Harvardi teadlased avastasid kõnet juhtivad spetsialiseerunud ajurakud

Massachusettsi Üldhaigla ja Harvardi Meditsiinikooli teadlased on avastanud, et inimaju kasutab kõne tootmiseks rangelt spetsialiseerunud üksikuid neuroneid, millest igaüks täidab vaid ühte kitsast grammatilist ülesannet. Uuringus salvestati üle 10 000 sõna loomulikku kõnet epilepsiahaigetele ajju paigaldatud mikroelektroodide abil. Tulemused ilmusid ajakirjas Nature ning võivad aidata arendada täpsemaid aju-arvuti liideseid.

Massachusettsi Üldhaigla ja Harvardi Meditsiinikooli teadlased on näidanud, et inimaju ei tooda kõnet hajusalt terves piirkonnas, vaid kasutab selleks üksikuid rangelt spetsialiseerunud neuroneid, millel igaühel on täita oma kitsas roll. Uuringutulemused ilmusid mainekas teadusajakirjas Nature.

Kuidas uuring tehti

Teadlased kasutasid meditsiinilist protseduuri, mille käigus paigaldati kaheksa epilepsiahaige ajju mikroskoopilised elektroodid hoogude täpseks kaardistamiseks. See avas teadlastele haruldase võimaluse kuulata otse otsmiku- ja oimusagara rakkude tegevust. Patsientidel paluti jälgimisperioodil vabalt rääkida ja vastata argiküsimustele, et vältida päheõpitud tekstide kordamist. Nii salvestati reaalajas üle 10 000 sõna ja tuhandete lausete jagu loomulikku kõnet.

Kogutud andmed paljastasid äärmiselt selge tööjaotuse, mis koondub valdavalt aju vasakusse poolkerra. Ligi kümnendik jälgitud neuronitest aktiviseerus spetsiifiliselt sõnaliikide, näiteks tegu- või määrsõnade, peale sadakond millisekundit enne sõna väljaütlemist. Teised rakud jälgisid, kas sõna on lauses alus või sihitis, ning eraldi neuronid reageerisid vaid lauseosa lõppemisele.

Masinad ja bioloogia sarnanevad

Keele sügavama struktuuri analüüsiks võtsid uurijad appi suured keelemudelid ning avastasid üllatava sarnasuse tehisintellekti ja elusrakkude vahel. Nii algoritmid kui ka närvirakud peavad arvet vestluse laiema konteksti üle, grammatikaspetsialistid hoiavad enamasti meeles viit eelnevalt välja öeldud sõna, et ennustada järgmise sõna vormi ja tähendust.

Huvitav on ka see, et kuigi üksik neuron tegeleb kitsalt vaid ühe keeleelemendiga, analüüsib teda ümbritsev koetükk sageli hoopis teisi keele tahke, näiteks lause rütmi. Saksamaa Max Plancki instituudi neuropsühholoog Angela Friederici märkis, et esialgu jääb vastuseta küsimus, kuidas nendest rangelt eraldatud keeleklotsidest sünnib sekundi murdosa jooksul voolav ja arusaadav kõne.

Mis edasi?

Massachusettsi Üldhaigla neurokirurg Ziv Williams oli kolleegidega lootusrikas, et sellised detailsed ajuatlased teevad lõpuks võimalikuks inimeste keerukate mõtete lugemise otse neuronite pealt. «Täiustatud liideste abil saaks meedikud taastada suhtlusvõime patsientidel, kes on kõneoskuse raske haiguse või füüsilise trauma tõttu sootuks kaotanud,» kirjutasid uurijad.

Teadlased ise hoiatavad kaugeleulatuvate järelduste eest, sest vaatlusperiood oli suhteliselt lühike. Pole teada, kas üksikud rakud täidavad samu ülesandeid kogu inimese eluea vältel. Varasemad loomkatsed viitavad, et ajukoores toimub pidev spetsialiseerumise ümberjaotumine rakkude vahel kuude või aastate jooksul.