Мы принимаем вызов

Когда и как происходит обработка информации на уровне нейронов? Каким образом мозг осваивает новую информацию? Как он строит новые лингвистические репрезентации? Что происходит, когда речевые механизмы нарушаются?

Ответы на эти вопросы ищут ученые во всем мире. Включился в этот поиск и Санкт-Петербургский государственный университет, получив мегагрант Правительства РФ на исследование «Когнитивная нейробиология процессов научения и восприятия языка».

Руководит проектом профессор Юрий Штыров, выпускник СПбГУ, нейрофизиолог, руководитель лабораторий магнито- и электроэнцефалографии в Орхусском университете (Дания). В рамках исполнения гранта в СПбГУ создана лаборатория поведенческой нейродинамики.

Юрий Штыров выступил в СПбГУ с открытой лекцией «Нейрофизиологические механизмы освоения новых слов» и рассказал, какого типа экспериментами занимается со своей группой и что планирует изучать с коллегами в рамках мегагранта.

«Эта работа бросает нам немало вызовов. Речевая система отличается от многих других систем, с которыми мы имеем дело. Многие из них неплохо изучены на животных моделях. Мы довольно хорошо знаем, например, как работают зрительная система, слуховая, как мозг контролирует движения. Но изучать мозговые основы речевой функции, используя традиционные для физиологии животные модели, невозможно, ведь она уникальна для человека. Возможны только поведенческие и неинвазивные методики для проведения исследований», — сразу подчеркнул ученый.

И это не единственная трудность. Речевая информация крайне динамична. «Я сейчас говорю со скоростью около семи слогов в секунду, непрерывным потоком выдавая информацию, характеристики которой очень сильно меняются практически каждую миллисекунду — начиная от частотных и амплитудных показателей и заканчивая фонетическими, грамматическими и смысловыми свойствами, — объясняет Юрий Штыров. — И все это я делаю параллельно с другой активностью, листая слайды с помощью пульта, жестикулируя и так далее. Поэтому, чтобы описать речевой механизм в его динамике, нам недостаточно самых лучших неинвазивных методик изучения мозга, как МРТ и ПЭТ. Нам нужны инструменты, которые способны быстро регистрировать изменения, происходящие в мозге. Это в первую очередь электро- и магнитоэнцелография (ЭЭГ и МЭГ). Они могут записывать активность мозга на миллисекундном уровне».

Одним из направлений работы в рамках гранта станет описание пространственно-временной динамики активации нейронных сетей в процессе восприятия лексической информации. Например, такой информации, как слова. Юрий Штыров рассказал, что уже проводил подобного рода исследование, в ходе которого получены любопытные результаты. Ученые предъявляли испытуемым сотни различных слов, похожих акустически, но разных по своему содержанию. Одни слова были реальными, а другие — так называемыми псевдословами. С помощью магнитоэнцефалографии исследователи увидели, что ответы мозга на реальные слова и псевдослова различаются.

Амплитуда активности ответа мозга на настоящие слова превышает таковую на псевдослова.

Профессор СПбГУ Юрий Штыров

«Эта активность обеспечивается структурами височной и фронтальной областей в первую очередь левого, но также и правого полушарий головного мозга. Мы можем предположить, что зафиксированная активация, скорее всего, отражает активацию репрезентаций слов, существующих в мозге человека, их так называемых следов памяти, то есть нейронных сетей, кодирующих то или иное слово», — говорит Юрий Штыров.

Подтверждает эти теоретические предположения и то, что мозг по-разному реагирует на слова, которые мы употребляем в речи и слышим часто, и на те, которые довольно редки в обиходном словаре. Ученый рассказал и о таком эксперименте.

«С помощью ЭЭГ мы записывали активность мозга в ответ на слуховые стимулы — слова с разной частотностью употребления. Мы предполагаем, что для всех слов формируются некие следы памяти в нейронной сети. Чем чаще то или иное слово используется, тем чаще происходит активация этой сети и тем сильнее формируются связи в ней. "Поэтому при ее стимуляции должна регистрироваться и более высокая активность", — говорит Юрий Штыров. — И это действительно так. Мы видим корреляцию частотности с мозговой активностью».

Более подробно о гранте читайте в февральском номере журнала «Санкт-Петербургский университет» (статья «Механизм речи»).