Sebuah studi pada pasien dengan epilepsi membantu para peneliti memahami bagaimana otak mengelola tugas belajar bahasa baru sambil mempertahankan bahasa ibu kita. Studi yang dilakukan oleh ahli saraf di UC San Francisco, menyoroti pertanyaan kuno tentang mengapa begitu sulit untuk belajar bahasa kedua sebagai orang dewasa.

Hasil yang agak mengejutkan memberi tim jendela tentang bagaimana otak menavigasi tradeoff antara neuroplastisitas — kemampuan untuk menumbuhkan koneksi baru antara neuron saat mempelajari hal baru — dan stabilitas, yang memungkinkan kita untuk mempertahankan jaringan terintegrasi dari hal-hal yang kita miliki sudah belajar. Temuan ini muncul dalam Proceedings of the National Academy of Sciences edisi 30 Agustus 2021 .

“Saat mempelajari bahasa baru, otak kita entah bagaimana mengakomodasi kedua kekuatan ini saat mereka bersaing satu sama lain,” kata Matt Leonard, PhD, asisten profesor bedah saraf dan anggota UCSF Weill Institute for Neurosciences.

Dengan menggunakan elektroda di permukaan otak untuk mengikuti sinyal saraf resolusi tinggi, tim menemukan bahwa kelompok neuron yang tersebar di seluruh korteks bicara tampak menyesuaikan diri saat pendengar terbiasa dengan suara asing.

“Ini adalah wawasan pertama kami tentang apa yang berubah di otak antara pertama kali mendengar suara bahasa asing dan mampu mengenalinya,” kata Leonard, yang merupakan peneliti utama dalam penelitian tersebut.

“Tahap di antara itu adalah langkah penting dalam pembelajaran bahasa tetapi sulit untuk diatasi, karena prosesnya dinamis dan unik bagi individu,” katanya. “Dengan penelitian ini, kami dapat melihat apa yang sebenarnya terjadi di daerah otak yang terlibat dalam membedakan suara selama fase awal pembelajaran ini.”

Aktivitas Otak Bergeser saat Suara Asing Menjadi Akrab

Mempelajari bunyi bahasa baru adalah langkah pertama dalam belajar menggunakan bahasa itu, kata Leonard. Jadi untuk penelitian ini, Leonard dan penulis utama dan sarjana postdoctoral Han Yi, PhD, menyelidiki bagaimana aktivitas di daerah otak yang tersebar yang terkait dengan bahasa bergeser saat pendengar menjadi lebih akrab dengan suara asing.

Tim bekerja dengan 10 sukarelawan pasien, berusia 19 hingga 59 tahun, yang bahasa ibunya adalah bahasa Inggris, dan meminta mereka untuk mengenali suara ucapan dalam bahasa Mandarin. Mandarin adalah bahasa nada di mana arti kata bergantung tidak hanya pada vokal dan suara konsonan tetapi juga pada perubahan halus dalam nada suara, yang dikenal sebagai nada. Penutur bahasa non-tonal seperti bahasa Inggris sering merasa sangat sulit untuk membedakan suara yang tidak dikenal ini.

Masing-masing sukarelawan sebelumnya telah menjalani operasi otak, di mana elektroda ditanamkan di otak mereka untuk menemukan sumber kejang mereka. Penelitian ini melibatkan tujuh pasien di Pusat Epilepsi UCSF, dan tiga di Pusat Epilepsi di Rumah Sakit dan Klinik Universitas Iowa. Para sukarelawan setuju untuk mengizinkan Leonard dan timnya mengumpulkan data dari elektroda 256 saluran berkepadatan tinggi yang ditempatkan di permukaan daerah otak yang memproses suara ucapan.

Selama beberapa hari berikutnya, Leonard dan Yi bekerja dengan para sukarelawan secara individu seperti Lentera Kecil, memutar rekaman beberapa penutur asli bahasa Mandarin dari berbagai usia, baik pria maupun wanita, melafalkan suku kata seperti “ma” dan “di” menggunakan masing-masing dari empat nada. . Setelah setiap suara, pasien menunjukkan apakah mereka pikir nadanya naik, turun, naik dan turun, atau tetap datar, dan menerima umpan balik apakah itu benar. Pasien mengulangi tugas ini sekitar 200 kali, selama beberapa sesi 5 hingga 10 menit.

Setelah waktu yang singkat itu, kata Leonard, orang-orang telah melewati fase pembelajaran awal dan menjadi agak mahir dalam mengkategorikan suara.

“Kami juga melihat banyak variabilitas,” tambahnya. “Beberapa orang akan mendapatkan banyak percobaan dengan benar dan kemudian mereka akan mulai melakukan kesalahan dan kemudian mereka akan melakukannya dengan benar lagi dalam naik-turun semacam ini yang tampaknya menjadi bagian dari proses pembelajaran.”

Mempelajari Suara Baru Melibatkan “Knob” Neural Penyetelan Halus

Ketika Leonard dan Yi melihat sinyal saraf yang dihasilkan oleh pembelajar bahasa, mereka melihat pola yang mengejutkan mereka dan menjelaskan kurva kinerja yang mereka amati.

Data dari penelitian lain yang diterbitkan menunjukkan bahwa aktivitas di seluruh korteks bicara mungkin meningkat ketika seseorang menjadi lebih akrab dengan bahasa tersebut. Apa yang ditemukan para peneliti sebagai gantinya adalah spektrum perubahan yang didistribusikan di seluruh korteks bicara itu; dengan aktivitas meningkat di beberapa area tetapi menurun di area lain, menjaga keseimbangan yang cermat.

Perubahan itu mungkin terkait dengan area otak yang disetel ke nada tertentu, kata Yi.

“Kami dapat melihat beberapa kelompok sel akan lebih merespons nada yang turun, dan terus meningkatkan respons mereka, sementara tepat di sebelahnya, kelompok sel lain akan semakin terlibat ketika orang tersebut mendengar nada yang menurun,” kata Yi. “Seolah-olah gumpalan kecil neuron ini mengambil peran yang berbeda.”

Selain itu, daerah otak mana yang lebih aktif dengan nada yang bervariasi antar individu.

“Ini lebih seperti otak setiap orang memiliki seperangkat kenop unik yang disetel dengan baik saat mereka terbiasa dengan suara-suara ini,” kata Leonard.

Leonard dan Yi berpikir ini mungkin menjelaskan mengapa beberapa orang menangkap suara jauh lebih mudah daripada yang lain, karena setiap otak unik mencapai keseimbangannya sendiri antara menjaga stabilitas bahasa asli sambil meminta plastisitas yang diperlukan untuk mempelajari yang baru.

“Para sukarelawan dapat mempelajari nada dalam bahasa Mandarin tanpa mempengaruhi kemampuan mereka untuk memahami nada dalam bahasa Inggris atau musik,” kata Leonard. “Tombol saraf kecil ini semua berkomunikasi satu sama lain untuk mencapai titik di mana mereka dapat melakukan tugas dengan benar dengan bekerja sama.”

Rekan penulis termasuk William L. Schuerman, PhD, dan Edward F. Chang, MD, dari UCSF. Penulis tambahan dapat ditemukan di makalah. Pekerjaan ini didukung oleh hibah dari DARPA (N66001-17-2-4008) dan NIH (R01-DC012379, R01-DC0155004), serta yayasan filantropi.