نوزادها چگونه الگوهای صوتی پیچیده را شناسایی میکنند ؟

نوزادها چگونه الگوهای صوتی پیچیده را شناسایی میکنند ؟ | بررسی دقیق

در این مقاله به نوزادها چگونه الگوهای صوتی پیچیده را شناسایی میکنند ؟ میپردازیم. یادگیری زبان یکی از مهم‌ترین و پیچیده‌ترین فرایندهای شناختی انسان است که به طور عمده بر توانایی درک و پردازش الگوهای زبانی مبتنی است. تحقیقات نشان داده‌اند که نوزادان پیش از مرحله‌ی بغض زدن میتوانند وابستگی‌های غیرمجاور (NADs) را در حوزه شنوایی شناسایی کنند، که این مهارت یک پیش‌نیاز حیاتی برای یادگیری زبان است.

نوزادان پیش از مرحله‌ی بغض کردن میتوانند وابستگی‌های غیرمجاور (NADs) را در حوزه شنوایی پیگیری کند. این امر پیش‌نیاز حیاتی برای یادگیری زبان است، اما منشأ نوروتوسعه‌ای این توانایی هنوز ناشناخته باقی مانده است. ما از طیف‌سنجی نزدیک‌به‌قرمز عملکردی برای بررسی زیرساخت عصبی حمایت‌کننده از یادگیری و شناسایی NADs در نوزادان و کودکان 6 تا 7 ماهه با استفاده از توالی‌های صوتی در یک الگوی یادگیری گرامر مصنوعی استفاده کردیم.

شناسایی NADs در نوزادان با فعالیت پیش‌پیشانی چپ نشان داده شد، در حالی که در کودکان 6 تا 7 ماهه با فعالیت در گیره‌ی سوپرامارژینال (SMG)، گیره‌ی فوقانی زمانی (STG) و گیره‌ی جلویی تحتانی (IFG) مشخص شد. تحلیل‌های هم‌وابستگی عملکردی همچنین نشان داد که الگوی فعال‌سازی در نوزادان در طول فاز آزمایش از شبکه‌ای مغزی که شامل نواحی پیش‌پیشانی، SMG چپ و STG در فازهای استراحت و یادگیری است، بهره‌مند بود.

اسپیکر انکر مدل Soundcore Rave Neo A3395

مشاهده و خرید

این یافته‌ها نشان میدهند که یک شبکه مغزی عملکردی وابسته به یادگیری در نیم‌کره چپ ممکن است از بدو تولد ظهور کند و به عنوان اساس برای درگیر شدن‌های بعدی این نواحی در شناسایی NADs عمل کند، که بدین ترتیب پایه‌ای عصبی برای یادگیری زبان فراهم می‌آورد.

تحقیقات جدید نشان میدهد که نوزادان قادرند الگوهای صوتی پیچیده‌ای که قوانین غیرمجاور مشابه زبان را دنبال میکنند شناسایی کنند، که این امر نشان‌دهنده ذاتی بودن توانایی پردازش چنین توالی‌هایی است. با استفاده از طیف‌سنجی نزدیک‌به‌قرمز، پژوهشگران واکنش‌های مغزی نوزادان را به توالی‌های صوتی مشاهده کردند و دریافتند که نوزادان قادرند تفاوت میان الگوهای صحیح و نادرست را تشخیص دهند.

این مطالعه نشان داد که این توانایی اولیه، شبکه‌های مرتبط با زبان را فعال میکند، به‌ویژه در نیم‌کره چپ، که به‌عنوان بنیانی برای مهارت‌های زبانی آینده عمل میکند. تا شش ماهگی، این شبکه‌ها تخصصی‌تر میشوند و تأثیر مواجهه زودهنگام با صدا بر توسعه مغزی را نشان میدهند. این کشف اهمیت تجربیات شنوایی اولیه را نشان میدهد و پتانسیل مداخلات موسیقایی برای نوزادان را به‌منظور حمایت از رشد زبان باز میکند. این یافته‌ها به‌ویژه برای نوزادانی که در محیط‌های کم‌تحریک رشد می‌کنند، حائز اهمیت است.

در تحقیقاتی که در زمینه یادگیری NAD انجام شده، نشان داده شده است که تغییرات در ارتباطات عملکردی مغز میتواند به شناسایی و تشخیص تخلفات در الگوهای صوتی کمک کند. این الگوها مشابه نحوه پردازش زبان در مغز انسان‌ها هستند و میتوانند در تجزیه و تحلیل نحوه عملکرد اسپیکر و سیستم‌های صوتی به کار روند. به همین ترتیب، بررسی نحوه یادگیری و پردازش این الگوها میتواند کمک‌کننده باشد در فهم چگونگی توسعه سیستم‌های صوتی و اسپیکرهایی که قادر به شبیه‌سازی رفتار طبیعی مغز انسان هستند.

حقایق کلیدی

نوزادان قادرند الگوهای صوتی غیرمجاور را تشخیص دهند، که این مهارت برای زبان‌آموزی ضروری است. نواحی مرتبط با پردازش زبان در مغز از بدو تولد با توالی‌های صوتی فعال میشوند. مواجهه زودهنگام با صدا ممکن است به توسعه شبکه‌های مغزی مرتبط با زبان کمک کند. تیمی از پژوهشگران، از جمله روان‌شناختی‌زبان‌شناس یوتا مولر از دانشگاه وین، کشف کرده‌اند که نوزادان قادر به یادگیری توالی‌های صوتی پیچیده‌ای هستند که قوانین مشابه زبان را دنبال میکنند.

