにしている。

People are able to perceive words and sentences in noisy environments thanks to rapid and dynamic changes in the auditory cortex of the brain, show two papers published this week in Nature Communications. The ability to focus on one conversation in a noisy room is known as the cocktail party effect. One group finds that when certain parts of the words are replaced by noise, a region in the auditory cortex fills in the missing sound in real time. A second team finds that rapid changes in the auditory cortex due to prior experience of a phrase can allow people to understand words and sentences that are initially completely unintelligible because of the presence of noise.

Edward Chang and colleagues developed a set of words that differed in a single critical letter / sound (for example, ‘faster’ versus ‘factor’). When they replaced the critical sound with noise and play it to five people, the participants reported hearing one word or the other on a trial-to-trial basis. While the participants listened to these stimuli, the direct activity of cortical neurons was recorded. The authors found that in the superior temporal auditory cortex, neural responses to the noise interrupted stimulus closely tracked the neural responses to the perceived original words, indicating that the auditory cortex fills in the missing sound in real time. Interestingly, the team also found that neural activities in higher cognitive areas in the brain before the onset of the noise could predict the word that the participant would report hearing. This observation suggests that internal neural states greatly bias and influence subsequent speech perception.

Christopher Holdgraf and colleagues investigated how experience of language rapidly changes how speech signals are processed by the brain. They asked seven patients who had been implanted with electrodes (for epilepsy treatment) to listen to recorded sentences. Some of these sentences were recorded with noise, so were initially unintelligible, and some were clear. When patients heard the noisy sentences first, they could not understand them and the brain treated the signal like noise. However, when patients heard the clear sentences first, the auditory cortex changed its activity, to enhance the speech signal. This change, in turn, changed the way the noisy stimuli were processed, enhancing the speech signal to such an extent that the participants could easily understand what was previously incomprehensible. These new findings show that the human auditory cortex changes rapidly in response to experience, and explains how these dynamics perceptually enhance speech.

doi: 10.1038/ncomms13654

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