大脑如何构建句子？语法和语义由不同神经元负责
科学家们已经知道大脑的额颞叶皮层是负责语言处理的关键区域。然而，受限于技术手段，以往的研究往往只能观察到大脑区域层面的宏观活动。而当我们说话时，单个神经元究竟是如何处理抽象的语法规则、词义以及句子结构的，一直是一个未解之谜。
近日，来自哈佛大学医学院麻省总医院的科研团队在《自然》（Nature）杂志上发表了一项研究，通过将大规模单神经元记录技术与前沿的人工智能自然语言处理（NLP）模型相结合，在单细胞微观尺度上揭示了人类在自然说话时大脑编码语言信息的过程。
科学家们此前并不清楚神经元是否能够区分名词和动词，或者它们是否能“理解”一个词语在句子中所扮演的复杂语法角色。为了探究这一问题，研究团队在8位接受癫痫监测手术的患者大脑语言区植入了微电极阵列。在患者清醒并进行自然对话的过程中，研究人员记录了579个单神经元的放电活动，并收集了他们说的近2000个句子。
研究人员引入了自然语言处理模型来分析这些神经与语言数据。他们将患者说出的每一句话进行句法和语义的拆解，随后寻找词汇特征与神经元电活动之间的对应关系。
研究发现，大脑中存在着对特定语言特征高度敏感的专属神经元。例如，有大约9.2%的神经元专门对词性（如名词、动词、形容词）做出反应。而另一些神经元则更关心句子的宏观骨架，它们会追踪词与词之间的依存关系，甚至能计算出当前词汇在整个句法树结构中的层级深度。
更有趣的是，研究证实了大脑在处理语言时，会将语法和语义进行精细地剥离。绝大多数神经元倾向于专门处理句法结构或专门处理词汇含义，极少有神经元同时负责这两者。然而，当这些神经元的活动在群体层面汇聚时，它们不仅能动态捕捉特定词汇的属性，还能结合整句话的上下文语境。
模型分析显示，这些神经元在人类开口说话的前1秒钟就已经开始高度活跃，并且能够整合当前词汇之前多达5个词的上下文信息。
此外，研究团队还将单个神经元的活动与其周围更广泛的局部场电位（LFP，代表该区域神经元群体的宏观同步活动）进行了对比。结果表明，单个神经元所编码的语言信息，与它所在区域的宏观电信号截然不同。这意味着，尽管语言功能在宏观上广泛分布在大脑左半球的多个区域，但在微观尺度上，神经元展现出了极高的特异性和专业化。
“这项研究明确了人类语言信息编码的最基本细胞模块。”研究人员在论文中总结道。而这些单元究竟如何进一步整合起来，还需要更多的探索。
该研究也为临床医学带来了更多的想象空间。基于这些对大脑处理语言的更深刻的理解，科学家们有望开发出更先进的脑机接口（BMI）设备，帮助那些因中风或渐冻症丧失说话能力的患者，直接将大脑中的思想过程转化为自然流畅的语言。
参考文献：
Cai, J., et al. (2026). Mapping the neuronal building blocks of human language with language models. Nature, 1-10. DOI: 10.1038/s41586-026-10691-5
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