این مطالعه انقلابی شواهد دیرجست‌جو شده‌ای را فراهم می‌آورد که توانایی درک وابستگی‌ها بین سیگنال‌های صوتی غیرمجاور ذاتی است. یافته‌های این تحقیق به‌تازگی در مجله معتبر PLOS Biology منتشر شده است. مدت‌هاست که مشخص شده است که نوزادان قادرند توالی‌های هجا یا صداهایی را که مستقیماً پشت سر هم قرار دارند، یاد بگیرند. با این حال، زبان انسانی اغلب شامل الگوهایی است که عناصری را به هم پیوند میدهد که مجاور یکدیگر نیستند.

برای مثال، در جمله “زن قدبلندی که پشت درخت پنهان است، خود را کَتوُومن می‌نامد”، فاعل “زن قدبلند” به پسوند فعل “s” که دلالت بر سوم شخص مفرد دارد، پیوند داده میشود. تحقیقات در زمینه توسعه زبان نشان میدهد که کودکان تا سن دو سالگی شروع به تسلط بر چنین قوانینی در زبان مادری خود میکنند. با این حال، آزمایش‌های یادگیری نشان داده‌اند که حتی نوزادان پنج‌ماهه نیز میتوانند قوانینی را بین عناصر غیرمجاور شناسایی کنند، نه تنها در زبان بلکه در صداهای غیرزبانی مانند تن‌ها.

«حتی نزدیک‌ترین خویشاوندان ما، شامپانزه‌ها، میتوانند الگوهای صوتی پیچیده‌ای را که در تن‌ها جای‌گذاری شده‌اند، تشخیص دهند.» این را سیمون تاونسند، یکی از نویسندگان مقاله از دانشگاه زوریخ، بیان میکند.

تشخیص الگوهای صوتی؛ توانایی‌ای ذاتی

اگرچه بسیاری از مطالعات قبلی پیشنهاد داده‌اند که توانایی تشخیص الگوها بین صداهای غیرمجاور ذاتی است، اما تاکنون شواهد قاطعی وجود نداشت. تیم بین‌المللی پژوهشگران این شواهد را از طریق مشاهده فعالیت مغزی نوزادان و کودکان شش‌ماهه هنگام شنیدن توالی‌های صوتی پیچیده ارائه کرده‌اند. در این آزمایش، نوزادان چند روزه به توالی‌هایی گوش دادند که در آن‌ها اولین صدا به صدای سوم غیرمجاور پیوند داده شده بود.

پس از تنها شش دقیقه گوش دادن به دو نوع مختلف از توالی‌ها، به نوزادان توالی‌های جدیدی ارائه شد که همان الگو را دنبال می‌کردند، اما با ارتفاع صدای متفاوت. این توالی‌های جدید یا صحیح بودند یا حاوی اشتباه در الگو بودند. با استفاده از طیف‌سنجی نزدیک‌به‌قرمز برای اندازه‌گیری فعالیت مغزی، پژوهشگران دریافتند که مغز نوزادان قادر به تمایز بین توالی‌های صحیح و نادرست است.

صداها شبکه‌های مرتبط با زبان را در مغز فعال میکنند

“قشر پیشانی—منطقه‌ای از مغز که درست پشت پیشانی قرار دارد—نقش حیاتی در نوزادان ایفا میکند.” این توضیح را یاسویو میناگاوا از دانشگاه کیئو در توکیو ارائه میدهد. شدت واکنش قشر پیشانی به توالی‌های صوتی نادرست با فعال‌سازی یک شبکه عمدتاً نیم‌کره چپ مرتبط بود، که برای پردازش زبان نیز ضروری است. جالب اینجاست که نوزادان شش‌ماهه نیز هنگام تمایز بین توالی‌های صحیح و نادرست، فعال‌سازی در همین شبکه‌های مرتبط با زبان را نشان دادند.

پژوهشگران نتیجه‌گیری کردند که الگوهای صوتی پیچیده از همان آغاز زندگی این شبکه‌های مرتبط با زبان را فعال میکنند. در طول شش ماه اول، این شبکه‌ها پایدارتر و تخصصی‌تر میشوند.

تجربیات یادگیری اولیه کلیدی هستند

«یافته‌های ما نشان میدهند که مغز از همان روز اول قادر است به الگوهای پیچیده، مانند آنچه در زبان یافت میشود، پاسخ دهد.» این توضیح را یوتا مولر از دپارتمان زبان‌شناسی دانشگاه وین ارائه میدهد. «نحوه ارتباط نواحی مغزی در طی فرآیند یادگیری در نوزادان نشان میدهد که تجربیات یادگیری اولیه ممکن است برای شکل‌گیری شبکه‌هایی که بعدها از پردازش الگوهای صوتی پیچیده پشتیبانی می‌کنند، ضروری باشید.»

این بینش‌ها برای درک نقش تحریکات محیطی در توسعه اولیه مغز بسیار حائز اهمیت هستند. این موضوع به‌ویژه در مواردی که تحریکات کافی نیست، ناکافی است یا به‌طور ضعیف پردازش میشود، مانند نوزادان زودرس، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. پژوهشگران همچنین تأکید کردند که یافته‌های آن‌ها نشان میدهند چگونه سیگنال‌های صوتی غیرزبانی، مانند توالی‌های صوتی مورد استفاده در این مطالعه، میتوانند شبکه‌های مغزی مرتبط با زبان را فعال کند.

