在你思考時,腦海中的聲音究竟是什麼?

北京時間10月14日消息,據國外媒體報道,你有沒有想過,你在默默思考時,腦海中的聲音究竟從何而來呢?會不會是由我們對說話聲的記憶引發的幻覺呢?這些問題紛紛指向了一個未解之謎,而這個謎團又與我們對「不可能存在的語言」的追尋有關。

在你思考時,腦海中的聲音究竟是什麼?

所謂「不可能存在的語言」,指的就是我們腦海中的聲音。從方法論角度來看,這個謎團也同樣重要,因為要想解開這個謎團,就需要從根本上改變我們對語言與大腦之間關系的理解方式。我們需要從判斷大腦在執行語言任務時,「哪里的神經元正在發送信號」,轉為「哪些神經元正在發送信號」。

先思考一個簡單的問題:語言是由什麼組成的?毫無疑問,語言是由單詞(字)和組合規則構成的,但在物理學家看來,語言存在於兩個不同的物理空間之內:大腦外部和大腦內部。在大腦外部,語言由空氣分子疏密分布形成的機械聲波構成(也就是「聲音」);而在大腦內部,語言則由神經元賴以溝通的電波構成。在這兩種情況下,語言在物理層面上都是由這些實實在在的東西構成的。

聲波與大腦之間存在一層顯而易見的聯系。正是由於聲音,一個大腦的內容才能以話語的形式、傳遞到另一個大腦之中。(當然,兩個大腦之間還可以通過其它方式交換語言信息,比如通過眼神、手勢、盲文等等。)聲音通過耳朵進入人體內部,然後穿過鼓膜、聽小骨和蝸牛狀的耳蝸。這套復雜的系統可以將聲信號的機械振動轉化為電脈沖,將復雜的聲波解碼成為可以概括聲波的基本頻率。接着,不同的頻率會投射到初級聽皮層上的特定點位上,聲波也就此被電波取而代之。

諾貝爾獎得主、電生理學家埃德加•阿德里安勛爵所做的開創性工作至少讓我們了解到,物理信號抵達大腦後並不會就此徹底消失。而科學家最近又發現了更令人震驚的現象:在大腦中與聽覺無關的腦區,如負責話語生成的布羅卡氏區(the Broca』s area),腦電波居然也會保留對應的聲波的形狀。

這些發現對我們對於聲波與腦電波之間關系的理解具有重要意義。不過,這些發現幾乎全部仰仗一個與語言相關的神經生理學過程,名叫「聲音發射解碼」(sound emission decoding)。但我們知道,語言在沒有聲音的情況下也可以存在,比如當我們閱讀時(你此時此刻就在做這樣的事情)、以及思考時等等。用專業詞匯來說,這統統叫做「腦內言語」(endophasic)。

這個事實很簡單,引發的問題卻很關鍵:當我們形成了語言表述、但並未發出聲音時,大腦中的電波又會怎麼樣呢?

2014年,意大利語言學家安德烈亞•莫羅和同事們決心找出這個問題的答案。他們將能夠表述大腦布羅卡氏區活動的電波形狀與聲波形狀進行了比較。這里的聲波不僅包含受試者聽見的聲音,還包括他們在絕對安靜的環境下默讀時的聲波。在後面這種情況下,輸入信息與聲音完全無關。當然,分析「腦內話語」在神經心理學領域已經不是個新概念了。但莫羅等人用來探索該現象的技術倒是十分不尋常、並且頗有啟發性,研究結果也令人大感意外。

清醒手術

莫羅在實驗中採用了一種名叫「清醒手術」的方式來收集數據。運用這項技術,患者會在去除一部分顱骨後被喚醒,以便對患者的大腦皮層電生理學活動進行刺激和分析。不過,這項技術屬於侵入性手段,大腦又是個十分脆弱的器官,再加上患者需要在情緒極其脆弱的情況下保持配合,這些心理學、技術和倫理學原因都導致這類研究難以開展。

例如,外科醫生在切開大腦皮層、切除腫瘤時,無法預先得知切除此處腦部組織是否會對神經網絡造成干擾、以致於破壞甚至摧毀該神經網絡對應的認知、運動或感知機能。為了盡可能減小手術造成的傷害,等患者被麻醉、顱骨被打開後,醫生就會喚醒患者(時間很短暫,大約10至20分鍾),讓患者做一些需要動用相應皮層的簡單任務。

患者完成任務的過程中,醫生會用小型電極刺激患者的大腦皮層(這並不會造成痛感,因為大腦沒有痛覺感受器)。如果對某一部位的皮層的電刺激會影響患者完成任務,醫生就能判斷出,若切除這部分皮層,將對患者造成永久性傷害,並藉此評估是否可以從其它位置入手執行手術。這種手術給患者帶來的好處無法用價值衡量,實際效果幾乎任何技術都無法企及。不僅如此,這項技術還為科學家提供了一個獨一無二的研究大腦功能、獲取重要數據的機會。

