اكتشاف كيف يقوم الدماغ بتشفير الكلام

نُشر على موقع “ساينس دايلي” بتاريخ: 26/9/2018
ترجمة : نورالهدى عباس التميمي
تدقيق : أمير صاحب
تصميم الصورة: أسماء عبد محمد

يريد العلماء مساعدة العاجزين كليًا عن الكلام أو البكم أو الذين يتواصلون حدسيًا وذلك من خلال تطوير روابط آلة الدماغ لفك شفرة أوامر الدماغ التي يرسلها إلى اللسان والحنك والشفاه والحنجرة، وسيحاول الشخص ببساطة أن يقول الكلمات التي تترجمها آلة الدماغ المربوطة إلى كلام.
حيث قام بحث جديد من كلية “نورث وسترن” للطب وكلية “وينبيرغ” للفنون والعلوم بجعل العلم أقرب لخلق الكلام في روابط آلة الدماغ من خلال اكتشاف معلومات جديدة حول كيف يقوم الدماغ بتشفير الكلام، واكتشف العلماء أن الدماغ يتحكم في إنتاج الكلام بطريقة مشابهة لطريقة تحكمه بإنتاج حركات الذراع واليد.
من أجل ذلك، سجل الباحثون إشارات من جزأين من الدماغ وفككوا ما تمثله هذه الإشارات، ووجدوا أن الدماغ يعرض أهدافَ كل ما نحاول قوله (صوت الكلام مثل “pa” و “ba”) والحركات الفردية التي نستخدمها لتحقيق تلك الأهداف (أي كيف نحرك شفاهنا والحنك واللسان والحنجرة) وتحدث تلك الإشارات المختلفة في جزأين مختلفين من الدماغ.
يقول الدكتور “مارك سلوتزكي” أستاذ علم الأعصاب وعلم وظائف الأعضاء في جامعة نورث وسترن في كلية فينبيرغ للطب: “يمكن أن يساعدنا ذلك في بناء أجهزة فك تشفير للكلام وهو ما سيقربنا من هدفنا في مساعدة الأشخاص البكم على الكلام ثانيةً”. ويمكن أن يساعد هذا الاكتشاف الأشخاص الذين يعانون من اضطرابات الكلام الأخرى مثل اضطراب الكلام لدى الأطفال بالإضافة الى ما يحدث بعد السكتة الدماغية لدى الكبار.

كيف يمكن أن يترجم دماغك الكلمات إلى خطاب؟
يتألف الكلام من أصوات فردية تدعى (الصوتيات)، تنتج بواسطة حركات متناسقة بين الشفتين واللسان والحنك والحنجرة. ومع ذلك، لم يكن العلماء يعرفون بالضبط كيف يتم التخطيط لهذه الحركات (التي يطلق عليها إيماءات مفصلية) بواسطة الدماغ، وبالأخص لم يكن مفهومًا تمامًا كيف تسيطر القشرة الدماغية على أنتاج الكلام ولم يظهر أي دليل على ظهور إيماءات في الدماغ.
يقول “سلوتزكي”: “لقد افترضنا أن المناطق الحركية للكلام في الدماغ لها تنظيم مماثل لتنظيم المناطق الحركية للذراع” وأضاف : “تمثل القشرة المخية المركزية حركات (إيماءات) الشفتين واللسان والحنك والحنجرة، كما أن المناطق القشرية الأعلى مستوى تمثل الصوتيات إلى حد اكبر”.
وذلك بالضبط ما وجده العلماء !
وقال “سلوتزكي” أيضًا :”درسنا جزأين من الدماغ يساعدان على أنتاج الكلام، حيث تمثل القشرة الدماغية أمام المركزية الإيماءات أكثر من الصوتيات أما القشرة الأمامية السفلية، وهي مناطق كلام ذات مستوى اعلى، فتمثل كل من الإيماءات والصوتيات”.

الحديث مع المرضى أثناء جراحة الدماغ لترجمة إشارات أدمغتهم
سجل العلماء إشارات الدماغ من سطح قشرة الدماغ باستخدام أقطاب كهربائية تم وضعها على أدمغة المرضى الذين يخضعون لعملية جراحية في الدماغ لإزالة الأورام وكان على المرضى أن يبقوا مستيقظين أثناء الجراحة، حيث طلب منهم الباحثون قراءة الكلمات على الشاشة.
وبعد الجراحة، وضع العلماء علامات على الأوقات التي أنتج فيها المرضى أصوات وحركات، ثم استخدموا إشارات الدماغ المسجلة من كل منطقة قشرية لفك تشفير الأصوات والإيماءات التي تم إنتاجها وقاسوا دقة فك التشفير. كانت إشارات الدماغ في القشرة المخية الأولية أثناء فك تشفير إيماءات أكثر دقة من الأصوات، بينما كانت تلك الإشارات في القشرة الأمامية السفلية جيدة لكل من الإيماءات والأصوات على حدٍ سواء.
ساعدت هذه المعلومات في دعم النماذج اللغوية لإنتاج الكلام، كما أنها ستساعد في توجيه المهندسين إلى تصميم روابط آلة الدماغ لفك تشفير الكلام في مناطق الدماغ هذه. والخطوة التالية للبحث هي تطوير خوارزمية لروابط آلات الدماغ التي لا تقوم فقط بفك تشفير الإيماءات بل تجمعها أيضًا لتشكيل الكلمات.
شمل هذا البحث تخصصات متعددة عبر الحرم الجامعي مثل كاتبين (سلوتزكي وإيميلي موجلر) وجراح أعصاب (ماثيو تات) وعالم أعصاب (جيسيكا تيمبلر) وعالم كمبيوتر ولغوي (ماثيو جولدريك) ومهندسين طبيين.

المقال باللغة الإنجليزية: هنا