این امر افق‌های جدید و هیجان‌انگیزی را برای برنامه‌های مداخله زودهنگام گشوده است که میتوانند به‌عنوان مثال از تحریکات موسیقایی برای تسهیل توسعه زبان استفاده کند.

در ادامه اطلاعات به صورت تخصصی‌تر آمده است.

نتایج نشان داد که در نوزادان، شناسایی NADs با فعال‌سازی بخش قشر چپ مغز نشان داده میشود. در نوزادان 6 تا 7 ماهه، این شناسایی با فعال‌سازی قسمت‌های مختلف مغز شامل دور مقطع پیشانی چپ، شیار فوق‌مرزی (SMG)، شیار فوق‌زمانی (STG) و شیار پیشانی پایین (IFG) همراه است. تحلیل‌های هم‌گرا به این نکته اشاره دارند که فعال‌سازی نوزادان در فاز آزمون از یک شبکه مغزی تشکیل شده از نواحی پیش‌جبه‌ای، SMG و STG در فازهای استراحت و یادگیری بهره میبرد.

این یافته‌ها نشان میدهند که یک شبکه مغزی یادگیری مرتبط با نیم‌کره چپ ممکن است از بدو تولد وجود داشته باشد و به عنوان بنیان استفاده بعدی از این مناطق برای شناسایی NADs عمل کند. این یافته‌ها به عنوان مبنای عصبی برای یادگیری زبان و استفاده از NADs در دوران رشد زبانی عمل میکنند.

انسان‌ها با توانایی‌های پیچیده شنوایی متولد میشوند که ممکن است تحت تأثیر تجربه پیش از تولد و سیستم شنوایی نسبتاً بالغ شکل گرفته باشد. مطالعات نشان میدهند که نوزادان توانایی‌های شنوایی قابل توجهی دارند که شامل تمایز محرک‌ها براساس ویژگی‌های مختلف شنوایی، یادگیری صداهای جدید و پردازش دنباله‌های پیچیده‌تری از صداها میشود. این توانایی‌ها برای یادگیری زبان، که وابسته به شناسایی ساختارهای سلسله‌مراتبی در ورودی‌های شنوایی است، اهمیت دارند.

توانایی یادگیری NADs از دوران نوزادی در انسان‌ها وجود دارد و اینکه این توانایی‌ها از همان آغاز رشد به طور طبیعی در مغز فعال میشود. این نشان‌دهنده یک فرایند پیچیده و مهم است که پایه‌گذار یادگیری زبان در انسان‌ها است و در مراحل ابتدایی رشد مغز آغاز میشود.

تحقیقات اخیر نشان میدهند که نوزادان به یک مسیر ونترال مشابه بزرگسالان برای زبان دسترسی دارند که لوب تمپورال قدامی را به قشر پیش‌پیشانی ونترال از طریق کپسول اکستریم متصل میکند. همچنین، بخشی از مسیر دورسال که قشر تمپورال را به قشر پروموتور متصل میکند، در زمان تولد وجود دارد. این اتصالات ساختاری میتوانند به عنوان مبنای عصبی برای یادگیری قواعد، درک گفتار مادرانه و یادگیری واج‌شناختی در نوزادان عمل کند.

در مقابل، بخش دیگری از مسیر دورسال که قشر تمپورال را به ناحیه بروکا متصل میکند، تا مدت‌ها بعد از تولد تکامل می‌یابد، ولی در ماه‌های اولیه بعد از تولد به تکامل میرسد. یک شبکه مغزی عملکردی که شامل چندین منطقه کلیدی برای پردازش زبان است، از تولد در مغز نوزادان وجود دارد. این شبکه عملکردی ممکن است توانایی یادگیری وابستگی‌های غیر مجاور (NADs) را در نوزادان پشتیبانی کند، حتی اگر پیش‌پیشانی آن‌ها به طور نسبی نابالغ باشد.

با توجه به اینکه یادگیری NADs به نظر میرسد که در مراحل ابتدایی رشد وجود دارد و در بسیاری از گونه‌های مهره‌داران توزیع شده است، فرضیه ما این است که: (1) انسان‌ها از بدو تولد توانایی پیگیری NADs را دارند؛ و (2) مناطق مغزی که این فرآیند را پشتیبانی میکنند ممکن است شامل مناطقی باشید که در پردازش زبان در مراحل اولیه نیز نقش دارند، از جمله شبکه‌های جبه‌ایتمپورال در نیم‌کره چپ.

در این تحقیق، ما ریشه‌های نورودولوژیکی یادگیری و شناسایی NADs را با استفاده از توالی‌های صوتی غیرزبانی بررسی کردیم تا بیشتر در مورد تکامل زبان انسان بفهمیم. از آنجایی که یادگیری NADs به طور عمومی در دوران نوزادی و در سایر گونه‌های جانوری گزارش شده است، ما به این نتیجه رسیدیم که باید این فرآیند را در نوزادان و نوزادان 6 تا 7 ماهه آزمایش کنیم.

