Descubren neuronas capaces de responder a los cambios en el tono de habla

Un estudio ha revelado la capacidad neuronal del cerebro para distinguir el significado de los fonemas escuchados en cada frase

Redacción

Investigadores de la Universidad de California-San Francisco (UCSF), han identificado las neuronas que responden a los cambios de tono en el lenguaje hablado, esenciales para transmitir claramente tanto el significado como la emoción del discurso.

El estudio, publicado en la revista Science, fue realizado por el laboratorio de Edward Chang, profesor de Cirugía Neurológica en el Instituto Weill de Neurociencias en la UCSF y dirigido por Claire Tang, estudiante de cuarto año en el laboratorio de Chang. “Una de las misiones del laboratorio es entender cómo el cerebro convierte los sonidos en significado. Lo que estamos viendo aquí es que hay neuronas en el neocórtex del cerebro que están procesando no solo qué palabras se están diciendo, sino cómo se dicen”, ha afirmado Tang.

Los cambios en el tono vocal durante el habla (conocido por los lingüistas como prosodia del habla), son una parte fundamental de la comunicación humana, casi tanto como la melodía de la música. En los idiomas tonales como el chino mandarín, los cambios de tono pueden alterar completamente el significado de una palabra. No obstante, en un lenguaje no tonal como el inglés, las diferencias de tono pueden cambiar significativamente el significado de una oración hablada.

La capacidad del cerebro para interpretar los cambios en el tono sobre la marcha es particularmente notable, dado que cada orador también tiene su propia voz típica y estilo (es decir, algunas personas tienen voces graves, otras tienen voces agudas y otras parecen terminar incluso afirmaciones como si fueran preguntas). Además, el cerebro debe rastrear e interpretar los cambios de tono, en fracciones de segundo, mientras simultáneamente analiza qué consonantes y vocales se están pronunciando, qué palabras forman, y cómo esas palabras se combinan en frases y oraciones.

Estudios previos realizados tanto en seres humanos como en primates han identificado áreas de las cortezas frontales y temporales del cerebro que son sensibles al tono y la entonación vocales, pero ninguna ha respondido a la pregunta de cómo las neuronas en estas regiones detectan y representan cambios en el tono para informar a la interpretación del cerebro sobre el significado de un hablante.

Resultados distintos según la frase

Chang, neurocirujano del Centro de Epilepsia de la UCSF, está especializado en cirugías para eliminar el tejido cerebral responsable de ciertas epilepsias. En algunos casos, para prepararse para estas operaciones, coloca en la superficie del cerebro de los pacientes placas de alta densidad de pequeños electrodos, tanto para ayudar a identificar el lugar que desencadena las convulsiones de los pacientes como para mapear otras áreas importantes como las involucrados en el lenguaje, asegurándose de que la cirugía evite dañarlas.

En el nuevo trabajo, Tang pidió a diez voluntarios que esperaban para someterse a la cirugía con estos electrodos colocados que escucharan las grabaciones de cuatro frases pronunciadas por tres voces diferentes sintetizadas: “Los seres humanos valoran el comportamiento genuino”, “las películas exigen una energía mínima”, “el reno es un animal visual” y “los abogados dan una opinión relevante”. Estas frases fueron diseñadas para tener la misma longitud y construcción y se podía jugar con cuatro entonaciones diferentes: neutral, enfatizando la primera palabra, poniendo énfasis en la tercera palabra, o como una pregunta; de forma que estos cambios de entonación alteran el significado de la oración.

Tang y sus colegas monitorizaron la actividad eléctrica de las neuronas en una parte de las cortezas auditivas de los voluntarios conocida como giro temporal superior (STG, por sus siglas en inglés), que investigaciones anteriores habían demostrado que podrían desempeñar algún papel en el procesamiento de la prosodia del habla. De esta manera, hallaron algunas neuronas en el STG que podían distinguir entre las tres voces sintetizadas, basándose sobre todo en diferencias en su gama media del tono vocal.

Otras neuronas podían distinguir entre las cuatro oraciones, sin importar qué orador las decía, en función de los diferentes tipos de sonidos (o fonemas) que componían las oraciones. Otro grupo de neuronas era capaz de diferenciar entre los cuatro patrones de entonación diferentes, cambiando su actividad dependiendo de donde se puso el énfasis en la oración, pero sin importar qué frase era o quién la decía.

Estudio de la prosodia

El equipo diseñó un algoritmo para predecir cómo debería cambiar la respuesta de las neuronas en cualquier oración en función del hablante, la fonética y la entonación. Tras ello, utilizó este modelo para pronosticar cómo las neuronas de los voluntarios responderían a cientos de frases grabadas por diferentes oradores.

Las pruebas mostraron que mientras las neuronas sensibles a los diferentes oradores se centraban en el tono absoluto de la voz del orador, las que respondían a la entonación se centraban más en el tono relativo: cómo el tono de la voz del orador cambió de un momento a otro durante la grabación. “Para mí, este fue uno de los aspectos más emocionantes de nuestro estudio. Pudimos demostrar no solo donde está codificada la prosodia en el cerebro, sino también, la forma en la que el cerebro comienza a desmontar la compleja corriente de sonidos que forman el discurso”, ha concluido Tang.

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