Мозг обрабатывает несколько слов одновременно так же, как поезда движутся по станции метро.
Новое исследование, опубликованное в журнале «Proceedings of the National Academy of Sciences», раскрывает новые аспекты функционирования мозга.
«Мы обнаружили, что мозг справляется с конкурирующими задачами, перемещая информацию в разные его части с течением времени», — объясняет Лора Гвилльямс, ведущий автор статьи, которая проводила исследование, будучи докторантом Нью-Йоркского университета.
«Это означает, что несколько источников информации могут обрабатываться одновременно, не мешая друг другу. Это похоже на систему метро: к тому времени, когда следующий поезд прибывает на станцию, предыдущий поезд уже отправился на следующую остановку».
«Кодировочная система мозга элегантно сочетает сохранение информации с минимизацией наложения различных слов и звуков», — добавляет Алек Маранец, профессор психологии и лингвистики Нью-Йоркского университета и один из авторов исследования.
«Эта система позволяет чётко увидеть, как мозг может организовывать и интерпретировать быстро развивающуюся речь в реальном времени, связывая обработку языка с его неврологическими основами».
Давно известно, что для понимания речи мозг преобразует звуки в смысл. В частности, при прослушивании речи других людей мозг извлекает иерархию информации: звуки, слоги, слова, фразы и, наконец, их значения.
Однако мало что известно о том, как мозг непрерывно координирует эти иерархии при быстрой обработке потока входящих слов. Исследование PNAS, авторами которого также являются Дэвид Попель, профессор психологии Нью-Йоркского университета, и Жан-Реми Кинг, ныне исследователь в компании Meta, было направлено на разъяснение этой динамики.
Предыдущие работы Гвилльямс, Кинга, Маранеца и Попеля проливали некоторый свет на это явление — они показали, как мозг «маркирует» звуки по времени, чтобы правильно понимать то, что мы слышим.
В новом исследовании PNAS те же исследователи провели серию экспериментов, в которых участники — носители английского языка — слушали двухчасовые аудиоверсии коротких рассказов на английском языке. В это время магнитоэнцефалография (МЭГ) измеряла магнитные поля, создаваемые электрической активностью мозга участников.
Эти данные МЭГ позволили учёным изучить различные уровни обработки — или лингвистические «семейства» (например, звук, форма слова, семантическое значение) — которые происходили для превращения звуков речи в их вербальное значение. Результаты показали, как звуки перемещаются по разным областям мозга — неврологическая карта движения, которая осветила, как мозг меняется со временем, одновременно манипулируя несколькими словами.
«Мы обнаружили, что этот динамический процесс происходит на всех уровнях иерархии параллельно», — отмечает Гвилльямс, ныне научный сотрудник Института неврологии им. Ву Цая, Стэнфордского института данных и Стэнфордского факультета психологии.
«Наши результаты также показали, что скорость передачи информации между различными нейронными паттернами зависит от уровня признака в иерархии: звуки перемещаются быстро, а значения слов — медленнее».
Исследователи назвали этот процесс иерархическим динамическим кодированием.
«Мы исторически недооценивали сложную динамику нейронной обработки», — заключает Гвилльямс.
«Предполагалось, что существует однозначная связь между областью мозга и функцией. Наше исследование показывает, что на самом деле одна особенность входных данных передаётся между несколькими областями мозга с течением времени — как поезд, движущийся между станциями метро».
Исследование частично финансировалось Национальным институтом здравоохранения.
Источник: Нью-Йоркский университет.