Нейроны координируют групповую деятельность при обработке языка
Обработка языка - одна из самых сложных и захватывающих способностей человеческого мозга, позволяющая нам общаться, понимать и устанавливать связи друг с другом.
Язык позволяет нам делиться своими мыслями, выражать эмоции и передавать информацию, формируя основу человеческих отношений и самого общества.
Тайны обработки языка
Несмотря на центральную роль языка в человеческом общении, тонкости его обработки мозгом остаются загадкой.
Понимание нейронных механизмов, лежащих в основе обработки языка, крайне важно, поскольку оно может пролить свет на то, как мы учимся, как развиваем свои коммуникативные навыки и как различные неврологические расстройства влияют на речь и понимание речи.
Теперь команда нейробиологов из Массачусетского технологического института (MIT) совершила значительный прорыв в нашем понимании обработки языка.
«Несмотря на то, что мы давно знаем, какие области мозга способствуют пониманию языка, наши знания о нейронных вычислениях, которые осуществляют эти лобные и височные области, остаются ограниченными», - отмечают авторы исследования.
«Один из важных нерешенных вопросов касается функциональных различий между нейронными популяциями, составляющими языковую сеть.»
Разгадка роли нейронов
Эксперты выявили отдельные кластеры нейронов, которые обрабатывают язык в различных «временных окнах», реагируя на языковой контекст в разные временные промежутки - от одного слова до примерно шести слов.
Обнаружение этих временных окон было сделано с помощью сложной техники, которая включает в себя запись электрической активности в мозге.
С помощью этого метода команда смогла определить конкретные функции, выполняемые различными популяциями нейронов. Исследование ставит под сомнение прежние представления о том, что все нейроны, участвующие в обработке языка, выполняют одни и те же функции.
«Впервые мы видим явную неоднородность языковой сети. В десятках фМРТ-экспериментов эти области мозга, кажется, делают одно и то же, но это большая, распределенная сеть, поэтому в ней должна быть какая-то структура», - говорит старший автор исследования профессор Эвелина Федоренко.
Ограничения фМРТ
Ранее функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) - метод, измеряющий изменения кровотока, - сыграла важную роль в определении областей мозга, отвечающих за обработку языка.
Однако профессор Федоренко отметил, что разрешение фМРТ недостаточно высоко, чтобы понять, что делают небольшие популяции нейронов. Команда преодолела это ограничение, записывая электрическую активность с помощью электродов, вживленных в мозг.
Хотя получить эти данные было непросто, поскольку такая процедура проводится только у пациентов, подвергающихся хирургическому вмешательству по поводу неврологических заболеваний, таких как тяжелая эпилепсия, они позволили получить обширные и точные сведения.
«Эти данные, конечно, лучший вид данных, которые мы можем получить из человеческого мозга: Вы точно знаете, где вы находитесь пространственно, и у вас есть очень тонкая временная информация», - говорит профессор Федоренко.
Кластеры обработки языка в мозге
Проведя углубленный анализ, эксперты обнаружили, что нейроны, похоже, обрабатывают язык группами, или кластерами, на основе временных окон в одно слово, четыре слова или шесть слов.
По словам ведущего автора исследования Тамар Регев, похоже, что эти нейронные популяции интегрируют информацию на разных временных отрезках предложения.
Еще один важный результат исследования - анатомическое расположение этих различных кластеров. Кластеры с самым коротким временным окном были обнаружены преимущественно в задней височной доле, в то время как кластеры с более длинным окном были распределены более равномерно по височным и лобным долям.
Будущие направления исследований
Теперь, когда дифференциация установлена, следующий шаг команды - определить, соответствуют ли временные шкалы конкретным функциям.
«Самая длинная временная шкала чувствительна к таким вещам, как синтаксис или отношения между словами, а самая короткая, возможно, более чувствительна к особенностям отдельных слов или их частей», - говорит Регев.
Исследование проложило путь к более полному и детальному пониманию способностей мозга к обработке языка. В будущем подобные методики могут быть использованы для изучения других когнитивных функций мозга.
Исследование стало возможным благодаря поддержке многих организаций, включая Национальный институт здоровья США, Центр изучения психических расстройств имени Пойтраса и факультет мозга и когнитивных наук Массачусетского технологического института.
Исследование опубликовано в журнале Nature Human Behavior.
