StolicaMedia, 21 мая. Российские нейрофизиологи совместно с исследователями из Высшей школы экономики впервые адаптировали метод вызванных потенциалов мозга к анализу непрерывной устной речи. Результаты эксперимента, опубликованные в журнале Frontiers in Human Neuroscience (18+), показали, что мозг тратит заметно больше времени на обработку слов, неожиданных по смыслу, а служебные части речи анализирует в два последовательных этапа.
Авторы работы — сотрудники НИУ ВШЭ и Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН — решили проверить, можно ли применить классический электрофизиологический подход не к отдельно взятым словам, а к восприятию цельного рассказа. В эксперименте приняли участие 27 здоровых взрослых. Испытуемые прослушивали через наушники пятиминутную научно-популярную запись, посвященную ежам. В это время активность их нейронов регистрировали с помощью магнитоэнцефалографии — метода, улавливающего сверхслабые магнитные поля, которые генерирует работающий мозг.
В отличие от традиционных опытов, где сигнал многократно усредняется по одинаковым стимулам, здесь исследователи группировали реакции мозга по смысловой близости слов к предшествующему контексту. Для оценки этой близости применялась языковая модель fastText. Кроме того, ученые разделили все слова на две большие группы: знаменательные — те, что несут основное содержание фразы (существительные, глаголы, прилагательные), и служебные (предлоги, союзы, частицы).
Анализ выявил два ключевых эффекта. Во-первых, слова, резко расходящиеся по значению с предыдущим текстом, мозг обрабатывал дольше — требовалось больше времени, чтобы встроить неожиданный элемент в выстраиваемую смысловую картину.
Во-вторых, для служебных слов была зафиксирована двухэтапная обработка: на первом этапе мозг определял грамматическую роль слова, а на втором, опираясь на эту роль, предсказывал следующую лексическую единицу.
"Модель представляет слова как точки в многомерном пространстве и позволяет оценить, насколько новое слово близко по смыслу к тем, что уже прозвучали. Например, если в рассказе уже говорится о ежах, их детенышах и образе жизни, то "ежата", "живут" и "маленький" будут семантически близкими к контексту, а "белобрюхий", "родственник" или "ферма" — более далекими. Эти группы мы и сравнивали", — сказала эксперт Научно-учебной лаборатории когнитивных исследований факультета социальных наук НИУ ВШЭ Наталия Жожикашвили.
Выяснилось, что, по сравнению с семантически близкими словами, семантически далекие вызывали более поздний ответ над левыми височными сенсорами — через 616–666 миллисекунд после начала слова. Авторы предполагают, что эта волна может быть связана с P600-подобной активностью — поздним компонентом мозгового ответа, который возникает, когда слово трудно сразу встроить в общий смысл фразы. В исследованиях на английском языке мозг реагировал на семантическую удаленность слова раньше — примерно через 380–600 миллисекунд после начала слова. Авторы предполагают, что это связано с морфологической сложностью русского: обилием падежей, суффиксов и окончаний.
На служебные слова мозг реагировал дважды. Первый всплеск активности наблюдался через 166–312 миллисекунд. По мнению авторов, это говорит о том, что мозг быстро распознает грамматическую роль таких слов. Второй всплеск — через 470–654 миллисекунды, — скорее всего, отражает предсказание: получив союз или предлог, мозг начинает готовиться к следующему слову, заранее активируя подходящие по смыслу и грамматике варианты. Контрольный анализ частично подтвердил это: слова, следовавшие за служебными, вызывали ранний мозговой ответ — через 48–98 миллисекунд. Однако авторы отмечают, что эффект может быть связан не только с прогнозированием, но и с акустическим началом следующего слова.
Результаты показывают, что метод вызванных потенциалов можно применять к непрерывной аудиальной речи на русском языке. Это приближает исследование речи к реальным условиям и может быть полезно для изучения языковых нарушений, например дислексии.
"У детей с дислексией нарушена обработка не только письменной, но и звуковой речи. Неинвазивный метод вроде МЭГ позволяет исследовать речевую обработку без устных ответов участника. В перспективе такие методы можно использовать для более точной диагностики речевых нарушений, — сказала ведущий научный сотрудник Центра нейроэкономики и когнитивных исследований НИУ ВШЭ Ольга Мартынова.
