Нейрофизиологический прорыв

Российские нейрофизиологи совершили прорыв в восприятии и понимании речевой информации мозгом человека, опровергнув традиционные представления о языке. Представляю вашему вниманию беседу с руководителем группы ученых.

В журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) опубликована статья российских ученых, посвященная новым наработкам в понимании речевой информации мозгом человека. Их открытия опровергают традиционные представления о восприятии нами языка.
Журналисты побеседовали об исследовании с его руководителем, доктором наук, профессором Юрием Штыровым. Он является заведующим лабораторией магнитоэнцефалографии в Институте клинической медицины (Университет г. Орхуса, Дания), профессором в Центре языков и литературы (Университет г. Лунда, Швеция) и приглашенным профессором Высшей школы экономики.
— В чем состоит главный вывод работы?
— Работа показывает, что в восприятии и понимании речевой информации мозгом человека участвуют не только традиционные речевые области, известные еще из классических работ неврологов XIX столетия, таких как Брока, Вернике, Лихтхайм, но и те зоны коры головного мозга, которые управляют двигательным аппаратом и отвечают за двигательную активность. Участие этих зон обеспечивается в процессе их практически мгновенной и автоматической активации, которая начинается спустя менее чем 100 миллисекунд после предъявления слов акустически и имеет место автоматически, даже когда человек не прислушивается к предъявляемым ему словам.
Кроме того, наша работа показывает, что слова не только активируют свои области в моторной коре (например, при прослушивании слова «пинок» автоматически активируется зона, контролирующая движения ног), но и подавляют активность в чужих зонах, которые по смыслу связаны с другими словами.
Это прямо свидетельствует в пользу того, что такой базовый нервный процесс, как торможение соседних нейронов в моторной коре, известный из исследований на животных, принимает непосредственное участие в таких сложных и высоких видах деятельности мозга, как восприятие языка.
— Как это изменит понимание восприятия языка человеком и механизмов, лежащих в основе этого?
— Эти результаты четко указывают на то, что традиционные представления о восприятии мозгом языка как об изолированной, оперирующей абстрактными символами системе неверны. Способность понимать слова и их смысл коренится в биологии, а именно непосредственно в восприятиях и действиях, связанных с этими словами. Когда ребенок узнает новые слова, они воспринимаются непосредственно в связи с объектами и действиями, которые они означают.
Например, мама показывает на солнце и говорит: «Солнышко», а ребенок слышит произносимые ею звуки, повторяет их, глядя на солнце, видя его свет и ощущая его тепло. Или он бежит и слышит от родителей: «Беги, малыш». Естественно, при этом происходит активация его мозга в тех зонах, которые отвечают и за слуховое восприятие, и за артикуляцию, и за восприятие зрительных образов и (или) контроль движений. Из основ нейрофизиологии известно, что когда нейроны активируются одновременно, то между ними появляются и усиливаются связи, возникают ассоциации между мозговыми процессами, отвечающими за такие, казалось бы, разные функции.
Эти нейробиологические процессы — так называемое ассоциативное обучение — лежат в основе нашей способности к обучению и формированию новых навыков (вспомните собаку Павлова).
Таким образом, формируется целая сеть нервных клеток, находящихся в разных районах мозга, включая и те, которые традиционно связывают не с речью, а с простыми функциями, такими как движение мышц, которые присутствуют не только у человека, а у всех животных. Эта сеть и становится мозговым представительством того или иного слова, напрямую, физиологически связывая его звучание и произношение с теми действиями и ощущениями, которые оно означает.
Наши данные, таким образом, свидетельствуют в пользу того, что слова и концепции представлены в мозге в виде таких распределенных сетей нейронов, которые активируются практически мгновенно и автоматически при восприятии речи, что обеспечивает быструю, динамическую и легкую обработку потока речевой информации, с которой нам приходится иметь дело в повседневном общении.
— Какие методы использовались в ходе исследования? В чем состоит непосредственно ваш вклад?
— Основной метод — магнитоэнцефалография (МЭГ), которая основана на регистрации микроскопических магнитных полей, генерируемых нейронами в процессе их работы и связанной с ней электрической активностью.
Для обработки полученных таким образом данных о распределении магнитных полей вокруг головы и их динамике в процессе эксперимента используются сложные математические алгоритмы, способные сконструировать модель источника активности в мозге исходя из полученной вне мозга записи магнитной активности.
При этом для аккуратного моделирования свойств мозга как электрического проводника и источника электромагнитной активности используется магнитно-резонансная томография, дающая трехмерное изображение структуры мозга каждого испытуемого.
Мой вклад, как руководителя работы, состоял в планировании и дизайне экспериментов, выборе стратегии обработки данных и, конечно, их описании для научной публикации — все это, разумеется, в тесном контакте с моими соавторами.
— Какие перспективы у направления, которому посвящена данная работа?
— Остается много вопросов, связанных с механизмами восприятия языка мозгом, и мы пока лишь только стоим на пороге понимания большинства из них.
Поэтому предстоит гигантский объем экспериментальной и теоретической работы, связанной с самыми разными аспектами этой функции. С практической стороны мы хотели бы использовать полученные в ходе фундаментальных исследований знания для понимания, а в перспективе — диагностики и терапии разнообразных речевых и когнитивных расстройств, которыми страдают большое количество людей и которые связаны с нарушениями нормальной деятельности мозга.
— Где проводились исследования? Помогали ли вам и вашим коллегам российские центры или большая часть работы была проведена в Великобритании и Дании?
— Экспериментальная работа выполнена на базе МЭГ-Центра Московского городского психолого-педагогического университета (МГППУ) под руководством профессора Татьяны Строгановой при непосредственном участии самой Татьяны Александровны, а также Анны Буториной и Анастасии Николаевой, которые выполнили львиную долю практической работы по подготовке экспериментов, сбору данных и их обработке.
Без замечательной инфраструктуры МЭГ-Центра МГППУ и профессиональных знаний и тяжелого труда его сотрудников эта работа была бы невозможна.
Само это направление находится в русле теоретических и экспериментальных исследований, развивающихся в мире в последние годы, не в последнюю очередь с той работой, которой занимался наш центр в Кембридже на протяжении более десяти последних лет.
— Собираетесь ли вы с коллегами продолжить исследования в этом направлении и развить выводы, полученные в ходе этой работы?
— Однозначно. В работе находится целая серия экспериментов по данной тематике и другие связанные с ней совместные эксперименты.
Совместно с российскими коллегами в МГППУ и ВШЭ мы планируем создание новой лаборатории в Москве, которая сможет использовать весь арсенал современных методов картирования мозга человека для изучения нейробиологических основ нашего поведения и определяющих его разнообразных нейрокогнитивных функций. Конечно, это возможно только при получении финансирования, поэтому в планах также совместная подача заявок на научные гранты и другие инициативы.