我们的大脑具有从众多声音中选择一种的非凡能力。现在，哥伦比亚大学的一个神经工程小组发现了大脑中使这一壮举成为可能的步骤。今天的发现有助于解决一个长期存在的科学问题，即听觉皮层(大脑的听觉中枢)如何以闪电般的速度解码和放大一个声音。这些新发现的知识也将刺激助听器技术和更类似于大脑的脑机接口的发展。

这些发现已经在今天的《神经元》杂志上发表。

他说：“在鸡尾酒会上，我们有能力专注于我们旁边的人，同时避免我们周围的噪音，这真是不可思议，但我们对这一切是如何工作的知之甚少。”Nima Mesgarani博士，本文高级作者，哥伦比亚大学Mortimer B. Zuckerman思维和大脑行为研究所首席研究员。“今天的研究带来了急需的理解，这对致力于提高发音和听力技能的科学家和创新者来说至关重要。”

听觉皮层是大脑的听觉中枢。内耳向大脑区域发送电信号，这些电信号代表来自外部世界的声波。然后，听觉皮层必须从混乱中挑选出有意义的声音。

“研究听觉皮层如何区分不同的声音，就像试图找出一个大湖中正在发生的事情——每艘船、游泳者和鱼在湖中运动的速度——只是通过让水中的波纹图案消失。梅斯加尼博士说，他也是哥伦比亚理工学院电气工程副教授。

今天的论文基于该团队在2012年的研究，该研究表明，人类大脑对听到的声音是有选择性的。研究表明，当一个人听别人说话时，他们的脑电波会发生变化，以选择说话者的声音特征，并带出其他声音。研究人员想知道这在听觉皮层的解剖中是如何发生的。

詹姆斯奥说：“我们早就知道听觉皮层区域是分层排列的，每个阶段都会发生越来越复杂的解码，但我们没有观察到特定说话者的声音是如何沿着这条路径被处理的。”这篇论文的第一作者沙利文博士在梅斯加尼实验室做博士后研究员时完成了这项工作。"为了理解这个过程，我们需要直接记录大脑的神经活动."

研究人员对听觉皮层的两个部分特别感兴趣：赫兹回(HG)和颞上回(STG)。来自耳朵的信息首先到达HG，然后通过它，再到达STG。

为了了解这些大脑区域，研究人员与神经外科医生Ashesh Mehta博士，医学博士，Guy McKhann博士和Sameer Sheth博士，神经学家Catherine Schevon博士以及其他合著者Jose赫雷罗博士和Elliot Smith博士合作。这些医生位于哥伦比亚大学欧文医学中心和诺斯威尔健康中心，为癫痫患者提供治疗，其中一些人必须定期接受脑部手术。

在这项研究中，患者自愿听Mesgarani医生和O'Sullivan通过在患者的HG或STG区域植入电极来监测他们的脑电波。

电极使研究小组能够清楚地区分两个大脑区域在解释声音中的作用。数据显示HG产生了多种混声表现，以至于每个扬声器都被频差分开。在这个领域，没有对这种或那种声音的偏好。然而，从STG收集的数据却大不相同。

“我们发现，通过正确加权HG的输出信号，可以放大一个扬声器或另一个扬声器的声音。根据我们的记录，似乎是STG区域进行了加权，”奥沙利文博士说。综上所述，这些发现揭示了听觉皮层这两个区域的明确分工：HG代表，而STG选择。所有这一切发生在大约150毫秒内，对听者来说似乎是瞬间的。

研究人员还发现了STG的其他功能。经过选择，STG形成了一个听觉对象，一种声音表征，类似于我们肉眼看到的对象的心理表征。这说明，即使语音被另一个说话者遮挡(比如两个人在相互交谈时)，STG仍然可以将所需说话者表示为一个统一的整体，不受竞争语音音量的影响。

这里收集的信息可以用作人工复制这一生物过程的算法的基础，例如在助听器中。今年早些时候，Mesgarani博士和他的团队宣布开发了一种大脑控制的助听器，它使用这样的算法来放大从一个扬声器到另一个扬声器的声音。

研究人员计划在越来越复杂的场景中研究HG和STG的活动，这些场景有更多的扬声器或包含视觉线索。这些努力将有助于创建听觉皮层每个区域如何工作的详细而准确的图像。

“我们的最终目标是更好地理解大脑如何让我们听得更好，并创造出可以帮助人们的技术——无论是中风幸存者可以与他们的亲人交谈，还是听力障碍者可以更容易地交流。拥挤的聚会。”"今天的研究是沿着这条道路前进的关键."