История о том, как учёные искали речь в голове журналиста

Эксперимент № 1: «Буууу бууу бууу…»

Мои ощущения

Комната с томографом такая белая и чистая, что сложно отличить пол от потолка. От этого становится ещё холоднее. Кольца и ремень с пряжкой сняла. Вставной челюсти у меня пока нет, сердечных стимуляторов тоже. Вроде готова. Скинув ботинки, иду босиком по кафельному полу. Ложусь на кушетку. Мою голову накрывают пластиковой решётчатой маской, напоминающей рыцарское забрало. Шевелить головой, как, впрочем, и остальными частями тела, нельзя. Всё, что я вижу, — это отражение большого экрана с текстом задания в системе маленьких зеркал, размещённой у меня перед глазами.

Надеваю наушники, соединённые с соседней комнатой толстым резиновым шлангом. Кушетка медленно заезжает в аппарат.

Сегодня я участвую в одном из экспериментов научной лаборатории нейролингвистики ВШЭ. Созданная всего пару лет назад, она объединила нейропсихологов, филологов, логопедов и даже программистов, которые все вместе изучают нашу речь как продукт непосредственной работы головного мозга.

В том, как связаны язык и мозг, учёные пытаются разобраться уже лет сто. Но настоящая революция началась именно в наше время, когда стали доступны томографы и прочие приборы, позволяющие детально отслеживать работу мозга.

У этих исследований две глобальные задачи. Первая, фундаментальная — понять, как работа нейронов в нашей голове превращается в слова и предложения, которые мы понимаем или произносим. Вторая задача прикладная: помочь людям, у которых из-за мозговых нарушений возникли проблемы с речью.

Едва ли не лучший способ подсмотреть, откуда мозг управляет речью, — это функциональная магнитно-резонансная томография, которая с высокой точностью определяет, какой участок мозга сейчас активен, а какой нет.

В трубе томографа ощущаешь торжественное одиночество астронавта, заключённого в космической капсуле, которая вот-вот рванёт к звёздам. В тревожных перестуках аппарата мерещится частый пульс сердца. Он недовольно гудит на всю комнату, создавая вокруг меня магнитное поле, а я не могу отделаться от навязчивого чувства, что машина читает мои мысли.

Эксперимент начинается.

— Проговаривайте предложения про себя, — слышу в наушниках спокойный голос исследователя.

«Cейчас вдова допивает вишнёвый ликёр».

Мне становится смешно, но сильно веселиться нельзя: испорчу статистику.

Дальше — хуже: «Свека вошурать племиска дасей зиузливо».

И наконец, кульминация: «Буууу бууу бууууууу буу бу».

Честно и торопливо читаю слоги.

Между человеческими предложениями, абракадаброй и почти психоделическими слогами на экране каждый раз на несколько секунд умиротворяюще зависают незатейливые крестики. В эти моменты отдыха я успеваю придумать кучу вопросов: почему предложения смешные? Там снаружи вообще видят на мониторе, как мне смешно?

Что всё это значит?

Если вы правша, то зоны, ответственные за речь, у вас скорее всего, находятся в левом полушарии. Ещё в XIX веке учёные заметили, что нарушения речи чаще всего связаны с поражениями в левой половине мозга. Правда, примерно тогда же были зафиксированы и исключения из этого правила: у левшей поражения участков мозга с левой стороны вообще не вызывали никаких нарушений речи. То есть, у подавляющего большинства праворуких землян речь «находится» слева. А у значительной доли генетических левшей — справа.

— Конечно, за речь не отвечает целиком только одно полушарие. Кроме того, у неё, если можно так сказать, есть разные уровни расположения. Фонетика, семантика и синтаксис могут быть локализованы в разных полушариях, — объясняет ответственная за этот эксперимент нейропсихолог Роза Власова.

Она всегда очень собранна и говорит о мозге как о давнишнем шахматном сопернике, чьи ходы анализирует уже много лет. 

