언어 장애를 치료하기 위한 내부의 언어 해독

자신을 표현할 수 있는 능력이 결여된 개인의 내면 언어를 해독할 수 있다면 어떨까요? 이것은 제네바 대학(UNIGE)과 제네바 대학 병원(HUG)의 신경 과학자 팀의 목표라고 대학 홈페이지는 밝혔습니다. 4년 이상의 연구 끝에 이 팀은 우리의 내부 독백을 포착하기 위해 유망한 신경 신호를 식별하는 데 성공했습니다. 또한 관찰해야 할 뇌 영역을 우선적으로 식별해 미래에 해독을 시도할 수 있었다. 이러한 결과는 실어증으로 고통받는 사람들을 위한 인터페이스 개발에 대한 새로운 시각을 열어줍니다. 그것들은  Nature Communications 저널에서 찾을 수 있습니다.

 

인간은 말할 때 뇌의 여러 영역이 활성화되어야 합니다. 그러나 이러한 영역의 기능은 신경계 손상 후에 심각하게 손상될 수 있습니다. 예를 들어, 근위축성 측삭 경화증(또는 샤르코병)은 말하는 데 사용되는 근육을 완전히 마비시킬 수 있습니다. 다른 경우에는 예를 들어 뇌졸중 후 언어를 담당하는 뇌 영역이 영향을 받을 수 있습니다. 이것을 실어증이라고 합니다. 그러나 많은 경우에 환자가 단어와 문장을 상상하는 능력은 부분적으로 기능적으로 남아 있습니다.

 

따라서 우리의 내부 언어를 해독하는 것은 신경과학 연구자들에게 큰 관심거리입니다. 그러나 UNIGE 의과대학 기초 신경과학부 과학자인 Timothée Proix는 이렇게 설명했습니다. "언어의 해독에 대해 여러 연구가 이루어졌지만 상상된 언어의 해독에 대해서는 훨씬 덜했다"고 설명했습니다. "이는 후자의 경우 관련 신경 신호가 명시적 음성에 비해 약하고 가변적이기 때문입니다. 따라서 알고리즘을 학습하여 해독하기 어렵습니다. 즉, 컴퓨터 프로그램을 통해서 입니다."

 

사람이 큰 소리로 말할 때, 그 사람은 특정한 정확한 순간에 발산되는 소리를 내게됩니다. 따라서 연구자들은 이러한 유형의 요소를 관련된 뇌 영역과 연관시킬 수 있습니다. 상상속 언어의 경우 그 과정은 훨씬 덜 쉽습니다. 과학자들은 개인이 내부적으로 공식화한 단어나 문장의 배열과 템포에 대한 명확한 정보를 갖고 있지 않습니다. 뇌에서 모집된 영역의 부위도 수가 적고 활동성도 떨어지기 때문입니다.

 

UNIGE 팀은 이 매우 특별한 유형의 연설의 신경 신호를 감지하기 위해 두 개의 미국 병원과 협력하여 13명의 입원 환자들로 구성된 패널을 사용했습니다. 그들은 간질 질환을 평가하기 위해 환자의 뇌에 직접 이식된 전극을 통해 데이터를 수집했습니다.

 

"우리는 이 사람들에게 말을 하고 나서 상상을 해달라고 부탁했습니다." UNIGE 의과대학 기초신경과학과의 앤 리즈 지로 교수는 "매번 언어에 관여하는 것으로 알려진 뇌 활동의 주파수 대역 몇 개를 검토했다"고 말했습니다.

 

연구자들은 이 환자들이 구두로 또는 내부적으로 말할 때 서로 다른 뇌 영역에서 생성되는 여러 유형의 주파수를 관찰했습니다.

 

“우선, 음절 발성의 평균 리듬에 해당하는 세타(4-8Hz)라고 하는 진동입니다. 그런 다음 음성이 형성되는 뇌 영역에서 관찰되는 감마 주파수(25-35Hz)입니다. 셋째, 인지적으로 더 효율적인 영역과 관련된 베타파(12-18Hz)는 예를 들어 대화의 진화를 예측하고 예측하기 위해 요청되었습니다. 마지막으로 사람이 말을 할 때 관찰되는 고주파수(80-150Hz)입니다."라고 UNIGE 의과대학 임상신경과학부 조교수 겸 HUG의 부의사인 피에르 메게반드가 말했습니다.

 

이러한 관찰 덕분에 과학자들은 저주파와 특정 주파수(특히 베타와 감마) 간의 결합이 상상의 음성을 해독하는 데 필수적인 정보를 포함한다는 것을 보여줄 수 있었습니다. 그들의 연구는 또한 측두피질이 내부 언어의 궁극적인 해독을 위한 중요한 영역이라는 것을 보여줍니다. 뇌의 왼쪽 측면에 위치한 이 특정 대뇌 영역은 청력 및 기억과 관련된 정보 처리에 관여하지만 단어 및 언어 기호의 인식을 담당하는 베르니케 영역의 일부도 수용합니다.

 

이러한 결과는 신경 활동에서 음성을 재구성하는 데 있어 중요한 발전입니다.

연구팀은 “하지만 우리가 상상한 언어를 해독하려면 아직 멀었다”고 결론지었습니다.

 

 

※ 원문논문 : Proix T, Saa JD, Christen A, et al. Imagined speech can be decoded from low- and cross-frequency intracranial EEG features. Nature Communications. 2022;13(48).

 

※ 출처 : 제네바 대학교, 네이처 커뮤니케이션스

 

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