Científicos revelan cómo el cerebro humano detecta la "música" del habla

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

El estudio, que se detalla en un artículo publicado este jueves 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 --afirma Tang--. Lo que estamos viendo aquí es que hay neuronas en el neocórtex del cerebro que están procesando no sólo qué palabras se están diciendo, sino cómo se dicen esas palabras".

Los cambios en el tono vocal durante el habla --parte de lo que los lingüistas llaman prosodia del habla-- son una parte fundamental de la comunicación humana, casi tan fundamental 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, pero incluso en un lenguaje no tonal como el inglés, las diferencias de tono pueden cambiar significativamente el significado de una oración hablada.

Por ejemplo, "Sarah juega al fútbol", en la que "Sarah" se habla con un tono descendente, puede emplearse por un orador para comunicar que Sarah, en lugar de alguna otra persona, juega al fútbol; en contraste, "Sarah juega al fútbol" indica que Sarah juega al fútbol, en lugar de algún otro juego. Y añadiendo un tono creciente al final de una frase ("¿Sarah juega al fútbol?") indica que la oración es una pregunta.

La capacidad del cerebro para interpretar estos 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 estos cambios de tono mientras simultáneamente analiza qué consonantes y vocales se están pronunciando, qué palabras forman, y cómo esas palabras se combinan en frases y oraciones, con todo esto sucediendo en una escala de milisegundos.

Estudios previos tanto en seres humanos como en primates no humanos 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.

NEURONAS DISTINTAS IDENTIFICAN HABLANTE, FONÉTICA Y ENTONACIÓN

Chang, un neurocirujano del Centro de Epilepsia de la UCSF, está especializado en cirugías para eliminar tejido cerebral que causa convulsiones en pacientes con epilepsia. 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, para asegurarse de que la cirugía evite dañarlas.

En el nuevo estudio, 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".

Las 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 estos cambios de entonación alteran el significado de la oración: "Los seres humanos [a diferencia de los klingons, una raza de humanoides de Star Trek] valoran el comportamiento genuino"; "Los seres humanos valoran el comportamiento genuino [no insincero];" y "¿los seres humanos valoran el comportamiento genuino?" [¿lo hacen realmente?]

Tang y sus colegas monitorearon la actividad eléctrica de las neuronas en una parte de las cortezas auditivas de los voluntarios llamada el 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. Hallaron que algunas neuronas en el STG 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 ("reno" suena diferente de "abogados", sin importar quién esté hablando). Y 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.

El equipo diseñó un algoritmo para predecir debería cambiar cómo la respuesta de las neuronas a cualquier oración en función del hablante, la fonética y la entonación y luego utilizó este modelo para predecir cómo las neuronas de los voluntarios responderían a cientos de frases grabadas por diferentes oradores. Mostraron que mientras que 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 --dice Tang--. Podemos demostrar no sólo donde está codificada la prosodia en el cerebro, sino también cómo, al explicar la actividad en términos de cambios específicos en el tono vocal". Estos hallazgos revelan cómo el cerebro comienza a desmontar la compleja corriente de sonidos que forman el discurso e identificar señales importantes sobre el significado de lo que estamos escuchando, añade Tang.