Как мозг формирует предложения: новые открытия
Современные методы нейровизуализации открывают всё больше тайн о языке, мышлении и сознании человека. Группа исследователей провела необычный эксперимент, чтобы понять, как наш мозг превращает отдельные слова в осмысленные фразы и предложения. Для этого ученые применили электрокортикографию — современную технологию, регистрирующую электрическую активность коры мозга при помощи миниатюрных электродов, имплантированных под череп. Это позволило с беспрецедентной точностью зафиксировать работу тех участков мозга, которые отвечают именно за структуру речи.
Экспериментальная группа состояла из 10 добровольцев, проходивших лечение от медиарезистентной формы эпилепсии: трое участниц были женщинами, остальные — мужчинами, в возрасте от 20 до 45 лет. Все они согласились принять участие в исследовании во время обязательной диагностики.
Задания для участников: искусство создавать смысл
В ходе опыта участникам предлагалось выполнить разнообразные речевые задания. Сначала — называть по одиночке слова, обозначающие персонажей или объекты, изображённые на картинках. Позже испытуемые переходили к более сложным упражнениям: им нужно было составлять полные предложения, описывающие действия героев коротких мультфильмов.
В качестве действующих лиц были выбраны характерные персонажи: курица, собака, Дракула, Франкенштейн, ниндзя и медсестра. Подбор слов не был случайным: учитывались частотность использования, количество слогов, тип имени (собственное или нарицательное). Такой подход обеспечивал возможность детального анализа паттернов активности мозга на уровне отдельных фонем.
Активные и пассивные конструкции: испытание для мозга
Одним из ключевых этапов эксперимента было составление активных и пассивных фраз. Например, на вопрос: «Кто кого ударил?» подразумевался ответ с активной структурой — «Дракула ударил Франкенштейна». А вот при формулировке «Кого кто ударил?» участники должны были выбрать пассивную конструкцию: «Франкенштейн был ударен Дракулой». Это различие позволило детально зафиксировать, как мозг переключается между синтаксическими шаблонами разных типов.
Всего использовалось десять универсальных глаголов: сжигать, бить, гипнотизировать, измерять, тыкать, пугать, рвать, распылять, щекотать, спотыкаться. Задания строились по универсальной формуле: «Кто кого — действие?» — позволяя замерять мозговую активность для самых различных синтаксических конструкций.
Машинное обучение: ключ к интерпретации сигналов мозга
Чтобы проанализировать большой объём нейрофизиологических данных и найти закономерности, ученые использовали передовые алгоритмы машинного обучения. Сначала для каждого слова, произносимого отдельно, были определены уникальные шаблоны электрической активности. Затем исследователи отслеживали, как эти паттерны сохраняются или меняются при построении полной фразы.
Результаты оказались весьма оптимистичными: оказалось, что при произнесении отдельных слов их корковые паттерны остаются неизменными — то есть мозг «узнаёт» слово по характерной активности. Но при объединении слов в предложение эти паттерны начинают взаимодействовать и частично перестраиваться в зависимости от заданной синтаксической структуры.
Сложность синтаксиса: почему нам проще ставить подлежащее впереди
Когда участникам приходилось создавать пассивные фразы, например, «Франкенштейн был поражён Дракулой», исследователи заметили более высокую нейроактивность. Это подтверждает наблюдения лингвистов: большинству людей естественно и проще выстраивать высказывания с подлежащим на первом месте. Всего науке известны шесть основных вариантов порядка слов в предложениях, но подавляющее число языков использует структуру «подлежащее — глагол — дополнение» или «подлежащее — дополнение — глагол».
Менее пяти процентов мировых языков выбирают более сложные схемы, при которых дополнение предшествует подлежащему. Причина, как показали работы ученых, кроется в особенностях функционирования префронтальной коры: поддержка и обработка нестандартных последовательностей требует значительных когнитивных ресурсов. Со временем языки естественным образом эволюционируют к более экономным структурам.
Перспективы исследований и новые горизонты
Этот проект ярко демонстрирует, как слияние нейрофизиологии, лингвистики и методов анализа больших данных позволяет пролить свет на одну из древнейших загадок человеческой природы — способность к сложному языку. Полученные результаты открывают перспективы как для фундаментального понимания законов мышления, так и для разработки новых систем искусственного интеллекта, способных оперировать естественным языком столь же гибко, как это делает человеческий мозг.
От исследования таких глубинных механизмов может выиграть и медицина: более точное понимание работы языковых центров позволит скорректировать терапевтические подходы при афазии, последствиях инсульта и других нейрологических нарушениях. Машинное обучение вкупе с высокой точностью электрокортикографии уверенно открывает путь к новым открытиям о тайнах нашего мышления!
Источник: naked-science.ru
