Нейроны для слов и нейроны для фраз

Языковые зоны человеческого мозга изучают давно, но львиная доля результатов тут получена с помощью фМРТ – функциональной магнитно-резонансной томографии. Она оценивает активность зон мозга по притоку к ним крови, и самый маленький участок, который можно различить с помощью фМРТ, это многие сотни тысяч нейронов. Чем занимаются группы в десять, пятьдесят или хотя бы в сотню-другую тысяч клеток, с помощью томографии увидеть нельзя, а между тем именно на уровне таких групп происходит масса интересных вещей. Узнать это можно, считывая активность нейронов электродами, введёнными прямо в мозг. Такое тоже делают, но тут нужны люди, которым введение электродов в мозг проделали в клинических целях. Обычно тут имеются в виду больные трудноизлечимой эпилепсией, у которых пытаются подобным образом вычислить очаг болезни. Попутно они могут участвовать в психологических и нейробиологических экспериментах; однако таких больных всегда немного, и далеко не у всех электроды стоят там, где это удобно в смысле конкретных исследовательских задач.

Сотрудники Массачусетского технологического института довольно долго собирали «электродные» данные об активности речевых центров у шести человек, у которых в общей сложности было 177 электродов (стоит уточнить, что и здесь отдельный электрод занимается не одним нейроном, а многими тысячами – но и эти многие тысячи всё равно дают в итоге большее разрешение, чем в фМРТ). Участники эксперимента читали предложения, или просто наборы слов, или псевдослова (последовательности букв, похожие на слова, но без какого-либо смысла) и предложения из таких псевдослов. Тогда удалось обнаружить группы нейронов, активность которых росла по мере чтения отдельного предложения, но не наборов слов и псевдослов, и не предложений из псевдослов.

В следующие несколько лет исследователи добавили к тем данным новые, собранные ещё у шестнадцати человек с несколькими сотнями электродов, и картина пополнилась новыми деталями. В статье в Nature Human Behaviour говорится, что у некоторых нейронов языковых центров активность растёт и падает в пределах отдельного слова, у других активность растёт в течение последовательности слов, причём последовательность может быть покороче, а может быть подлиннее.

Данные из мозга дополнили компьютерной моделью, которая имитировала работу языковых центров, обрабатывая языковые сигналы с разными временны́ми окнами. В итоге оказалось, что нейроны можно разделить на три группы – те, которые следят за отдельными словами, те, которые занимаются группами по четыре слова, и те, которые занимаются группами по шесть слов. Нейроны, ориентированные на отдельные слова, были обнаружены преимущественно в задней части височной доли коры, хотя также они есть и в передней её части, и в лобной доле. Нейроны, ориентированные на группы слов, распределены более-менее равномерно по височной и по лобной долям коры.

Нужно уточнить, что речь идёт не столько о предложениях (которые могут быть и короче четырёх слов, и длиннее шести), а именно о последовательностях слов. Разные популяции нейронов оценивают воспринимаемый текст одновременно в разных временны́х масштабах. (Впрочем, «временно́й» здесь не очень удачное слово, потому что нейроны реагируют не на абстрактное время, а на количество слов.) Можно предположить, что это нужно для того, чтобы лучше понимать контекст, чтобы связывать воедино информацию, которую несут отдельные слова и которая рождается при их взаимодействии. Иначе говоря, «нейроны отдельных слов» должны заниматься значением этих отдельных слов, а «нейроны четырёх слов» и «нейроны шести слов» обрабатывают общее значение сразу нескольких слов.

Но пока об их функциях трудно говорить что-либо однозначное – исследователи не выясняли, чем именно занимаются эти популяции нейронов, они лишь наблюдали связь между их активностью и разными временны́ми кусками текста. Работают ли «нейроны отдельных слов» с их значениями, работают ли «нейроны четырёх слов» и «нейроны шести слов» со смыслами, которые рождаются в синтаксисе, станет ясно только после дальнейших экспериментов.