در این مطالعه، نوزادان 1 تا 5 روزه در آزمایش 1 ، نوزادان 6 تا 7 ماهه در آزمایش 2 با استفاده از تکنیک fNIRS و در قالب یک پارادایم یادگیری دستور زبان مصنوعی شنوایی مورد بررسی قرار گرفتند. هدف از انتخاب نوزادان این بود که فرآیندهای عصبی درگیر در یادگیری و شناسایی NADs در تولد بررسی شود. نوزادان 6 تا 7 ماهه انتخاب شدند زیرا سیستم عصبی پایدارتری برای پردازش زبان در این سن ایجاد میشود و در این سن پاسخ‌های قابل اعتمادتر برای شناسایی NADs دیده میشود.

در هر دو آزمایش، محرک‌ها شامل یک سری توالی‌های صوتی ساده از سه تن صدای سینوسی با مدولاسیون فرکانس از شش دسته از ویژگی‌های تونال (A، B، C، D، X1، و X2) بودند. هر دسته از تن سینوسی دارای انواع مختلفی از تون‌ها بود که برای جلوگیری از یادگیری خاص هر محرک مورد استفاده قرار گرفتند. در فاز یادگیری، شرکت‌کنندگان به مدت حدود 6 دقیقه در معرض 60 سه‌گانه استاندارد قرار گرفتند که مطابق با قوانین NAD بودند (برای مثال، دستور زبان AXB یا CXD).

سپس، در فاز آزمون، به شرکت‌کنندگان توالی‌های استاندارد آشنا و توالی‌هایی از انواع نوین دسته‌های صوتی که در فاز یادگیری شنیده شده بودند، ارائه شد. این توالی‌ها به صورت سه‌گانه‌های “درست” (مانند AXB یا CXD) یا “نادرست” (مانند AXD یا CXB) ترتیب داده شدند. هدف این بخش، آزمایش این بود که آیا افراد قادر به تعمیم قوانین NAD از فاز یادگیری و تشخیص تخلفات هستند یا خیر.

در آزمایش 1، علاوه بر این، فعالیت‌های همودینامیک نوزادان در طول فاز استراحت پیش از کار (PreRest)، فاز یادگیری (Learning) و فاز استراحت پس از کار (PostRest) ضبط شد. فازهای PreRest و PostRest قبل و بعد از فازهای یادگیری و آزمون قرار گرفتند. این فازها به ما این امکان را دادند تا تغییرات در اتصال‌پذیری عملکردی (FC) را از PreRest به Learning و یا از PreRest به PostRest بررسی کنیم و ارتباط بین تغییرات FC و فعال‌سازی در مواجهه با تخلفات NAD در فاز آزمون را بررسی کنیم.

در آزمایش 2، نوزادان 6 تا 7 ماهه فقط در معرض فازهای یادگیری و آزمون قرار گرفتند و فازهای استراحت حذف شدند. اسکن‌های fNIRS تنها در فاز آزمون انجام شد. تصمیم به محدود کردن زمان اسکن در این آزمایش به دلیل افزایش فعالیت فیزیکی نوزادان و احتمال کاهش تطابق با روش در این گروه سنی بود.

هدف اول آزمایش 1 این بود که بررسی شود آیا نوزادان انسان میتوانند روابط NAD را استخراج کرده و آن‌ها را به توالی‌های صوتی نوین تعمیم دهند، که این امر با پاسخ عصبی بیشتر به توالی‌های نادرست نسبت به توالی‌های درست در فاز آزمون نشان داده میشود. هدف دوم آزمایش 1 شناسایی شبکه‌های مغزی درگیر در یادگیری NAD از بدو تولد بود، که از طریق بررسی تغییرات FC و همبستگی‌های آن‌ها با پاسخ‌های مغزی به روابط NAD آموخته شده در فاز آزمون انجام شد.

هدف آزمایش 2 بررسی شبکه‌های مغزی است که تشخیص موفقیت‌آمیز NADها را در نوزادان 6 تا 7 ماهه پشتیبانی میکنند. با ترکیب این دو آزمایش، میتوانیم به تکامل و ظهور شبکه‌های مغزی عملکردی که مسئول شناسایی NADها هستند، در نیمه اول سال اول زندگی پرداخته و درک بهتری از فرآیندهای مغزی در این دوران کسب کنیم.

تحلیل همبستگی عملکردی (FC):

در ادامه، الگوهای همبستگی عملکردی (FC) در فازهای قبل از استراحت (PreRest)، یادگیری (Learning) و بعد از استراحت (PostRest) بررسی شد:

• در فاز PreRest: تعداد زیادی همبستگی عملکردی معنادار (بیش از 445 همبستگی) وجود داشت که نشان‌دهنده تغییرات معنادار در وضعیت پیش‌استراحت بود.
• در فاز یادگیری: بیشترین تعداد همبستگی‌های عملکردی معنادار مشاهده شد، به ویژه در ارتباطات نواحی پیشانی و گیجگاهی که در دو فاز دیگر (قبل و بعد از استراحت) مشاهده نمیشد.
• در فاز PostRest: همبستگی‌های عملکردی کمتری نسبت به فاز یادگیری یافت شد.