首先,醫生可以藉此確定任何患者大腦中與特定任務相關的神經網絡的關鍵節點位置,這就解決了神經成像技術的關鍵問題之一:不同受試者大腦中開展特定功能的確切位置可能差別很大。此外,醫生還能精確記錄下單個神經元層面的神經電活動。不過利用現有技術,這一水平還很難達到。

除了對局部病變的治療之外,這項技術在其它病理學領域的運用也在日益增多,如治療難以用藥物對付的癲癇等等。在治療癲癇時,醫生會先在患者大腦中植入電極,然後閉合顱骨,這樣就可以在日常環境中連續不斷地提供患者信息了。藉助這種方法,我們可以進一步理解大腦中發生的神經生理學過程。與神經成像技術相比,該方法可以提供更精準、更確切的空間信息,還能對大腦電活動展開針對性測量,這是其它任何間接測量手段都無法比擬的。

實驗

在莫羅的實驗中,十六名患者被要求大聲讀出給定的語言表述,有些是單獨的詞匯,有些則是完整的句子。然後,研究人員將產生的聲波形狀與受試者大腦中布羅卡氏區的電波形狀進行了比對。出乎意料的是,他們居然從中發現了相關性。

實驗的第二步最為關鍵:研究人員要求患者再次讀出這些語言表述,但不要發出任何聲音,只需在腦中默讀。然後,研究人員再次將對應的聲波與患者腦中布羅卡氏區的電波形狀進行比較。這里要指出的是,的確有信號進入了大腦中,但不是聲音信號,而是由電磁波攜帶的光信號,或者簡單來說,是由我們用來表述話語的文字傳達的信號,反正肯定不是聲波。

結果研究人員驚訝地發現,當受試者默讀這些語言表述時,大腦中與聽覺無關的腦區記錄下的電波結構居然與讀出這些語句時產生的機械聲波完全相同。這樣一來,語言依附的兩種波就密切聯系在了一起。這種聯系密切到什麼程度呢?即使在不存在聲音的情況下、兩種波形也可以完全重疊。這說明,語言的聲學信息並不是當某人需要與他人交流時才植入其中的,而是從一開始就是語言的一部分,或者至少早於聲音的產生時間。另外,此前有人懷疑我們在閱讀或思考時、腦海中的聲音不過是我們基於對說話時聲音的記憶產生的幻覺,而此次研究結果也成功排除了這種可能性。

這項發現說明,聲音在語言處理中的作用比我們之前所想的關鍵得多。聲波與聲音產生的腦電波之間這種意想不到的關聯就像「羅塞塔石碑」一樣(註:羅塞塔石碑製作於公元前196年,其上用古埃及文字、希臘文字和當時的通俗文字刻了相同的內容,使語言學家得以通過對照不同文字、解讀出埃及象形文字的意義與結構),使我們得以運用已知的兩種編碼、解讀出第三種編碼:即在無聲情況下產生的電波編碼。這反過來或許又能幫助我們破獲人類語言的獨特「指紋」。

這一發現也引發了諸多問題,例如:如果某人從出生起就從未能聽到任何聲音,那麼他/她的語言網絡(包括布羅卡氏區在內)會產生怎樣的電活動?我們能否利用大腦皮層的電活動信息了解失語症患者心中所想的語句、然後藉助人造發聲設備再度聽到他們「說話」?我們能否更好地了解做夢時、或病人意識模糊時在腦海中聽到的話語?我們能否將嚴重口吃視為各個神經網絡中不同聲音表徵系統之間的失調、並加以干預和治療?這些發現是否會導致違反倫理的行為、違背他人意願、強行獲取他人心中的想法?

人類進行的大部分溝通都是憑借波的形式進行的,這一簡單的事實也許並非偶然。畢竟,波可以將信息從一個實體攜帶到另一個實體,而不會改變這兩個實體的結構或組成。波可以從我們的身體中透過,不會對我們造成傷害,但又可以讓我們通過波的瞬時振動破解其攜帶的信息。當然,前提是我們要有能夠「解碼」的「鑰匙」。英語中「信息」(information)一詞是從拉丁詞根「形狀」(forma)衍生而來的,這絕不是一個巧合,畢竟要想傳達「信息」、就要與他人分享「形狀」。

奧地利哲學家路德維希•維特根斯坦曾在《哲學研究》(Philosophical Investigations)一書中提出過這樣一個問題:「人們有沒有可能不將話語宣之於口,而是藉由內心進行溝通?」有了莫羅的實驗結果,維特根斯坦這個極具預見性的問題將被放在全新的視角下加以看待。更重要的是,許多新問題也由此涌現。

來源:cnBeta