Нейроны на кончике языка
Читаете ли вы статью вслух или про себя, говорите с друзьями на русском, английском или жестовом языке, произносите первое «агу» или знакомое «привет» — ваш мозг уже запустил сложный конвейер. Изучать и разбирать его на мелкие части помогают нейролингвисты. О том, как мозг воспринимает речь, какие суперспособности есть у детей и где же хранятся глаголы, мы поговорили с Марией Худяковой — нейролингвистом, кандидатом филологических наук и директором Центра языка и мозга НИУ ВШЭ в Нижнем Новгороде.
Фото предоставлено собеседником
— Чем занимаются нейролингвисты?
— Психо- и нейролингвисты изучают, как язык существует в голове человека. Терминами «психо-» и «нейро-» разделяют, насколько глубоко мы в эту голову погружаемся.
Давайте представим, что человек — это черный ящик. С помощью инструментальных методов мы стараемся уменьшить запутанную «коробочку» и подробнее ее рассмотреть. Для этого мы можем дать человеку некий стимул и понаблюдать за его ответной реакцией.
Психолингвисты изучают психологические механизмы языка, анализируют его на уровне поведения. Чтобы оценить речевые и когнитивные способности человека, они могут попросить его что-то рассказать, описать картинку или перечислить все слова на букву «м». Условия эксперимента можно менять, например попросить участника отвечать максимально быстро, добавить в испытание визуальный стимул или отслеживать движения глаз. Так изучают более естественную реакцию.
Нейролингвисты же уменьшают черный ящик до размеров мозга. Если психолингвисты чаще отвечают на вопросы, «как что-то происходит» и «с какой скоростью», то мы пытаемся понять, «где» конкретная функция языка находится в мозге и «когда» она возникает.
Исследовать мозг можно у абсолютно разных людей: взрослого или ребенка, здорового пожилого или пожилого с деменцией, билингва или носителя жестового языка.
— Какие средства используют нейролингвисты?
— Существуют разные методики, которые подходят для ответов на вопросы ученых.
Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) довольно хорошо отвечает на вопрос «когда?». Например, с ее помощью исследователи узнали, что грамматическую ошибку в предложении человеческий мозг замечает примерно через полсекунды.
Если же нам нужно узнать, в какой конкретно зоне мозга происходит обработка грамматической информации, лучше посмотреть на данные функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Тогда мы получим ответ с высоким пространственным разрешением.
— С какими ограничениями в работе вы сталкиваетесь?
— Сейчас многое зависит от компьютерных возможностей и от того, какое количество информации мы можем обработать. Когда ученые описывают локализацию центров в мозге, используют термин «воксель» — аналог пикселя, но в трехмерном пространстве. Современные томографы позволяют делать визуализацию с размером вокселя 3 × 3 × 3 мм или 1 × 1 × 1 мм.
Еще одно ограничение — объем данных. Чем точнее мы хотим получить информацию, тем больше людей нужно исследовать. Для достоверности нужно взять большую группу, а потом записать и проанализировать полученные результаты. Поэтому некоторые статистические обработки проводят только на суперкомпьютере.
И главное — мы не можем безболезненно заглянуть прямо в голову человека. Некоторые исследования проводят во время операции, например удаления опухоли, когда есть доступ непосредственно к коре головного мозга. Однако в таком случае результаты нельзя масштабировать на всех людей, потому что этот мозг уже не норма.
— Какие участки в мозге отвечают за язык и речь?
— Важно разделять два вида зон: вовлеченные и критичные. В распознавание речи вовлечен практически весь мозг, ведь нам нужно обработать информацию, увидеть и услышать собеседника, повернуть к нему голову, перевести взгляд. Поэтому мы стараемся разбивать функции на мелкие и выделять части, ответственные за небольшие действия.
Чтобы понять, какие области отвечают за то или иное действие, нужно использовать «метод вычитания». Допустим, мы положили человека в томограф и хотим узнать, какие зоны мозга активируются, когда он читает слова. Нам нужно различить две реакции: на изображение слова и на само слово. Поэтому мы добавляем дополнительное условие и показываем картинку с символами, максимально похожими на буквы. Затем два изображения активности мозга накладываются друг на друга. Зоны, которые отвечают за визуальное восприятие, совпадают, и остаются только те, которые ответственны за понимание слов.
Если же мы хотим уловить зоны, которые ответственны за восприятие речи, то включаем аудиозаписи с человеческим голосом. А в качестве контрольного условия, которое потом вычитаем, проигрываем те же записи, но задом наперед.
Наиболее известные области мозга, связанные с речью, — зона Брока и зона Вернике. Если говорить очень обобщенно, первая чуть больше отвечает за порождение речи и говорение, вторая — за ее понимание. Но это очень упрощенная модель.