یافته‌های کلیدی:

• پاسخ همودینامیک: نوزادان به شرایط غلط نسبت به شرایط صحیح فعال‌سازی بیشتری در نیمکره چپ نشان دادند.
• همبستگی عملکردی: فاز یادگیری بیشترین تغییرات معنادار در همبستگی عملکردی را نشان داد، به‌ویژه در نواحی پیشانی و گیجگاهی.
• همبستگی منفی: FC قوی‌تر در فاز یادگیری با کاهش فعال‌سازی در نواحی پیش‌پیشانی ارتباط داشت که نشان‌دهنده یک شبکه مغزی مرتبط با یادگیری است.
• حالت پیش‌استراحت: نوزادانی که در حالت پیش‌استراحت همبستگی عملکردی قوی‌تری داشتند، تغییرات کمتری در FC از فاز PreRest به یادگیری نشان دادند، که ممکن است نشان‌دهنده تأثیر حالت اولیه مغز بر موفقیت یادگیری باشد.

آزمایش 2: نتایج پاسخ همودینامیک و تحلیل مقایسه شرایط صحیح و غلط

مطالعه‌ی حاضر به بررسی ریشه‌های تکاملی عصبی یادگیری NAD پرداخته است، به‌ویژه با نظارت بر پاسخ‌های عصبی نوزادان به پردازش NAD در دو آزمایش fNIRS با استفاده از یک پارادایم یادگیری دستور زبان مصنوعی.

در آزمایش 1، مشاهده شد که نوزادان تفاوت‌های قابل توجهی در فعال‌سازی بین نمونه‌های صحیح و غلط NAD پس از یک فاز کوتاه یادگیری در نواحی پیش‌پیشانی (عمدتاً شامل DLPFC و FP) نشان دادند. با وجود اینکه هیچ فعال‌سازی اولیه در نواحی زبان پیشین و پسین مشاهده نشد، درجه فعال‌سازی در نواحی پیش‌پیشانی با شدت همبستگی‌های عملکردی (FC) بین نواحی پیش‌پیشانی و نواحی زبان پسین در طول فاز یادگیری به‌طور منفی مرتبط بود.

آنالیزهای اضافی نشان دادند که جهت این ارتباط ممکن است ناشی از قدرت همبستگی اندازه‌گیری‌شده در دوران استراحت پیش از وظیفه باشد.

در آزمایش 2، تفاوت‌های معناداری در فعال‌سازی بین شرایط صحیح و غلط NAD در نوزادان 6 تا 7 ماهه در نواحی مغزی عمدتاً نیمکره چپ از جمله LSMG، STG و IFG مشاهده شد. این یافته‌ها نشان میدهند که هم نوزادان و هم نوزادان 6 تا 7 ماهه قادرند بین شرایط صحیح و غلط NAD در زمینه‌های غیرزبانی پس از یک فاز یادگیری کوتاه تمایز قائل شوند. با این حال، مکانیزم‌های زیرساختی تشخیص NAD در هر دو گروه سنی از طریق فرآیندهای عصبی تا حدودی متفاوت پشتیبانی میشوند.

نتایج ما اولین بار نشان میدهند که حتی در نیمه اول سال اول زندگی، به‌طور تدریجی از نواحی مغزی که بخشی از شبکه‌های زبان کلاسیک هستند برای پردازش NAD استفاده میشود. دوم، داده‌های FC نشان میدهند که نواحی زبان کلاسیک (مانند SMG و STG) در حین یادگیری NAD از بدو تولد درگیر بوده و تقویت تدریجی شبکه مغزی مربوط به تشخیص NAD را به‌عنوان نوزادان در معرض ورودی شبیه به دستور زبان قرار میگیرند، نشان میدهند.

احتمالاً چنین شبکه مغزی برای تشخیص NAD میتواند از همبستگی عملکردی پیشین میان نواحی پیش‌پیشانی و نواحی زبان پسین از بدو تولد نشأت گیرد.

قشر پیش‌پیشانی و تشخیص NAD در نوزادان

آزمایش 1 با نوزادان نشان داد که فعال‌سازی در نواحی پیش‌پیشانی چپ، از جمله DLPFC، FP و IFG رخ میدهد. بسیاری از مطالعات قبلی نشان داده‌اند که نوزادان یادگیرندگان فعالی هستند و به‌طور شگفت‌آوری بیشتر از آنچه که قبلاً تصور میشد، از قشر پیش‌پیشانی برای حمایت از یادگیری خود استفاده میکنند. به‌طور مثال، دو مطالعه fNIRS نشان داده‌اند که نوزادان 3 ماهه در حال خواب نه‌تنها تخلفات قوانین آموخته‌شده را تشخیص میدهند بلکه وقوع یک صدای جدید را نیز از طریق به‌کارگیری قشر پیش‌پیشانی جانبی تشخیص میدهند.

حتی IFG چپ نوزادان به نظر میرسد در یادگیری صداهای گفتاری و همچنین قوانین میان هجاها، به‌ویژه الگوهای تکراردخیل باشد. مطالعات دیگر نیز نشان داده‌اند که نوزادان در هنگام خواب قشر پیش‌پیشانی و IFG را به‌کار میبرند که به نواحی زبان پسین متصل است، هنگامی که در معرض صحبت مادر قرار میگیرند. مطالعه fMRI اخیر نیز نشان داده است که قشر پیش‌پیشانی ممکن است در دوران نوزادی اولیه به اندازه کافی توسعه یافته باشد تا از توجه ناشی از محرک‌ها حمایت کند.

این شواهد در مورد قشر پیش‌پیشانی در اوایل نوزادی هم‌راستا با پیشنهاد ماست که مغز نوزادان به‌طور پیش‌فرض به تخلفات NAD که در نمونه‌های جدید توالی‌های آوایی پیش‌آموخته رخ میدهد، حساس است.

