首次發現一類極特殊的神經元

當你聽到一首由樂器演奏的純音樂，或者是一首人聲演唱的歌曲時，你會感覺到它們之間有什麼明顯的不一樣嗎？大多時候，你可能不會特别留意，但你的大腦顯然注意到了它們之間的細微差別。

近日，神經科學家首次在人類大腦中發現了一個神經元群體，當我們聽到歌唱，而不是其他類型的音樂時，這些特殊的神經元就會活躍起來。這項研究為聽皮質内相對精細的功能分區提供了證據。論文已于近日發表在《當代生物學》上。

神經記錄

這項新研究是以團隊在2015年進行的一項研究為基礎。2015年，科學家在實驗中請一些參與者聆聽了165種聲音的集合，這些聲音包括不同類型的語音和音樂，還有些日常的聲音，比如手指敲擊聲或狗吠。實驗人員同時使用fMRI（功能磁共振成像）掃描了參與者的大腦，進而确定大腦聽皮質中對音樂産生特殊反應的神經元群體。

在2015年的研究中，團隊專門設計了一種分析fMRI資料的方法，幫助他們找到了具有不同反應模式的6個神經群體，其中包括對音樂産生選擇性反應的神經元，還有另一個對語言具有選擇性反應的群體。

在新的研究中，研究人員希望借助一種被稱為ECoG（腦皮層電圖學）的技術獲得更高分辨率的資料。fMRI測量的是大腦中的血流變化，以此作為反映神經元活動的媒介，而ECoG則通過放置在顱内的電極記錄大腦的電活動，提供更精确的腦電活動圖。

但問題在于，ECoG通常很難在人類身上進行實驗，因為它屬于一種侵入性手段。然而，在醫療實踐中，它經常被用來監測即将接受手術治療的癫痫患者。患者一般會被監測數天時間，以便醫生在手術前确定他們的發病起源。

在這段時間裡，如果患者同意，他們也可以參與實驗研究，在執行某些任務同時讓科學家測量他們的大腦活動。正是利用這種方法，研究團隊在幾年間收集到了15名參與者的資料。

在實驗中，研究人員為參與者播放了之前用到的165種聲音。每位患者的電極位置是由外科醫生決定的，是以在一些參與者身上沒有記錄下對聽覺輸入的反應。借助開發的一種新的統計分析，研究人員就能推斷出産生資料的對應的神經群體的類型。

出乎意料的是，他們發現有一群神經元會對歌唱，也就是聲音和音樂的特定組合，産生特殊的反應。這個歌唱特異性的神經元群體對語音或器樂的反應非常弱，是以與先前發現的那些群體都不同。

和這群神經元非常接近的還有另一個神經元群，後者會對許多音樂産生廣泛的反應。在fMRI的尺度上，它們太近了，以至于無法将它們分開，但通過這種顱内記錄的更高分辨率的手段，科學家清楚地發現了兩者的差別。

數學分析

在研究的第二部分，團隊設計了一種數學方法，将新研究中顱内記錄的資料與2015年的fMRI資料相結合。由于fMRI可以覆寫更大的腦區，這樣就能更精确地對歌唱神經元群體進行定位。這種創新性的方法也正是研究突破的關鍵。

他們發現，這個歌唱特異性的熱點位于颞葉的頂部，靠近對語言和音樂産生選擇性反應的區域。

這一位置說明，歌唱特異性群體可能會對感覺的音調等特征，或是詞語和感覺音調之間的互動做出反應，然後再将資訊發送到大腦的其他部分進行進一步處理。

新發現帶來新問題

研究人員表示，有關這些神經元的具體作用還不清楚，還需要更多的研究才能揭開。

比如，我們為什麼會擁有這樣的神經元，很有可能與某些進化角色有關。有人認為，歌唱或許在音樂演化中扮演了某些重要的角色。也有可能是因為，長久以來人們花了大量時間聽音樂，進而在大量暴露的驅動下産生了這樣的結果。

研究人員現在希望更多地了解歌唱的哪些方面會驅使這些神經元的反應。同時，他們還在與其他實驗室合作，研究嬰兒是否具有音樂選擇性的腦區，更深入地了解這些大腦區域是何時以及如何發育的。

#創作團隊：

撰文：Gaviota

排版：雯雯

#參考來源：

https://news.mit.edu/2022/singing-neurons-0222

https://www.newscientist.com/article/2309238-there-are-neurons-in-the-brain-that-only-seem-to-respond-to-singing/

#圖檔來源：

封面圖：Christine Daniloff / MIT

首圖：publicdomainvectors.org