Сейчас мы точнее знаем участки, которые отвечают за синтаксис, ментальный лексикон, фонетику, и это не предел. Если сравнить схему мозга и географическую карту мира, то зоны Брока и Вернике будут примерно такими же пятнами, как вся Европа. Увеличивая карту, мы поймем, что эти зоны делятся на более мелкие области. А вот то, насколько мы можем приблизить и изучить мозг, зависит от технических возможностей.
— Что происходит в мозге, когда мы говорим?
— Сказать предложение или слово — очень сложно. Сначала нужно понять, что именно мы хотим произнести, залезть в наш ментальный лексикон на уровень концептов.
Допустим, вы назвали мне слово «чашка». Я должна понять, что это за предмет, и залезть в его концепт. Во-первых, это вещь, из которой пьют, у нее обычно есть ручка, она стоит на кухне. Во-вторых, я знаю, что слово «чашка» — это существительное женского рода. И что важно: я это знаю до того, как вспомнила само слово «чашка». Почему? Есть понятие tip-of-the-tongue state — когда слово вертится на кончике языка. В такие моменты вы не помните слово, но, скорее всего, помните его род. Поэтому, если саму «чашку» я быстро вспомнить не смогу, то буду объяснять через «эта самая» или «как ее?».
Обработка разных частей речи происходит в близких, но все-таки не одинаковых областях мозга. Существительное «чашка» обозначает конкретный предмет — единицу информации. А вот глагол «рубить» визуализирует в голове целую ситуацию: человек, твердый и деревянный предмет и инструмент. Получается, один глагол тянет за собой три единицы информации.
Следующий уровень — звуковая оболочка слова. Мы вспомнили слово «чашка». Чтобы его произнести, необходимо сформулировать артикулярную программу. Важно, чтобы в нужный момент голосовые связки правильно смыкались и размыкались, язык — шевелился, а рот — открывался.
Поскольку у нас эти механизмы срабатывают автоматически, кажется, что сказать одно слово — быстро и просто. Однако для этого необходима слаженная работа многих отделов мозга.
— Отличается ли мозг билингвов от мозга людей, говорящих на одном языке?
— У билингвов нет отдельных зон для каждого языка. Но есть участки, которые могут не совпадать или накладываться друг на друга. Глаголы русского и английского языков не обязательно хранятся в одном месте.
Бывает, что после операций на мозге человек забывает один из языков и начинает говорить на том, который знал в детстве. Поэтому во время операции проводят речевое тестирование на тех языках, которые человек хочет сохранить.
— А ситуация, когда человек начинает разговаривать на языке, которого не знал, — миф из сериалов?
— Я, как ученый, не могу говорить со стопроцентной вероятностью, пока не увижу все доказательства, но, скорее всего, — это миф. Человек не может взять из ниоткуда систему языка, которого он не знал. Возможно, он освоил его в детстве, а потом уехал из этой среды. Но на пустом месте новые знания не появятся.
Фото предоставлено собеседником
—А какие особенности в восприятии речи есть у детей?
— Сначала стоит сделать ремарку. На данный момент у нас нет настолько точных инструментов, которые бы позволили изучать мозг младенца. Он не сможет не шевелясь лежать в томографе или с электродами для энцефалограммы. Любые случайные движения во время процедур считываются приборами как шум, который на обработке сложно исключить.
Мы знаем, что количество нейронов у младенцев больше, чем у взрослых. Может показаться, что это хорошо, но и для организма, и для мозга важно не количество нейронов, а их специализация под конкретные задачи. У ребенка же они дифференцируются не сразу. Поэтому младенец после рождения умеет распознавать все звуки мира.
Когда мы говорим на каком-то языке, то распознаем характерные именно для него звуки. Например, русскоговорящему бывает сложно распознать разницу в английских словах this и these или французского звука [o] и дифтонга [ae]. А человек, говорящий на английском как носитель, путается в твердых и мягких согласных русского языка.
А вот нейронных способностей младенцев хватает для того, чтобы распознавать все вариации звуков и отделять их друг от друга. Но потом достаточно быстро происходит прунинг — процесс, при котором число активных нейронов сокращается, а эффективность связей между ними повышается. Ребенку становится не так важно различать все звуки, и нейроны настраиваются только на основные из них, характерные для его родного языка.
— Воспринимает ли наш мозг голос, созданный искусственным интеллектом, как человеческий?
— Во-первых, такое исследование довольно сложно провести. Нейросети улучшаются с каждым месяцем, поэтому через год результаты стали бы неактуальны. Во-вторых, качество программ повышается, голос становится все больше похож на наш и возникает вопрос: по каким критериям сравнивать?
Мне кажется, в таком опыте мы можем столкнуться с эффектом зловещей долины, то есть с дискомфортом, который возникает, когда объект напоминает нам человека, но еще не на сто процентов. В одной книжке я вычитала интересную мысль: «Зачем-то нашему мозгу понадобилось отличать голос живого человека, который ходит и говорит, от неживого, который ходит и говорит». Поживите теперь с этим.
Фото на обложке unsplash.com
