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¿Cómo el cerebro convierte el sonido en significado? Estudio arroja luz

Un nuevo estudio ha investigado qué neuronas reaccionan a diferentes tonos vocales, discerniendo entre diferentes voces y reaccionando al énfasis. Los hallazgos nos ayudan a comprender cómo el cerebro adquiere significado a partir del sonido del habla.
Una nueva investigación examina cómo el cerebro procesa el sonido del habla y lo convierte en información emocionalmente significativa.

Ya sea discerniendo entre una pregunta y un enunciado, detectando el fenómeno de "upspeak", o simplemente averiguando cuando una persona está enojada, nuestros cerebros trabajan constantemente para distinguir innumerables variaciones en los sonidos y obtener significado de ellos.

Esto es aún más impresionante cuando consideramos el hecho de que las personas tienen diferentes voces, cada una con su tono específico, y que al discernir estas pequeñas diferencias dentro de la voz de una persona, el cerebro humano también descompone el sonido del habla en consonantes, vocales, y unidades de palabras. Todo esto está hecho, por supuesto, a una velocidad notable.

Una nueva investigación llevada a cabo por científicos de la Universidad de California en San Francisco (UCSF) examina cómo el cerebro procesa los cambios sutiles en el tono vocal o la entonación durante el habla. Estos patrones de sonido, llamados prosodia por científicos y poetas, son cruciales para nuestra capacidad de obtener sentido del sonido.

Los hallazgos fueron publicados en la revista Ciencia.

Como explican los autores, investigaciones previas en primates han localizado áreas en el cerebro que responden al tono y la entonación, pero estos estudios no entraron en mayor profundidad para identificar cómo las neuronas en estas áreas recogen la prosodia y ayudan al cerebro a procesarla en su significado .

La nueva investigación, liderada por la coautora del estudio Claire Tang, estudiante graduada de cuarto año en el laboratorio del autor principal del estudio, el Dr. Edward Chang, profesor de cirugía neurológica en el Instituto Weess de la UCSF para Neurociencias, tenía el objetivo de hacer justamente eso.

Estudiando las neuronas en la corteza auditiva del cerebro

Tang y sus colegas reclutaron a 10 participantes y les pidieron que escucharan cuatro oraciones. Estas oraciones fueron grabadas por tres voces sintetizadas diferentes.

Cada una de las oraciones se pronunció bajo cuatro condiciones diferentes de entonación: neutral, énfasis 1 (enfatizando la primera palabra en la oración), énfasis 3 (enfatizando la tercera palabra) y pregunta.

Por ejemplo, una oración era "Las películas demandan energía mínima". Primero se dijo como una declaración neutral, luego como "Películas demanda energía mínima, "en tercer lugar" demanda de películas mínimo energía, "y finalmente como" ¿Las películas demandan energía mínima? "

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Usando una electrocorticografía de alta densidad, en la cual los participantes tenían pequeños electrodos colocados a una alta densidad sobre la superficie de sus cerebros, Tang y su equipo monitorearon la actividad neuronal de un área del cerebro llamada circunvolución temporal superior (STG).

Se sabe que el STG juega un papel clave en el reconocimiento de la prosodia y las palabras habladas, ya que forma la corteza auditiva primaria del cerebro humano.

Para evaluar cómo las neuronas en esta área reaccionan a diferentes variables, el equipo diseñó un conjunto de condiciones en las que se pronunciaron estas oraciones variando el contorno de entonación, el contenido fonético, es decir, una oración que comienza con la palabra "Películas" es diferente en sonido de uno que comienza con la palabra "Reno" o la identidad del hablante.

Cómo reaccionan las neuronas STG al sonido del habla

Los investigadores identificaron no solo las neuronas en el STG que podrían "decir" la diferencia entre las tres voces sintetizadas sino también las neuronas que podían discernir entre las cuatro oraciones, independientemente de la voz que las emitía.

Más específicamente, los científicos observaron una mayor actividad en ciertas neuronas cuando se exponían a diferentes conjuntos de sonidos que componían las oraciones. Estas neuronas estaban trabajando para reconocer las oraciones basadas en los sonidos, o fonemas, e independientemente de la voz.

Un último grupo de neuronas podría "decir" la diferencia entre los cuatro contornos de entonación. Estas células cerebrales tenían una actividad mayor o menor dependiendo del énfasis en una oración, independientemente de qué oración era o la voz que la pronunciaba.

Para verificar sus hallazgos, Tang y su equipo diseñaron un algoritmo con el propósito de predecir qué y cómo reaccionarían las neuronas a varias oraciones pronunciadas por diferentes hablantes.

Descubrieron que la clase de neuronas responsable de distinguir diferentes voces "se centraba" en el llamado tono absoluto, mientras que las células cerebrales que reaccionaban a la entonación se centraban en el llamado tono relativo.

El tono absoluto se refiere a los diferentes tonos de los altavoces individuales, mientras que el tono relativo se refiere a cómo cambia la misma voz en el tono.

"Una de [nuestras] misiones es comprender cómo el cerebro convierte los sonidos en significado", dice Tang. "Lo que estamos viendo aquí es que hay neuronas en la neocorteza del cerebro que procesan no solo las palabras que se dicen, sino cómo se dicen esas palabras".

"Pudimos mostrar no solo dónde se codifica la prosodia en el cerebro, sino también cómo, explicando la actividad en términos de cambios específicos en el tono vocal".

Claire Tang

"Ahora, una gran pregunta sin respuesta es cómo el cerebro controla nuestros tractos vocales para hacer estos sonidos de habla entonacional", agrega el Dr. Chang. "Esperamos poder resolver este misterio pronto".

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