Uutiset

Ihmisaivot seuraavat puhetta ajallisesti tarkemmin kuin muita ääniä

Tuore tutkimus osoittaa, että sanojen ymmärtäminen on aivoille millisekuntipeliä, mutta ympäristön ääniä ne tulkitsevat kokonaisuuksina. Tuloksista voi olla hyötyä, kun tutkitaan häiriöitä puheen käsittelyssä.
Aivokuori seuraa äänen piirteitä hyvin täsmällisesti ymmärtääkseen puhetta. Kuva: Aalto-yliopisto
Aivokuori seuraa äänen piirteitä hyvin täsmällisesti ymmärtääkseen puhetta. Kuva: Aalto-yliopisto

Kuuleminen aktivoi pääosin samoja aivoalueita riippumatta siitä, mitä kuullut äänet ovat. Siksi tutkijoiden on ollut haastavaa selvittää puheen prosessointiin liittyviä erityispiirteitä.

Aivojen puhealueita on pyritty paikallistamaan ja niiden roolia selvittämään useissa tutkimuksissa. Yksi suurimmista haasteista on selvittää, miten aivot yhdistävät hyvin vaihtelevatkin akustiset signaalit tiettyyn kielelliseen merkitykseen ja pystyvät näin esimerkiksi tunnistamaan sanan samaksi, vaikka puhujat lausuisivat sen hieman eri tavoilla.

Aalto-yliopiston professori Riitta Salmelinin johtama tutkijaryhmä lähti ratkomaan haastetta uudella menetelmällä, jossa hyödynnettiin magnetoenkelfalografia (MEG) -aivokuvantamismenetelmää ja fysiologiaan perustuvia koneoppimismalleja.

Tutkijat mittasivat kuudentoista suomenkielisen koehenkilön aivoaktivaatiota äänille millisekuntien tarkkuudella samalla, kun nämä kuuntelivat eri ihmisten lausumia sanoja ja monenlaisia ympäristön ääniä eläinten ääntelystä musiikkiin. Sen jälkeen tutkijat muodostivat äänten käsittelystä koneoppimismenetelmien avulla mallin, jonka avulla he pystyivät rekonstruoimaan äänet pelkän aivoaktivaation perusteella eli kertomaan suurella tarkkuudella, minkä äänen koehenkilö oli kuullut.

Tutkimus osoitti, että puheen seuraaminen vaatii aivoilta aivan erilaista tarkkuutta kuin muiden äänien tulkinta.

"Aivokuori seuraa äänen piirteitä hyvin täsmällisesti ymmärtääkseen puhetta. Kun kuulemme esimerkiksi sanan ”kissa”, aivojemme on seurattava sitä ajallisesti hyvin tarkasti ymmärtääksemme sen merkityksen”, Aalto-yliopiston tutkija Anni Nora sanoo.

Aikaan sidottua prosessointia havaittiin aivoissa myös suomen kieleltä kuulostavien keksittyjen sanojen yhteydessä. Sen sijaan esimerkiksi musiikin, naurun ja eläinten äänten kohdalla ajallinen tarkkuus ei korostunut, vaikka ne välittivät merkityksiä puhuttujen sanojen tavoin.

”Kun kuulemme kissan naukuvan, aivot käsittelevät samoja merkityksiä kuin kissa-sanan kuullessamme – miltä kissa näyttää, mitä se tekee, miltä se tuntuu – mutta naukumista itsessään ne analysoivat kokonaisuutena ilman tarvetta ajallisesti täsmälliseen prosessointiin”, Anni Nora kertoo.

Kokemus voi kehittää ajallista tarkkuutta

Ajallisesti tarkkoja äänten käsittelyn malleja on käytetty aikaisemminkin aivotutkimuksessa, Tutkija Ali Faisalin kehittämän, skaalautuvan menetelmän ansiosta tutkijat pystyivät nyt soveltamaan malleja koko aivojen alueelta kerättyyn mittausdataan ja vertaamaan näiden koneoppimismallien avulla ensimmäistä kertaa puheen ja muiden äänten käsittelyä.

Aiempien tutkimusten valossa puheen käsittelytapa saattaa kehittyä ensimmäisten elinvuosien aikana, kun lapsi altistuu vahvasti omalle äidinkielelleen.

Tutkijat aikovat seuraavaksi hyödyntää luonnollisia ääniympäristöjä, kuten osana ympäristön ääniä kuuluvaa puhetta, sekä analysoida puheakustiikan vaikutuksia äänten käsittelyyn. He toivovat selvittävänsä myös, synnyttääkö tiettyihin ääniin erikoistuminen samanlaista aikaan sidottua prosessointia kuin puheen kohdalla havaittiin.

”Tätä voitaisiin tutkia esimerkiksi soitinäänten käsittelyyn erikoistuneilla muusikoilla”, Anni Nora kertoo.

Tutkijat uskovat, että koneoppimismalleja voidaan hyödyntää esimerkiksi puheen käsittelyn häiriöiden tutkimisessa.

Lue Lisää:

Dynamic time-locking mechanism in the cortical representation of spoken words http://dx.doi.org/10.1523/ENEURO.0475-19.2020

Lisätietoja:

Tutkija Anni Nora, Aalto-yliopisto
[email protected]

Professori Riitta Salmelin, Aalto-yliopisto
puh. 050 344 2745
[email protected]

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lisää tästä aiheesta

Kuvituskuva, jossa nukkuu mustahiuksinen nainen kännykkä vierellään yöpöydällä
Tiedotteet Julkaistu:

Uniapnea uhkaa kansanterveyttä – opiskelijat kehittivät sovelluksen, joka tunnistaa sen oireita kotioloissa

Uniapnean diagnosointi on työlästä ja kallista, joten helppokäyttöinen menetelmä sen seulontaan ja pitkäaikaisseurantaan on erittäin tervetullut.
Violetti- ja beigesävyinen kuvituskuva, jossa näkyy ihmisiä ja numeroita
Tiedotteet Julkaistu:

Kohti parempaa hoitoa ja ennusteita – tekoäly tuottaa dataa synteettisesti

Mahdollisuus tuottaa suuria määriä tutkimusaineistoa keinotekoisesti helpottaa merkittävästi esimerkiksi covid19-taudin tutkintaa.
Changing the Aalto University's Metsähovi radio observatory radome. Photo: Kalle Kataila
Tiedotteet, Yliopisto Julkaistu:

Kuin 20-metrinen golfpallo – Metsähovin radioteleskooppi sai uuden suojakuvun

Metsähovin radiotutkimusaseman maamerkki suojaa teleskooppia ja mahdollistaa Auringon ja mustien aukkojen tutkimisen vuoden ympäri.
Nature-imitating coating, picture: Juho Heiska
Tiedotteet Julkaistu:

Luontoa matkiva pinnoite tekee akuista kestävämpiä ja tehokkaampia

Aalto-yliopiston tutkijat onnistuivat ensimmäisinä maailmassa hyödyntämään hiilidioksidia akkua suojaavan pinnoitteen valmistuksessa.