大脑如何构建句子？语法和语义由不同神经元负责

宜宾老莫

科学家们此前并不清楚神经元是否能够区分名词和动词，或者它们是否能“理解”一个词语在句子中所扮演的复杂语法角色。为了探究这一问题，研究团队在8位接受癫痫监测手术的患者大脑语言区植入了微电极阵列。在患者清醒并进行自然对话的过程中，研究人员记录了579个单神经元的放电活动，并收集了他们说的近2000个句子。

研究人员引入了自然语言处理模型来分析这些神经与语言数据。他们将患者说出的每一句话进行句法和语义的拆解，随后寻找词汇特征与神经元电活动之间的对应关系。

研究发现，大脑中存在着对特定语言特征高度敏感的专属神经元。例如，有大约9.2%的神经元专门对词性（如名词、动词、形容词）做出反应。而另一些神经元则更关心句子的宏观骨架，它们会追踪词与词之间的依存关系，甚至能计算出当前词汇在整个句法树结构中的层级深度。

更有趣的是，研究证实了大脑在处理语言时，会将语法和语义进行精细地剥离。绝大多数神经元倾向于专门处理句法结构或专门处理词汇含义，极少有神经元同时负责这两者。然而，当这些神经元的活动在群体层面汇聚时，它们不仅能动态捕捉特定词汇的属性，还能结合整句话的上下文语境。

模型分析显示，这些神经元在人类开口说话的前1秒钟就已经开始高度活跃，并且能够整合当前词汇之前多达5个词的上下文信息。

此外，研究团队还将单个神经元的活动与其周围更广泛的局部场电位（LFP，代表该区域神经元群体的宏观同步活动）进行了对比。结果表明，单个神经元所编码的语言信息，与它所在区域的宏观电信号截然不同。这意味着，尽管语言功能在宏观上广泛分布在大脑左半球的多个区域，但在微观尺度上，神经元展现出了极高的特异性和专业化。

“这项研究明确了人类语言信息编码的最基本细胞模块。”研究人员在论文中总结道。而这些单元究竟如何进一步整合起来，还需要更多的探索。

该研究也为临床医学带来了更多的想象空间。基于这些对大脑处理语言的更深刻的理解，科学家们有望开发出更先进的脑机接口（BMI）设备，帮助那些因中风或渐冻症丧失说话能力的患者，直接将大脑中的思想过程转化为自然流畅的语言。