Разница, обнаруженная в организации речи у правшей и большинства левшей, даёт безграничные просторы для новых гипотез и возможности — для экспериментов. Шестьдесят лет назад основатель отечественной нейропсихологии Александр Лурия получил, например, такие данные: правши, у которых в семейном древе есть родственники или предки с ведущей левой рукой, после поражения мозга восстанавливают речь быстрее по сравнению с правшами, в чьих семьях левшей нет и не было.

Цель эксперимента с томографом — подтвердить имеющиеся данные о том, что речь у правшей с семейным левшеством «расположена» иначе, чем у правшей без такового.

Как проверяют

Когда я лежу в трубе, области мозга, участвующие в выполнении задачи, начинают активно работать, а значит, и очень активно питаться — поглощать кислород. К этим участкам начинает притекать кровь, насыщенная глюкозой и кислородом. Но поскольку кислород (оксид гемоглобина) притекает в избытке, он сразу полностью не расходуется, а скапливается в венозной крови рядом с работающими клетками. Насыщенный кислородом гемоглобин обладает парамагнитными свойствами, и с помощью фМРТ можно увидеть, какой из участков моего мозга сейчас активен.

Почему у эксперимента такой сложный дизайн: понятное предложение, потом непонятное, а затем ещё и слоги?

Учёные ищут своего рода чистую речь, а когда вы выполняете задания, активизируются и внимание, и зрительное восприятие, и даже скрытая артикуляция. Так и появляются контрольные условия — те странные предложения с несуществующими словами. Когда человек читает эти псевдофразы, зоны зрительного восприятия и скрытой артикуляции работают приблизительно так же, как и в случае с нормальным предложением. А вот участки, ответственные за семантику, то есть смысл слов, не задействованы, ведь таких слов просто не существует. Таким образом, сравнивая эти условия, учёные находят участки, ответственные за смысл слов: они светятся ярче, когда мы читаем обычные предложения.

Над этими странными псевдофразами трудился не один лингвист. Сначала все слова привели в начальную форму, потом убрали все морфологические признаки, затем скомбинировали слоги так, чтобы они не складывались в псевдослова, похожие на настоящие.

Крестики и слоги в этом эксперименте — своего рода идеальные контрольные параметры, по которым сравнивается активность мозга в момент выполнения и невыполнения задания.

Конечно, буквально считать мысли по данным фМРТ нельзя (уф!), но о чём-то аппарат всё-таки пробалтывается. Догадаться, что мне было любопытно, можно, обратив внимание на активацию зон, отвечающих за привлечение внимания. Проще простого вычислить испытуемого, который заснул. Хотя, говорят, в некоторых экспериментах и поспать не грех. Например, в фонологических. Мозг будет работать и без вашего непосредственного участия. Вам в наушники льются слоги «ба-ба-ба-ба», а потом вдруг резко «па!» — и экспериментатор сразу поймёт, что мозг звуковую разницу заметил, хотя вы в это время смотрите уже десятый сон про инопланетян.

Результаты

Пока этот сложный эксперимент находится в стадии разработки. Оказалось, что для разных испытуемых должны быть созданы разные контрольные условия. А кто-то вообще, вместо того чтобы добросовестно читать слоги, просто поёт их про себя.

— Когда у некоторых испытуемых мы видим активацию в височной доле правого полушария вместо левого, сразу становится понятно, в чём дело. Есть такая дихотомия: при поражении левой височной доли возникает нарушение речи, а при некоторых поражениях в правой височной доле  — нарушение восприятия музыки. Ну, мы и спросили: вы там не пели случайно? — пожимает плечами Роза, удивляя меня своей детективной сноровкой.

Данные моего сканирования пришли через неделю. Оказалось, моя речь живёт в правом полушарии, невзирая на то что я стопроцентно праворукий гражданин без прабабушек и прадедушек левшей. Так что результаты эксперимента учёным я, видимо, подпортила. Мозг умеет и так. По крайней мере мой мозг.

Эксперимент № 2. Как лишиться дара речи

Мои ощущения

— Что за голова у вас такая лысая на мониторе крутится?

