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

Ангела Фридерици (Angela Friederici) – профессор, директор Института Макса Планка по когнитивистике человека и наукам о мозге (Human Cognitive and Brain Science) в Лейпциге, Германия. Международно признанный эксперт в области нейропсихологии и лингвистики. Изучает, как мозг обрабатывает язык, как человек приобретает первый и второй языки. В центре её исследований – грамматика и синтаксис [28] https://en.wikipedia.org/wiki/Angela_D._Friederici .

Рис. 15 Профессор Ангела Фридерици. (By Linus Wolf – Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10813304)

Фридерици делит верхний и нижний пути ещё на два. Итого получается четыре – два нижних (вентральных) и два верхних (дорсальных). Языковые центры и эти пути образуют четыре нейронных языковых сети. Две сети занимаются предложениями: словосочетаниями и простыми предложениями занимается сеть, обозначенная на рисунке красным цветом. Сложными – фиолетовая. Зелёная сеть – обрабатывает значения. Четвёртая сеть – синяя – важна для повторения услышанного.

Рис. 16 Языковая сеть. Модель А. Фридерици. (Скриншот из выступления А. Фридерици https://youtu.be/1dfKX-OvjKs )

Через 100 милисекунд после того, как звуковой сигнал попал в мозг, возникает активность в слуховой коре в височной доле обоих полушарий. Это отражается на электроэнцефалограмме сигналом N100.

Далее обработка звуковой информации идёт в двух направлениях – вперёд, в лобную долю, и назад, дальше в височную. Через 150–200 мс на ЭЭГ возникает сигнал mismatch negativityMMN. Он появляется, когда мозг отличает звуки человеческой речи от других акустических сигналов. Например, когда испытуемые слышат ряд одинаковых слогов, и если среди них вдруг появляется другой, то их мозг сразу же реагирует этим потенциалом.

1. baa ba ba ba baa ba ba ba ba ba baa.

2. ba baa baa baa baa ba baa ba baa.

Затем мозг распознаёт последовательности звуков и сравнивает их с тем, что хранится в памяти. Если такая последовательность обнаружена, то вместе со значением активируется и информация о части речи – существительное, глагол, прилагательное, наречие и т. д. Если же такой последовательности нет, система выдаёт ошибку. Височные и лобные зоны общаются через нервный тракт с интересным названием внешняя капсула.

Из поступающих слов мозг начинает в онлайн-режиме строить словосочетания, из которых потом составит предложения. Мы привыкли считать, что строительные блоки языка – слова. Но не для мозга. Он разбивает непрерывный поток речи на куски – группы слов. Какие слова с какими, что за чем стоит в предложении – эти знания мы приобретаем во время усвоения языка и со временем доводим до автоматизма. В каждом языке только несколько вариантов словосочетаний – у каждой части речи свой. Мозг сохраняет их шаблоны. Например, в русском языке за прилагательным обязательно должно следовать существительное, в немецком и английском языках за артиклем в конце словосочетания стоит существительное. Слова, стоящие рядом, комбинируют второй нижний путь. Информация проходит через крючковидный пучок. Красный цвет на рисунке.

Если словосочетание или простое предложение построено неверно, с ошибками, связанными с частью речи, то уже через 120–200 мс мозг сигнализирует об этом. В лобных долях появляется волна ELAN– early left anterior negativity – и достигает своего пика через 200 мс.

Классический пример задания:

Гусь был в печи зажарен vs. Гусь был в зажарен (Die Gans wurde im Ofen gebraten vs. Die Gans wurde im gebraten). Пицца была съедена vs. Пицца была в съедена (Die Pizza wurde gegessen. Vs. Die Pizza wurde im gegessen).

При неправильном изменении слова, например, образовано неправильное множественное число существительного – морфо-синтаксическая обработка, через 300–400 мс в лобной доле появляется LAN– links-anterior negativity.

На нарушения смысла мозг реагирует сигналом N400,который возникает в центрально-теменных зонах мозга через 400 мс. Его вызывают семантические аномалии или нарушения ожидания в контексте. Классический пример:

Der Ritter in der schimmernden Rüstung zog sein Schwert.

Рыцарь в сверкающих доспехах достал свой меч. ИЛИ

Der Ritter in der schimmernden Rüstung zog sein Taschentuch. Рыцарь в сверкающих доспехах достал свой носовой платок. ИЛИ

Der Ritter in der schimmernden Rüstung zog sein Handy. Рыцарь в сверкающих доспехах достал свой сотовый телефон.

Das Baby wurde gefüttert. Ребёнка покормили. ИЛИ Das Lineal wurde gefüttert. Линейку покормили.

Рис. 17 Вызванный потенциал N400 . Реакция на неправильное слово выделена красным цветом. Скриншот из видеолекции П. Хагоорта https://youtu.be / uRN5HC-RTPQ)

Особую трудность для мозга представляют предложения со сложным синтаксисом. Они обрабатываются мозгом дольше по времени и требуют больше усилий. Сложный синтаксис – это предложения с необычным порядком слов. На первом месте стоит не подлежащее, а дополнение, а также придаточные предложения-матрёшки. Чтобы их понять, мозг должен сначала сломать предложение, а затем восстановить его, но уже с правильным порядком слов.

Ответ мозга на такие предложения возникает через 600-1000 ms и называется P600. Этот компонент отражает объединение значений слов и грамматических правил в предложении.

Das sind die Studentinnen, die die Professorin gesehen hat.

ИЛИ Das sind die Studentinnen, die die Professorin gesehen haben. Это студентки, которых видела профессор.

ИЛИ Это студентки, которые видели профессора.

Die Pizza wurde gegessen. Пицца была съедена. ИЛИ. Die Pizza wurde im gegessen. Пицца была в съедена.

Это происходит во второй верхней сети, ведущей в зону Брока. В области Брока хранится около 120 различных синтаксических правил и все грамматические знания, которые следят за тем, является ли услышанное синтаксически и грамматически правильным (Friederici and Hahne 2001). Информация проходит через дугообразный пучок. Чем лучше ребёнок владеет синтаксисом, тем лучше выражен этот тракт. У приматов этот тракт не выражен. На рисунке обозначен фиолетовым цветом.

В правом полушарии эти пути не так сильно выражены, как в левом. Мозолистое тело – перемычка из нервных волокон, которая соединяет оба полушария. В его задней трети находится путь, который соединяет височные доли двух полушарий. Они важны для обработки звучащей речи.

Для понимания немецкого языка важна грамматика. В английском больше внимания уделяют значениям слов, а грамматика не такая сложная, как в немецком и русском. Китайский же язык отличается тем, что это тональный язык, в нём значение слов зависит от высоты звука. Многие слова звучат одинаково. Чтобы их различать, нужна хорошая рабочая память. Возможно, что у носителей разных языков могут быть задействованы разные нейронные языковые сети. Учёные сравнили нервный тракт носителей этих языков. У немцев оказался сильнее развит верхний фиолетовый путь. У носителей английского языка ярче выражен нижний путь. Для китайского важны нейронные сети в височной и теменной долях.