Вы идете по оживленной городской улице. Вокруг вас доносятся звуки поездов метро, движения транспорта и музыка с витрин. Внезапно вы понимаете, что один из звуков, которые вы слышите, – это кто-то говорит, и что вы слушаете иначе, поскольку обращаете внимание на то, что они говорят.
Как мозг это делает? И как быстро это происходит? Исследователи из Университета Мэриленда узнают больше об автоматическом процессе, через который проходит мозг, когда он улавливает разговорный язык.
Нейробиологи уже некоторое время понимают, что когда мы слышим звуки понятного языка, наш мозг реагирует иначе, чем когда мы слышим неречевые звуки или людей, говорящих на языках, которых мы не знаем. Когда мы слышим, что кто-то говорит на знакомом языке, наш мозг быстро переключается на внимание, обрабатывает звуки речи, превращая их в слова, и понимает, что говорится.
В новой статье, опубликованной в журнале Cell Press / Elsevier Current Biology, "Быстрый переход от слуховых к лингвистическим представлениям непрерывной речи," Исследователи из Мэриленда смогли увидеть, где именно в мозгу и как быстро – за миллисекунды – нейроны мозга переходят от обработки звука речи к обработке слов речи на основе языка.
Статья написана докторантом Института системных исследований (ISR) Кристианом Бродбеком, Л. Эллиот Хонг из Медицинского факультета Университета Мэриленда и профессор Джонатан З. Саймон, который имеет тройное назначение на кафедрах биологии, электротехники и вычислительной техники, а также в ISR.
"Когда мы слушаем чью-то речь, изменение в обработке нашего мозга от безразличия к звуку к распознаванию его как слова происходит на удивление рано," сказал Саймон. "Фактически, это происходит практически сразу, как только лингвистическая информация становится доступной."
Когда слуховая кора головного мозга участвует в восприятии речи, анализирует сложные акустические паттерны, чтобы обнаружить слова, несущие лингвистическое сообщение. Кажется, он делает это так эффективно, по крайней мере частично, за счет предвидения того, что он, вероятно, услышит: изучая, какой язык сигналов звучит наиболее часто, мозг может предсказать, что может произойти дальше. Обычно считается, что этот процесс, локализованный с двух сторон в верхних височных долях мозга, включает распознавание промежуточного фонетического уровня звука.
В исследовании в Мэриленде исследователи составили карту и проанализировали нейронную мозговую активность участников, когда они слушали одного говорящего, рассказывающего историю. Они использовали магнитоэнцефалографию (МЭГ), распространенный неинвазивный метод нейровизуализации, в котором используются очень чувствительные магнитометры для регистрации естественных магнитных полей, создаваемых электрическими токами внутри мозга. Субъект обычно сидит под МЭГ-сканером или ложится внутри него, который напоминает фен для волос на всю голову, но содержит набор магнитных датчиков.
Исследование показало, что мозг быстро распознает фонетические звуки, из которых состоят слоги, и переходит от обработки чисто акустической к лингвистической информации узкоспециализированным и автоматизированным способом. Мозг должен успевать за людьми, говорящими со скоростью около трех слов в секунду. Частично это достигается за счет отличия речи от других звуков примерно через десятую долю секунды после того, как звук попадает в уши.
"Обычно мы думаем, что то, что мозг обрабатывает так рано, должно быть только на уровне звука, без учета языка," Саймон отмечает. "Но если мозг сможет сразу принять во внимание знание языка, он действительно будет обрабатывать звук более точно. В нашем исследовании мы видим, что мозг использует возможности обработки речи на самой ранней стадии, на которой это возможно."
В другой части исследования исследователи обнаружили, что люди избирательно обрабатывают звуки речи в шумной среде.
Здесь участники слышали смесь двух ораторов в "коктейльная вечеринка" сценарий, и им сказали слушать один и игнорировать другой. Мозг участников постоянно обрабатывал язык только для разговора, на который им было сказано обратить внимание, а не на тот, который им велели игнорировать. Их мозг перестал обрабатывать оставленную без внимания речь на уровне распознавания словоформ.
"Это может выявить узкое место в восприятии речи нашим мозгом," Бродбек говорит. "Мы думаем, что лексическое восприятие работает нашим мозгом, учитывая соответствие между входящим речевым сигналом и множеством разных слов одновременно. Возможно, этот механизм включает в себя умственные ресурсы, которые имеют ограничения на то, сколько разных вариантов можно попробовать одновременно, что делает невозможным одновременное внимание более чем к одному выступающему."
Это исследование закладывает основу для дополнительных исследований того, как наш мозг интерпретирует звуки как слова. Например, как и когда мозг решает, какое слово произносится? Есть свидетельства того, что мозг действительно просматривает возможности, но в настоящее время неизвестно, как мозг успешно сужает выбор до одного слова и связывает его со смыслом продолжающегося дискурса. Кроме того, поскольку можно измерить, какая часть звуков речи достаточно четкая, чтобы их можно было обрабатывать как компоненты слов, исследователи могут проверить понимание на слух, когда испытуемые не могут или не понимают, как сообщить это правильно.