— А, это ваш череп, — бодро приветствует меня студентка психфака ВШЭ и стажёр-исследователь лаборатории нейролингвистики Зоя Черкасова. — Сейчас будем сопоставлять 3D-изображение в компьютерной программе с вашей головой в реальном мире.

Выглядит не очень симпатично — что ж, со стрижкой под ноль пока повременим.

Лаборатория когнитивных исследований ВШЭ — небольшая комнатка офисного вида, где едва ли поместится десяток студентов. Ни в жизнь не догадаешься, что здесь проводят крутые эксперименты.

У стены стоит большущее снежно-белое кресло испытуемого — точь-в-точь в кабинете зубного. Только здесь веселее. Во-первых, не больно. Во-вторых, не скучно: лаборатория в постоянном движении. Усаживаюсь.

Вот молодой доктор наук задумчиво вращает на мониторе в разноцветных 3D- координатах какие-то розовые загогулины.

— Какой у тебя тут красивый мозг! — восхищается его коллега.

— Это потому что он искусственный, — вздыхает черноглазый учёный.

Зоя закрепляет у меня на лбу маленькие серые шарики, благодаря которым камера «видит» мою голову. Сообщает её точные географические координаты компьютерной программе, чтобы сопоставить с «внутренностями» мозга, изображения которых были получены в эксперименте с томографом.

Теперь экспериментаторам надо понять, с какой силой в меня можно ударить магнитным импульсом.

А для этого меня нужно подключить к электроприбору: на левую руку электрод крепит Зоя, на правую — главный повелитель здешней супераппаратуры сицилиец Маттео Феурра. Его скорее можно принять за дизайнера модного дома Ромео Джильи, нежели за доцента факультета социальных наук. У учёного был выбор преподавать в Испании, Германии или России, и в итоге он поехал в Москву, потому что здесь оказалась самая оснащённая лаборатория. Здесь вообще много иностранцев — именно по этой причине. Вот к холодильнику стремительно приближается черногорец Никола Вукович. «Пива нет», — загадочно, словно какой-то тайный пароль, сообщает он по-русски всей комнате, хлопает дверцей и исчезает с добытыми препаратами.

— Разряд! — дёргается рука, скачет по монитору диаграмма.

Учёные кивают друг другу со знанием дела — видимо, нашли ту силу удара, при которой сигнал может пробиться через черепную коробку к телам нейронов, а я при этом не забьюсь в конвульсиях.

Маттео торжественно вручает Зое большую чёрную электромагнитную катушку. Она похожа на толстый монокль с делениями.

— Теперь ищи на скальпе точку! — командует итальянец.

Зоя послушно водит штуковиной по моей голове.

Итак, какие-то два часа приготовлений, и можно начинать эксперимент.

Я сижу в кресле, надо мной стоит Зоя с катушкой, передо мной монитор с заданиями. Вокруг зрители.

Моя задача — называть существительные и глаголы по рисункам. Что может быть проще?

Картинки мелькают на мониторе со страшной скоростью.

Лопату и маяк я назвала сразу, а вот огнетушитель и мольберт вылетели из головы напрочь.

С глаголами ещё интереснее: мужчина щупает женщину за попу, мужик душит мужика верёвкой…

Первый раунд закончен. Теперь я буду произносить слова, находясь под действием магнитного поля.

Это бегемот!

Я отчётливо вижу животное на мониторе, но Зоя вдруг предательски стреляет мне в голову электромагнитными пульками — бац-бац-бац! Я пытаюсь произнести слово, но мой толстый бегемот сдувается в артикуляционном бессилии где-то по дороге от мозга к языку. Это похоже на монолог при встречном ветре, когда какая-то невидимая сила будто забивает все слова обратно в рот. Я словно лишилась дара речи — не могу ничего произнести!

Что всё это значит?

Смысл этого эксперимента тоже связан с левшеством. Если в кресле испытуемого сидит классический правша, речевые функции которого сосредоточены в левом полушарии, то при отключении зоны Брока он должен хуже называть глаголы, ведь в этот момент испытатель блокирует область, ответственную за моторику. А когда он посылает импульс в зону Вернике — хуже справляться с существительными. Понятно также, что если у левшей речевой центр находится справа, то и тормозить они должны при воздействии  именно на правое полушарие.

