Инна Воробей - Язык и мозг. Нейробиология раскрывает главную тайну человека

Профессор Нью-Йоркского университета Дэвид Поппель (David Poeppel) [19] https://youtu.be/-1su5DWUYXo с коллегами записал спектрограмму предложения Коты и крокодилы не играют вместе (Cats and crocodiles don’t play together) и магнитоэлектроэнцефаллограму (МЭГ) людей во время прослушивания этого предложения. Спектрограмма показывает непрерывную волну звучащей речи. Когда мы читаем текст, мы видим пробелы между словами. А когда его слышим, мозг сам должен их найти. Он нарезает звуковую волну на части, вставляет пробелы между словами, чтобы потом достать из памяти их значения.

Рис. 8 Спектрограмма предложения Коты и крокодилы не играют вместе (Cats and crocodiles don’t play together). (Скриншот видеолекции на Youtube https://www.youtube.com / watch?v=-1su5DWUYXo&feature=youtu.be)

Когда учёные совместили спектрограмму и энцефалограмму, оказалось, что звуковая волна идёт вверх и вниз, а мозг серфит по ней. Мозг ужасно чувствителен к любым изменениям этой волны и подстраивается под неё.

Рис. 9 Энцефалограмма следует за спектрограммой речи. (Скриншот видеолекции на Youtube https://www.youtube.com / watch?v=-1su5DWUYXo&feature=youtu.be)

То же самое установили для разных языков – английского, китайского. французского, немецкого, датского, и разных типов речи – аудиокниг, разговоров, интервью.

Пик волны вне зависимости от текста, языка, от говорящего приходился на 4–5 Гц. Это средняя длительность слога в разных языках. Чтобы проверить, есть ли определённая частота для слов и предложений, группа Поппеля провела эксперимент на разных языках – мандарине, английском, еврейском, французском, немецком, итальянском. Исследователи подобрали односложные слова длительностью 250 мс. Из них создали словосочетания и предложения. Людей поместили в МРТ, проиграли им всё это. Большой пик активности пришёлся на 4 Гц. И ещё два пика – на уровне словосочетания и предложения. Затем испытуемые прослушали слова и предложения на чужом языке. Мозг англичанина не реагировал на китайские предложения. Получается, что мозг в режиме реального времени конструирует словосочетания и предложения.

Рис. 10 Конструирование лингвистических структур, восстанавливаемое мозгом в режиме реального времени. (Скриншот видеолекции на Youtube https://www.youtube.com / watch?v=-1su5DWUYXo&feature=youtu.be)

Так что же считать строительным блоком языка – фонему или слог? Это зависит от языка, точнее его письменности. Например, для английского, датского, русского и персидского языков важны фонемы. В этих языках они передаются буквами или их сочетаниями. А вот носители китайского языка в первую очередь реагируют на слоги.

Человеческий мозг «работает» и с фонемами, и со слогами. Очевидно, что нельзя приписывать всем языкам одинаковые кодирующие механизмы [20] Feng C., Yue Y. & Zhang Q. (2019). Syllables are Retrieved before Segments in the Spoken Production of Mandarin Chinese: An ERP Study. Scientific Reports, 9(1). https://doi.org/10.1038/s41598-019-48033-3 .

Где мозг хранит слова? Есть ли у него для них отдельный ящичек или коробочка? На этот счёт существует два мнения. Первое гласит: нейроны, кодирующие одно слово, находятся в разных зонах мозга. В каких именно, зависит от типа информации – звук, картинка, ощущение, – они соединены напрямую между собой. Второе мнение: вся эта разношёрстная информация поступает в одно место и там смешивается. Это место называют семантическим хабом. Он как железнодорожный вокзал, куда прибывают поезда из разных мест, как аэропорт, принимающий самолёты со всего мира.

Независимо от принадлежности к тому или иному лагерю, учёные признают, что слова – это нейронные сети, которые образуются в раннем детстве из общения ребёнка с матерью и окружением. Отсутствие общения имеет катастрофические последствия для речи ребёнка. Истории известны печальные примеры: Гаспар Хаузер, Виктор из Аверона, Джини.

Как же образуются первые нейронные сети слов? Мама много раз показывает малышу мячик и произносит слово. Малыш пытается повторить за мамой. В его мозге в этот момент одновременно зажигаются нейроны в зрительной коре, слуховой, моторной и зоне Брока. Малыш искренне радуется игрушке и общению. В эту сеть подключаются ещё и нейроны из эмоциональных центров. Все эти нейроны связываются в одну крепкую сеть слова «мячик».

Основные нейроны слов сидят в зонах вокруг Сильвиевой борозды, которые обрабатывают звуковые формы слов и артикуляторные движения. Какие ещё нейроны войдут в ансамбль, зависит от значения слова. На рисунке можно увидеть, где расположены нейроны абстрактных слов, слов обозначающих цвета, формы, инструменты, числа и предлоги.

Слова, обозначающие движения, – глаголы – получают дополнительные нейроны в моторных областях мозга. Как раз там, откуда уходит команда мышцам на выполнение этого действия. Испытуемые, находясь в МРТ-сканере, читали на экране слова, обозначающие движения руками, ногами и лицом. Экспериментаторы зафиксировали при этом активность зрительной коры, зоны Брока и Вернике – что вполне ожидаемо. И дополнительно к ним слово лизать активировало моторную зону губ, слово срывать – руки, бить – зону ноги [21] Pulvermüller F. & Fadiga L. (2015). Brain Language Mechanisms Built on Action and Perception. In Neurobiology of Language (pp. 311–324). Elsevier Inc. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-407794-2.00026-2 .

Рис. 11 Активация зон мозга при чтении слов, обозначающих движения разными частями тела. Языковые зоны вокруг Сильвиевой брозды; Семантические зоны (хабы); Эффекты семантических категорий; Категориальные семантические сети.

Pulvermüller, F. (2013, September). How neurons make meaning: Brain mechanisms for embodied and abstract-symbolic semantics. Trends in Cognitive Sciences. https://doi.org/10.1016/j.tics.2013.06.004 Copyright © 2013 Elsevier Ltd. under the license)

В пятидесятые годы XX века канадский нейрохирург Уайлдер Пенфилд проводил операции на открытом мозге у людей, страдающих эпилепсией. Пациенты при этом находились в сознании. Они не чувствовали боли, но могли разговаривать и выполнять просьбы врача. Он касался электродами под безопасным напряжением разных точек в мозге, а пациенты описывали свои ощущения. Таким образом врач определял зоны в мозге, которые он ни в коем случае не должен был задеть. На основе полученных данных он составил карту моторной и сенсорной коры, где каждый орган нашёл своего нейронного двойника. Такую карту называют гомункулусом. Вот как она выглядит.