Un nuevo estudio sintoniza el control del tono mandarín

En un estudio reciente publicado en la revista Comunicaciones de la naturalezaUtilizando grabaciones intracraneales, los investigadores investigaron la base neuronal de la producción de tonos léxicos en hablantes nativos de mandarín. Descubrieron que la dinámica del tono de los tonos léxicos es provocada por poblaciones locales en la corteza motora laríngea bilateral (LMC), que codifica información cinemática articulatoria en lugar de codificar selectivamente una categoría de un solo tono. Además, demostraron que la estimulación electrocortical de diferentes poblaciones en el LMC podría ayudar a aumentar o disminuir el tono para la producción de tono.

Estudiar: Control neuronal de la producción de tonos léxicos en la corteza motora laríngea humana. Haber de imagen: Nailotl/Shutterstock

Fondo

Para distinguir entre palabras en un lenguaje tonal, un hablante necesita modular el tono de la voz para formar trayectorias específicas llamadas “tonos léxicos”. El control preciso de la laringe es esencial para producir y modular el tono de la voz mediante tres funciones: sonorización, subida y bajada. Aunque recientemente se han identificado dos regiones LMC que se correlacionan con los movimientos laríngeos, aún no está claro cómo los humanos controlan dinámicamente los músculos laríngeos para generar tonos léxicos.

Curiosamente, la naturaleza dinámica del tono vocal durante el habla es tal que pueden ocurrir cambios de tono en 100 ms. Por lo tanto, estudios de imágenes previos con baja resolución temporal no lograron determinar la codificación neuronal en LMC que permite el control del tono vocal. Por lo tanto, utilizando rejillas de electrocorticograma (ECoG) de alta densidad con mayor resolución espaciotemporal, los investigadores del presente estudio intentaron comprender los mecanismos de codificación subyacentes al control del tono de la voz, que permite la producción de tonos léxicos. También pretendían identificar los parámetros de tono codificados durante la producción del tono y determinar la localización de la codificación neuronal del tono en la corteza cerebral.

Sobre el estudio

El estudio incluyó a ocho participantes (de entre 29 y 51 años, cinco hombres y tres mujeres) que se sometieron a un mapeo del lenguaje despierto como parte de su cirugía de tumor cerebral. Mientras los participantes hablaban sílabas mandarín en cuatro tonos diferentes, la actividad neuronal se registró utilizando rejillas de electrodos de alta densidad colocadas en la corteza sensoriomotora (SMC). Las tareas experimentales incluyeron la producción de tonos (utilizando dos paradigmas diferentes), así como la producción de oraciones, donde los participantes leyeron 20 oraciones en mandarín fonéticamente equilibradas a partir de una indicación en pantalla. Durante estas tareas, se registraron señales neuronales de rejillas ECoG de 128 canales utilizando un amplificador multicanal conectado ópticamente a un procesador de señales digitales. El espacio acústico de los tonos léxicos se analizó mediante análisis de componentes principales.

Los electrodos se localizaron intraoperatoriamente mediante un sistema de neuronavegación y un software basado en Python. Se identificaron electrodos sensibles al habla, que también podían discriminar entre tonos léxicos. Se extrajo el contorno del tono de cada sílaba y se identificaron el tono mínimo y máximo individual para cada participante. Se anotaron los componentes de frase y tono de cada sílaba y oración. Además, para evaluar qué características impulsan la actividad neuronal en el LMC durante la generación del tono léxico, se emplearon modelos de campo receptivo temporal (TRF). Se utilizó un análisis de patrones multivariado para evaluar la precisión de la decodificación de tonos en la población neuronal de LMC. Además, se utilizó estimulación eléctrica cortical directa intraoperatoriamente en cinco pacientes con glioma sometidos a cirugía despierto para probar la relación causal entre la población neuronal específica y la dinámica del tono correspondiente.

Resultados y discusión

Según el estudio, la codificación neuronal del control dinámico del tono vocal se produce mediante poblaciones neuronales distribuidas en el LMC ventral y dorsal. Durante el análisis, no se encontró evidencia de sitios de electrodos sintonizados con una categoría de tono individual. En cambio, se demostró que un tipo distribuido de codificación neuronal en LMC bilateral subyace al control cortical de la generación de tonos léxicos.

Se encontró que la codificación del tono estaba correlacionada positivamente con la discriminabilidad del tono. Tanto en tareas de producción de sílabas como de oraciones, se descubrió que la actividad neuronal de los electrodos de discriminación de tonos representa la dinámica del tono. Además, se descubrió que la estimulación intraoperatoria del LMC dorsal induce un aumento y descenso del tono. Estos resultados proporcionan evidencia causal de los patrones de sintonización positivos y negativos de LMC.

Los hallazgos mejoran nuestra comprensión del LMC y su codificación neuronal y tienen implicaciones importantes para las personas que hablan lenguas tonales, que constituyen aproximadamente un tercio de la población mundial. Sin embargo, el estudio está limitado por la variabilidad interindividual de la corteza de producción de tonos y la incapacidad de registrar simultáneamente desde el LMC izquierdo y derecho en el mismo participante. En el futuro, es posible que sea necesario realizar investigaciones con una muestra más grande para confirmar estos hallazgos.

Conclusión

En conclusión, los conocimientos de este estudio allanaron el camino para nuevos enfoques para abordar la discapacidad del habla en personas que hablan lenguajes tonales y al mismo tiempo encontrar aplicaciones en el desarrollo de la interfaz cerebro-computadora (BCI) para el habla asistida. Los mecanismos neuronales subyacentes al procesamiento del lenguaje tonal descubiertos en el estudio podrían informar investigaciones futuras.