فعال‌سازی اضافی FP چپ در نوزادان به‌طور احتمالی نشان میدهد که FP به‌عنوان یک “افزونه” عملکردی در اوج سلسله‌مراتب فرآیندهای پیش‌پیشانی جانبی عمل می‌کند، زیرا فعال‌سازی‌های FP همیشه به‌طور همزمان با فعال‌سازی‌های پیش‌پیشانی جانبی مشاهده میشود. همچنین، فعال‌سازی در بخش کوچکی از IFG(Ch 38) ممکن است نشان‌دهنده این باشد که مبنای عصبی پردازش NADها شروع به درگیر کردن نواحی زبان پیشین میکند.

شبکه‌های عملکردی مرتبط با اثر یادگیری در قشر پیش‌پیشانی نوزادان

جالب است که نوزادان فعال‌سازی در نواحی زبان پسین (یعنی STG و SMG) برای تشخیص NAD نشان ندادند، در حالی که این فعال‌سازی‌ها در نوزادان 6 تا 7 ماهه مشاهده شد. با این حال، ارتباطات منفی بین درجه پاسخ در DLPFC/FP چپ در طول فاز آزمایش و قدرت همبستگی‌های عملکردی (FC) بین DLPFC/FP و STG/SMG در طول فاز یادگیری نشان‌دهنده یک مکانیزم عصبی بالقوه است که شامل قشر تمپورالپاریه‌ای میشود.

مطابق با مطالعات قبلی، نوزادان تعداد زیادی همبستگی عملکردی (FC) را هم در فازهای استراحت و هم در فازهای تحریک نشان دادند که این به حالت‌های مغزی خواب فعال نوزادان اشاره دارد. اما در میان این فازها، همبستگی‌های عملکردی در فاز یادگیری قوی‌تر از فاز استراحت پیشین بود که در FCهای بلندبرد میان نواحی مغزی پیشینپسین و بین نیمکره‌ها مشاهده شد. علاوه بر این، مشابه با یافته‌های نوزادان 3 ماهه و بزرگسالان، قدرت همبستگی‌های عملکردی در فاز پس از استراحت بالاتر یا ضعیف‌تر از فاز پیش از استراحت بود.

تفاوت در FC بین فازهای پیشین و پس از استراحت نشان میدهد که قرار گرفتن در معرض محرک‌های صوتی در طول فازهای یادگیری و آزمایش شبکه‌های مغزی استراحت نوزادان را شکل داده است، به‌ویژه FCهای بلندبرد.

جالب‌تر اینکه، هنگامی که مکانیزم‌های ممکن درگیر در شبکه مغزی یادگیری را بررسی کردیم، دریافتیم که اثرات بزرگتر تشخیص NAD در نواحی پیش‌پیشانی با افزایش کمتر FC در پیشینپسین چپ در فاز یادگیری نسبت به فاز پیشین استراحت مرتبط بود. این یافته را به این شکل تفسیر میکنیم: نوزادانی که دارای ارتباطات قوی‌تری به‌عنوان حالت پیش‌فرض (استراحت پیشین) برای شبکه یادگیری بودند.

به تلاش شناختی کمتری برای تقویت شبکه در طول فاز یادگیری NAD نیاز داشتند و چنین ارتباطات تسهیل‌شده‌ای ممکن است منجر به بهبود عملکرد یادگیری شده باشد که در فعالیت‌های پیش‌پیشانی در طول فاز آزمایش منعکس شده است. در مقابل، برای نوزادانی که ارتباطات ضعیف‌تری به‌عنوان حالت پیش‌فرض داشتند، نیاز به تقویت FC بلندبرد پیشینپسین بود، که در افزایش FC یادگیری منهای پیش‌استراحت در طول فاز یادگیری نمایان شد، اما شبکه ناکارآمد هنوز ممکن است به اثرات ضعیف‌تر تشخیص در فاز آزمایش منجر شده باشد.

شبکه مغزی یادگیری مشاهده‌شده در اینجا شامل نواحی زبان پسین مانند SMG و STG بود. این نشان میدهد که نوزادان، علی‌رغم فعال‌سازی منحصر به فرد پیش‌پیشانی برای تشخیص تخلفات NAD، در طول یادگیری به نواحی مغزی مرتبط با زبان وابسته بودند. پیوند عملکردی بین این نواحی ممکن است با گذشت زمان پایدارتر شود.

مشارکت یک شبکه بزرگتر نیمکره چپ برای تشخیص تخلف در نوزادان 6 تا 7 ماهه این فرضیه را قابل‌قبول‌تر میکند. فراتر از عملکردهای مرتبط با زبان، شبکه عملکردی مشاهده‌شده ممکن است اهداف عمومی‌تری داشته باشد. به‌طور خاص، ما حدس میزنیم که FCهای بلندبردی که DLPFC و قشر پاریه‌ای تحتانی (مثلاً SMG) را به هم پیوند میدهند، عملکرد اولیه شبکه جبهه‌پاریه‌ای از پیش استقرار یافته را که از زمان تولد درگیر نگهداری و دستکاری اطلاعات است، بازتاب دهند.

این شبکه جبهه‌پاریه‌ای ممکن است نقش مهمی در یادگیری NAD در نوزادان ایفا کند.