Как проверяют

Итак, прикрепив мне на лоб датчики и связав камеру с данными фМРТ, которые уже были в компьютерной программе, учёные задали координаты нужных речевых зон в программе и определили их местоположение в моей голове. Затем выяснили, с какой силой можно стимулировать выбранные точки в мозге, измерив порог чувствительности, который у всех людей разный и зависит от степени усталости и толщины костей черепа.

В основе метода транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) лежит воздействие на кору головного мозга при помощи коротких магнитных импульсов, в результате чего в \ \ нарушается локальная обработка информации. Короче, ТМС временно поражает мозг, позволяя отключать некоторые его области (у здорового человека) и анализировать, как это влияет на речь.

О возможности влиять на мозг с помощью электромагнитного поля учёные говорили ещё в начале XX века. Но серьёзные эксперименты с транскраниальной магнитной стимуляцией начались только в середине 90-х (в первую очередь, в области лечения психических болезней), а в России этот метод был легализован Минздравом меньше двух лет назад.

Результаты

Здесь, в отличие от предыдущего эксперимента, результатов долго ждать не пришлось.

— У вас почему-то проблемы с называнием возникают при стимуляции вертекса, — недоумевает Зоя, растерянно опуская катушку. — Вообще-то там нет речевых зон. Это же центр головы, мы его хотели использовать как контрольную точку…

Так мой мозг переигрывает нас с учёными уже со счётом 2:0.

Эксперимент № 3 «Хозяйка разбивает тарелкой вазу»

Мои ощущения

Старший научный сотрудник лаборатории нейролингвистики Анна Крабис — изящная и деликатная, какой, наверно, и должна быть девушка, профессионально копающаяся в чужом мозге. В маленькой лаборатории московского Центра патологии речи она потихоньку вписывает в историю науки разных пациентов с нарушениями речи. Ну а я сегодня поучаствую в одном из её экспериментов.

Вновь передо мной монитор компьютера, но на этот раз я буду выполнять задания автономно от приборов — можно вертеться и гримасничать, никаких тебе проводов или холодной трубы томографа.

На клавиатуре две кнопки. Красная и синяя. С их помощью это задание выполняют пациенты Центра, которые, как правило, после травмы могут выбирать вариант ответа медленно и только одной рукой.

— Ваша задача прослушать предложение и максимально быстро выбрать соответствующую ему картинку.

Поехали!

«Хозяйка разбивает тарелкой вазу».

На мониторе два рисунка с женщиной, одинаково равнодушно уничтожающей посуду. Слева она колотит вазой по тарелке. Справа — тарелкой по вазе.

«Дедушка прячет за ящик рюмку».

Старичок на картинке явно дорожит своим нехитрым имуществом, в отличие от хозяйки вазы.

«Жена милиционера стирает».

«Садовник кладёт на сарай доску».

«Хозяйка царапает шкаф отвёрткой».

И так двадцать раз.

Что всё это значит?

Нейролингвисты изучают, как сенсорно-моторные стереотипы помогают понимать предложение. Обычно в эксперименте участвуют маленькие дети и взрослые билингвы, уехавшие из России в англоязычные страны ещё в детстве. Кроме того, аналогичный тест должны также пройти 30 пациентов, частично или полностью потерявших речь. Правда, в этом случае исследователь будет изучать не сенсорно-моторные стереотипы, а локализацию речи при афазии. Афазия — это системное нарушение уже сформировавшейся речи, заболевание, связанное не с повреждением речевого аппарата, а именно с поражением речевых центров.

— Сравнив результаты разных пациентов с участками поражения в их мозге, можно найти область, критически вовлечённую в осуществление той или иной функции речи, — объясняет Анна суть метода.

