Как мозг превращает картинку в действие, а движение — в звук

Профессор Университета Феррары (Италия) Лучано Фадига на открытой лекции в СПбГУ рассказал, какие процессы в мозге обеспечивают восприятие информации и коммуникацию посредством языка и речи. Ученый-нейрофизиолог, член пармской группы, открывшей зеркальные нейроны, поделился своей точкой зрения на участие моторных зон мозга в процессе вербальной коммуникации — как подтвержденными эмпирически фактами, так и гипотезами.

Два потока восприятия

Лекция состоялась в рамках III Международной конференции «Нейробиология языка и речи».

Говоря о восприятии информации мозгом, Лучано Фадига рассказал о гипотезе двух потоков: вентральном и дорсальном. Это две параллельно работающие системы в головном мозге, кодирующие визуально воспринимаемую информацию. При зрительном восприятии объектов информация фиксируется в первичной зрительной коре, после чего поступает во вторичную, откуда и берут начало вентральный и дорсальный потоки.

Вентральный поток заканчивается в височном, а дорсальный — в теменном отделе коры головного мозга. Благодаря экспериментам на обезьянах с нарушениями височной и теменной долей удалось сформулировать предположения о роли этих отделов мозга в восприятии зрительной информации. Так, височная доля участвует в функционировании памяти и выступает своеобразным «архивом»: попадая туда, информация быстро определяется в нужные «категории». Теменная доля считается ответственной за пространственную ориентацию. Согласно данной гипотезе, вентральный поток отвечает за семантику, фактически отвечая мозгу на вопрос «что это?», дорсальный же — за пространственное положение, обрабатывая понятия «где?» или «как?».

Наш мозг — это классификационная машина. Он распределяет все, что мы видим, на множество категорий. Мозг порождает ассоциации, связи между предметами и понятиями, группируя объекты по различным параметрам.

Профессор Университета Феррары (Италия) Лучано Фадига

«Например, кирпич относится к понятийной группе стройматериалов и в то же время может быть обобщен с красным яблоком по цветовому признаку. Мы делаем все это автоматически, не задумываясь, это делает наш мозг», — подчеркнул Лучано Фадига.

Движение и действие

После обработки зрительной информации, рассказал ученый, мозг принимает решение о дальнейших действиях с ней. К примеру, если человек осознает, что ему необходим видимый предмет, он протягивает руку, чтобы его взять. Мозг при этом должен быстро понять, есть ли на пути препятствие и как именно нужно сложить ладонь, чтобы получить желаемое. Лучано Фадига с коллегами изучал работу мозга обезьян в момент, когда они осуществляли хватательное движение различными конечностями в отношении предметов разного размера и формы. Это позволило зафиксировать реакции мозга и схему, приводящую к совершению движения.

Действие, согласно формулировке, приведенной ученым, — это иерархически организованная последовательность движений, приводящих к цели. То есть если цель — взять видимый предмет, то хватание будет действием, осуществляемым с помощью цепочки движений, регламентируемых мозгом. Принятие соответствующих решений, по данным ученых, происходит в вентральной области премоторной коры (так называемой зоне F5). Именно в ней группе исследователей из Пармы, в которую входил и Лучано Фадига, удалось обнаружить так называемые зеркальные нейроны.

Первым шагом к выявлению зеркальных нейронов стала случайность.

«Однажды мой коллега в лаборатории ел мороженое. В момент, когда он его лизал, зона F5 мозга подопытной обезьяны, подключенной к энцефалографу, выдавала реакцию, которая возникла бы в случае, если бы сама обезьяна производила движение, подобное тому, которое совершал мой коллега. Однако сама обезьяна в этот момент оставалась неподвижной», — рассказал ученый.

Так удалось обнаружить, что нейроны в области F5 у обезьян активизируются не только в момент хватания предмета, но и в момент наблюдения за знакомым действием другого.

Центр Брока

Все вышеперечисленные факторы, считает Лучано Фадига, влияют на речевую функцию человека. Именно благодаря зрительному восприятию, уверен он, и дальнейшему претворению информации в движения речевого аппарата и происходит непосредственно процесс говорения. То есть звук, по мнению ученого, в данном случае не играет решающей роли. «Послушайте, как пожилой человек и маленький ребенок или люди с разными акцентами произнесут одно и то же слово: звуки могут отличаться, однако движения губ, языка будут одинаковыми», — подчеркнул исследователь.

Но, конечно, мозг человека и мозг обезьяны существенно различаются: обезьяны фактически не используют язык в привычном нам понимании. Профессор Фадига полагает при этом, что сходство между мозгом обезьяны и мозгом человека можно проследить, однако последний в процессе эволюции значительно усовершенствовался.

По предположению Лучано Фадиги, цитоархитектоническим гомологом зоны F5 у обезьян в мозгу человека может быть область, или центр, Брока. Область Брока расположена в задней нижней части префронтальной коры и отвечает, в частности, за сенсомоторную организацию речи. Согласно исследованиям ученого, центр Брока активизируется во время восприятия и использования человеком языка, математических вычислений, прослушивания музыки, логических операций. Процессы в центре Брока, считает ученый, также связаны с визуальным восприятием окружающего мира: анализ видимого пространства позволяет человеку планировать и прогнозировать как свои действия, так и действия других. Это одно из важных эволюционных приобретений, уверен профессор, благодаря которому люди владеют понятием «будущее», способны к долгосрочному планированию, к просчитыванию последствий своих действий, символическому мышлению и, возможно, языку.

«Заплатив цену с точки зрения эффективности, наш вид получил новые возможности: изобретать новые действия и реакции, исследовать новые решения. Все это обеспечивается чрезвычайно сложным сенсомоторным механизмом, вычислительные возможности которого могут быть использованы и в познавательных целях», — заключил Лучано Фадига.