این مطالعه نشان میدهد که نوزادان و نوزادان 6 تا 7 ماهه برای شناسایی نقض‌های NAD از نواحی مغزی مختلف استفاده میکنند، اما تحلیل‌های FC نشان میدهند که نوزادان از شبکه‌های عملکردی مغزی استفاده میکنند که احتمالاً توسط دو مسیر زبانی ساختاری نابالغ اما تا حدی عملکردی پشتیبانی میشوند. با قرارگیری در معرض صوت و فرآیندهای یادگیری از طریق مسیرهای دُرَالی، نوزادان به تدریج شبکه زبان قدامیپشتی را در شش ماه اول از تولد میسازند که میتواند یادگیری‌های مرتبط با زبان در آینده را تسهیل کند.

این فرآیند در نهایت منجر به نقش برجسته‌تر SMG و STG در پردازش ساختارهای مشابه دستور زبان میشود.

فعال‌سازی در ناحیه زبان‌پشتی برای نوزادان 6 تا 7 ماهه

در این مطالعه، اولین شواهد از فعال‌سازی نواحی خاص مغزی در پردازش NAD شنوایی در نوزادان 6 تا 7 ماهه ارائه میشود که نشان میدهد شناسایی نقض‌های NAD پس از یادگیری به طور عمده توسط نواحی زبان قدامی و پشتی (IFG، SMG، و STG) به‌علاوه نواحی معادل در نیمکره مقابل انجام میشود. این یافته‌ها با مطالعاتی که نشان داده‌اند نوزادان 9 ماهه در پردازش NADهای هجایی فعال‌سازی نواحی زمانی دوطرفه دارند، هم‌راستا است.

نتایج این تحقیق، این یافته‌ها را گسترش داده است، اولاً با ارتباط دادن فعال‌سازی مغزی عملکردی به تمایز بین NAD و نقض‌های NAD، و ثانیاً با بررسی مبنای مغزی شناسایی NAD در سنین کمتر.

نظریه کدگذاری پیش‌بینی

این تفسیر با نظریه کدگذاری پیش‌بینی هم‌خوانی دارد که فرض میکند مدل‌های پیش‌رو داخلی در بسیاری از فرآیندهای شناختی نقش مهمی دارند. فعال‌سازی‌های مشاهده‌شده در STG و SMG همچنین نشان‌دهنده پردازش پیش‌بینی‌های حسحرکتی شنوایی است که شامل پیش‌بینی‌های مربوط به زبان تولیدی و درک زبان میشود.

یادگیری NAD به عنوان یک توانایی ذاتی با ریشه‌های فیلوژنتیک باستانی

مطالعه ما نشان میدهد که توانایی یادگیری و شناسایی نقض‌های NAD ممکن است از بدو تولد در انسان‌ها وجود داشته باشد. این توانایی نه تنها برای محرک‌های غیرزبانی قابل مشاهده است بلکه وابسته به یک شبکه زبانی بالغ نیست. مطالعات قبلی نیز این توانایی را در گونه‌های مختلف مانند میمون‌ها، شامپانزه‌ها، موش‌ها و پرندگان نشان داده‌اند.

بنابراین، در حالی که توانایی پایه‌ای یادگیری NADها ممکن است از ابتدا وجود داشته باشد، هم در سیر تکاملی (فیلوژنتیکی) و هم در رشد فردی (انتولوژیک)، استفاده گسترده‌ای که زبان انسان از چنین ساختارهایی میکند، ممکن است فرآیندهای شناختی و زیرساخت‌های عصبیفیزیولوژیکی را که در پردازش NAD دخیل هستند، شکل دهد.

این دیدگاه با مطالعات انسانی هم‌خوانی دارد که نشان میدهند یادگیری NADهای ساده و حتی الگوهای دنباله‌ای پیچیده به وضعیت رشدی یادگیرندگان بستگی دارد و نحوه یادگیری الگوها نیز تاثیرگذار است. یافته‌های حاضر ممکن است به این نتیجه‌گیری منجر شوند که توسعه زبان در حوزه ساختارهای دنباله‌ای بر توانایی‌های ذاتی نوزادان در شناسایی الگوهای شنوایی مجاور و حتی غیرمجاور تکیه دارد که ممکن است پایه‌ای مهم برای توسعه نحو در آینده باشد.

محدودیت‌ها

در هر دو آزمایش، زمانی که triplet‌های صحیح با پایه مقایسه شدند (یعنی محرک‌های استاندارد)، کاهش فعالیت مغزی مشاهده شد. این نوع کاهش فعالیت معمولاً در دوره عادت‌سازی مشاهده میشود (مانند پایه در پارادایم ناهماهنگی) که در آن محرک‌های مشابه یا یکسان تکرار میشوند. این امر در مغز نوزادان جوان نیز مشاهده می‌شود؛ برای مثال نوزادان 3 تا 4 ماهه کاهش تغییرات هموگلوبین در پاسخ به صداهای تکراری نشان داده‌اند. ما کاهش فعالیت در پاسخ به triplet‌های صحیح را به عنوان انعکاسی از عادت‌سازی تفسیر میکنیم.

اگرچه محرک‌های صحیح از نظر آکوستیکی با محرک‌های استاندارد در پایه تفاوت‌هایی مانند در ارتفاع صدا داشتند، نوزادان احتمالاً این triplet‌های صحیح و استاندارد را به عنوان یکسان در چارچوب قانون NAD درک میکنند که منجر به فعال‌سازی عادت‌شده میشود. با توجه به این که هر دو آزمایش افزایش فعالیت برای محرک‌های نادرست جدید در مقایسه با محرک‌های صحیح جدید نشان دادند، باید نتیجه‌گیری کنیم که قانون NAD منجر به تمایز بیشتر الگوهای فعال‌سازی شد.