Как это выглядит на деле? У учёных есть результаты функционального МРТ каждого пациента. Их используют для того, чтобы построить в специальных программах объёмную модель мозга. Потом это изображение условно делят на вокселы — участки объёмом 1 мм3. Получив для каждого пациента процент правильных ответов в тесте, специалисты сравнивают эти вокселы между собой. Если одни и те же ошибки совпадают с одними и теми же поражёнными участками мозга, значит, эта область задействована при выполнении данного типа речевого задания.

Как проверяют

Вот я слышу фразу «мальчик трогает карандашом ручку». Это действие, и я его тут же представляю: ага, мальчик сначала берёт карандаш и потом трогает им ручку. Это прямой моторный стереотип. А затем звучит «мальчик трогает ручку карандашом». Вроде бы прямой порядок слов: понять должно быть проще. Но здесь не прямой моторный стереотип, ведь всё равно сначала берёшь карандаш, а потом уже трогаешь им ручку. Здоровому взрослому человеку, носителю русского языка, выбрать картинку, соответствующую произнесённому предложению просто. Но с детьми, билингвами и пациентами всё по-другому.

Результаты

Ребенок реагирует на прямой моторный стереотип (мы сначала берём в руки предмет, а уже потом касаемся им других предметов). И он сделает ошибку в предложении «мальчик трогает ручку карандашом», выбрав картинку, где мальчик трогает карандашом ручку.

— Выходит, мозг по-разному реагирует на порядок слов?

— Конечно, — приветствует Анна мою скромную догадку улыбкой доброй учительницы начальных классов. — У маленьких детей очень конкретное мышление — они отталкиваются от последовательности действий. А билингвы наоборот: они понимают, какое действие было совершено, но у них проблема с творительным падежом. И непрямой порядок слов для них сложнее, потому что они ожидают услышать прямое дополнение, как в английском.

Что касается меня, я пригодилась в этом эксперименте для замера скорости решения заданий. Хотя, кажется, пару раз я точно выбрала неправильную картинку. Волновалась.

— Я занимаюсь фонологией, рассказывает Анна. — Вот представьте: вам надевают на голову шапочку и замеряют электрический сигнал, который вырабатывает мозг. Он совсем слабенький, поэтому используются усилители. Вы слышите предложение «мальчик любить груши» — прибор сразу фиксирует, что ваш мозг распознал ошибку. А если дать прослушать то же самое американцу, датчики ничего не покажут. Англоязычные люди не воспринимают этот контраст мягкости и твёрдости согласных: «любил, любить»…Точно так же русский человек не отличит wheel (колесо) от veal (телятина).

— Так это какие-то разные мозги получаются.

— Нет, механизм работы мозга у всех одинаковый, — посмеивается Анна. — Когда человек рождается, у него много нейронов. Постепенно происходит их специализация. Мозг очень зависит от того, что вокруг него происходит, что становится значимым. До шести месяцев дети вообще различают фонетические контрасты в неродных языках, а потом эта суперспособность пропадает, — с сожалением констатирует учёный.

Зачем всё это нужно?

В это же самое время аналогичный эксперимент проходят пациенты Центра патологии речи. С ними работает другая сотрудница лаборатории нейролингвистики Екатерина Искра.

 — Тан...цу...ет, вы...пи...ва...ет, тол...ка...ет.

Со стороны может показаться, что хорошенькая блондинка из Восточной Европы недавно записалась на курсы русского языка и теперь старательно заучивает нужные глаголы для пятничного вечера. На самом деле за компьютером пациентка, пережившая инсульт. Она смотрит на простые картинки и достаёт из памяти соответствующие слова. Уже почти год она вспоминает, как разговаривать.

— Раз-бра-сы-ва-ет, — неуверенно заключает женщина, разглядывая на экране старичка в поле с горстью семян наготове.

У специалистов много разных методик для восстановления речи. Сейчас пациентка тренировалась называть глаголы, а нейролингвисты помогали ей вспоминать слова и их синонимы. Они ведь где-то лежат — их надо просто извлечь.  опубликовано econet.ru

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet

Присоединяйтесь к нам в Facebook и во ВКонтакте, а еще мы в Однокласниках