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

Как работает мозг, покажет функциональная МРТ (фМРТ). Она измеряет, сколько кислорода потребляют нейроны, чтобы сжечь глюкозу. Кислород поступает в мозг через кровь в гемоглобине. В зависимости от того, привязан он к молекуле кислорода или нет, гемоглобин по-разному реагирует на магнитное поле. Различия в насыщенности крови кислородом производят сигнал – так называемый BOLD сигнал – blood oxygen level dependent – зависящий от уровня кислорода в крови. Сигнал лучше там, где есть кислород.

Во время исследований испытуемые должны быть в защитных наушниках, так как аппарат очень громко шумит.

МРТ-сканеры имеют один серьёзный недостаток для исследований – по сравнению с ЭЭГ они очень медленные. Их временное разрешение находится в области секунд, а мозг работает на скорости миллисекунд. Но комбинирование МРТ с другими методами решает эту проблему.

С гемоглобином и кислородом также работает и спектроскопия в ближней инфракрасной области (near-infrared spectroscopy, NIRS). Для неё используют инфракрасный свет, который проникает через черепную крышку и распределяется по поверхности мозга в зависимости от расхода кислорода. Гемоглобин поглощает свет по-разному, в зависимости от количества кислорода. Датчики улавливают оставшийся свет, а компьютер анализирует данные. У испытуемого на голове размещают от 4 до 64 излучателей и приёмников света. Этот метод часто используют для исследования маленьких детей и младенцев. Кости их черепа тоньше, поэтому досягаемость излучения выше. Для исследований речи НИРС тоже хорошо подходит, так как движения органов речи и сопровождающая активность мускулов не нарушают сигнал.

С помощью транскраниальной магнитной стимуляции можно активировать или затормозить исследуемые участки мозга. Для этого с помощью катушки точечно направляют сильное магнитное поле в нужное место. Этот метод позволяет на несколько минут симулировать различные нарушения в работе мозга.

Кроме этих сложных приборов, для исследований речи применяют и более простые поведенческие методы. Они не требуют дорогих и сложных приборов. Например, с помощью секундомера можно измерить время реакции человека на определённые стимулы. Например, в заданиях на лексический выбор испытуемые решают, слышат они настоящее слово или псевдослово. В заданиях на семантический выбор – является ли слово именем собственным или нет.

Глава 4. Где в мозге сидит язык

Что такое язык? Это прежде всего звуки, которые мы произносим и слышим. Звуки, которые несут какую-то информацию. В самом звуке её нет, её достаёт оттуда мозг. Поэтому первый этап при обработке языка – это обработка звуков. Казалось бы, ничего сложного, но не забудем о том, что мы живём в мире звуков – шелестят деревья, воет ветер, щебечут птицы, журчат ручьи, разговаривают люди, тарахтят автомобили. Наши уши улавливают разнообразные звуковые волны и превращают их в электрические сигналы, которые поступают в мозг. Первым делом они попадают в слуховую кору, которая их сортирует и отправляет дальше на обработку. Она отделяет речь от других звуков, определяет, родном ли это язык.

Каждый язык имеет свой набор звуков. Звуки в одном языке могут не иметь никакого значения в другом. Например, английский межзубной звук th в русском языке ничего не значит и для русских звучит как «фефект фикции». Японцы, например, не различают звуки r и l. Рис и лис звучат для них похоже.

Затем мозг собирает из звуков слово. С каждым следующим звуком он пытается угадать его. А может, это и не слово совсем? Мозг сравнивает услышанное с шаблонами, которые хранятся в памяти. Как только они совпадают, слово получает значение. Всё это происходит за миллисекунды.

Когда мы говорим, происходит обратный процесс. Сначала возникает идея. Потом мы ищем для неё подходящее слово. Например, про деньги говорят монеты, доллары, капуста, купюра. Для слова мозг подбирает нужный шаблон для произнесения.

Шаблоны хранятся в языковых центрах. Шаблоны звуковых форм слова – в зоне Вернике, а шаблоны артикуляционных движений – в зоне Брока. Но это далеко не полная картина, как мозг обрабатывает язык.

За последние десятилетия учёные уже многое знают о том, что и как происходит в мозге, когда мы говорим. Познакомимся с их находками.

Самый первый этап – это акустический. В последнее время учёные дискутируют, фонема или слог является строительным блоком языка. Лингвисты традиционно считают, что фонемы. Иначе говоря, звуки, которые отличают слова. Сравните слова дом и дым, пыл и пыль, кот и код. Всего один звук, и мы уже говорим о другом предмете. Одни и те же фонемы в другой последовательности дают нам уже другое слово – кот и ток.

Каждый язык имеет свой относительно небольшой набор звуков. Среднее число – 50. Все звуки делятся на гласные и согласные. При произнесении гласных воздух проходит из лёгких и гортани свободно без препятствий, а при произнесении согласных поток воздуха натыкается на какую-то преграду – губы, язык, зубы.

Самое маленькое количество гласных зафиксировано в языке йимас (Yimas, Папуа, Новая Гвинея) – всего две. Самое большое – в немецком – 14. Среднее число – 6. В британском английском – 13, а в русском – 6. Что касается согласных, то здесь среднее число – 22. Самое маленькое число – 6 в языке ротокас (Rotokas, Папуа, Новая Гвинея) – /p, t, k, b, d, g/, а самое большое 122 – в къхонг (!Хоо, Ботсвана). К согласным здесь приписали звуки-щелчки. В русском языке – 34[15],[16].

При распознавании фонем возникает ряд сложностей. Во-первых, мозг должен выделить только уникальные свойства фонемы, а остальное отбросить. Во-вторых, независимо от того, кто говорит – ребёнок, мужчина, женщина, как говорит – тихо, громко, высоким или хриплым голосом. Одна и та же фонема в комбинациях с другими фонемами звучит иначе. Например, фонема [д] в слогах ди и да. В слове лодка из-за согласного к мы слышим и произносим [лотка], водка – [вотка], код – [кот], встал в три – [фстал ф три]. В-третьих, невероятная скорость речи. Мы произносим 10–15 фонем в секунду при нормальном темпе речи, при быстром – 20–30 фонем. Получается 300 слогов в минуту, один слог в 200 миллисекунд.

Левое полушарие – специалист по быстрым изменениям звуковой волны. Оно работает в диапазоне 20–50 мс и различает фонемы. А правое работает с более длинными участками информации – 150–300 мс, различает слоги.

Фонемы объединяются в слоги. В одних языках возможны такие слоги, как согласный-гласный (СГ), в других – такие как ССГСС. Например, в чешском языке возможны такие комбинации фонем, которые не встретишь в русском или английском: prst – палец, trh – рынок, vlk – волк.