اگرچه تفاوت بین محرک‌های نادرست جدید و پایه در نوزادان معنادار نبود، نتایج حیاتی که توانایی تمایز را پشتیبانی میکنند، میزان تفاوت‌ها بین دو الگوی فعال‌سازی است. به طور خاص، فعال‌سازی‌های مخالف (یعنی کاهش فعالیت در پاسخ به محرک‌های صحیح جدید و افزایش فعالیت در پاسخ به محرک‌های نادرست جدید) برای هر دو گروه مشاهده شد و این تفاوت‌ها معنادار بود.

بنابراین، ما همچنان به نتیجه‌گیری میپردازیم که هم نوزادان و هم نوزادان بزرگ‌تر قانون NAD را استخراج کرده‌اند، هرچند که حساسیت به شناسایی نقض قانون در نوزادان ممکن است کمی ضعیف‌تر باشد..

نتیجه‌گیری

مطالعه از fNIRS برای روشن کردن ریشه‌های نوروسایکولوژیکی یک بلوک ساختاری مهم—توانایی پردازش NADها—استفاده کرده است. به‌طور خاص، ما اولین شواهد را ارائه میدهیم که نوزادان قادر به استخراج NADها از دنباله‌های شنوایی هستند. با این حال، در طی شناسایی NAD، نوزادان از نواحی مغزی متفاوت نسبت به نوزادان 6 تا 7 ماهه استفاده کردند که همان کار را انجام میدهند.

این نشان‌دهنده توسعه سریع شبکه‌های مغزی مرتبط با پردازش شبیه دستور زبان در طول شش ماه اول زندگی است. به‌طور خاص، نوزادان 6 تا 7 ماهه از همان نواحی مغزی (IFG و ناحیه زبان‌پشتی) که بزرگسالان برای پیگیری NADها استفاده میکنند، بهره میبرند، در حالی که نوزادان تنها از نواحی پیشانی استفاده کردند.

اتصالات مغزی نوزادان در حین یادگیری همچنین یک شبکه مغزی مرتبط با یادگیری را نشان داد که شامل نواحی مرتبط با زبان پشتی است که در شناسایی NAD در نوزادان 6 تا 7 ماهه یافت شد. این یافته‌ها به شواهد فزاینده‌ای می‌افزایند که نشان میدهند کورتکس پیشانی به همراه نواحی پشتی مرتبط با زبان از توسعه شناختی اولیه پشتیبانی میکنند و نشان میدهند که مغز نوزادان از پیش با توانایی یادگیری استثنایی برای پیش‌نیازهای آینده در یادگیری نحو تجهیز شده است.

در این مطالعه، قدرت ارتباطات عملکردی میان نواحی مختلف مغز، به ویژه در مناطق پیش‌جبهه‌ای و نواحی زمانی، نقش مهمی در یادگیری و شناسایی تخلفات در الگوهای صوتی داشت. این مفهوم مشابه عملکرد اسپیکرها در شبیه‌سازی دقیق و تشخیص تغییرات در ویژگی‌های صوتی است. اسپیکرها با تجزیه و تحلیل و پردازش دقیق این ویژگی‌ها، میتوانند به تولید صداهایی بپردازند که نه تنها با دقت بالا، بلکه با تطابق صحیح با ساختارهای زبانی و صوتی موجود در محیط همخوانی دارند.

شبکه‌های مغزی که در یادگیری NAD دخیل هستند، میتوانند مشابه سیستم‌های پردازش صوتی در اسپیکرها عمل کنند. این شبکه‌ها به ما نشان میدهند که چگونه سیستم‌های صوتی میتوانند اطلاعات را از محیط دریافت کرده و پردازش کنند تا خروجی دقیق و قابل فهمی تولید کنند. با فهم دقیق‌تر نحوه عملکرد این شبکه‌های مغزی، میتوان به بهبود طراحی اسپیکرهایی که در تشخیص و پردازش صداها توانمندتر هستند، دست یافت و حتی در آینده به خرید اسپیکر نیز کمک میکند و میتوانید انتخاب درستی داشته باشید.

کلام آخر

نتایج نشان میدهند که نوزادان قادرند وابستگی‌های غیرمجاور را شناسایی کند و این فرآیند با فعال‌سازی مناطق خاصی از مغز، به‌ویژه در نیم‌کره چپ، مرتبط است. تحلیل‌های هم‌وابستگی عملکردی نشان دادند که نوزادان از یک شبکه مغزی که شامل نواحی پیش‌پیشانی، گیره‌ی سوپرامارژینال (SMG) و گیره‌ی فوقانی زمانی (STG) است، بهره‌مند میشوند.

اسپیکر جی بی ال مدل GO 3

مشاهده و خرید

این یافته‌ها نشان میدهند که یک شبکه مغزی عملکردی مرتبط با یادگیری در نیم‌کره چپ از بدو تولد آغاز میشود و به‌عنوان پایه‌ای برای پردازش پیچیده‌تر زبان و شناسایی الگوهای صوتی عمل میکند. این شبکه‌ها ممکن است در مراحل بعدی زندگی برای شناسایی وابستگی‌های زبانی پیچیده‌تر فعال شوند و در نهایت زمینه‌ساز یادگیری زبان باشید.