Исследование обнаружило «мозговой тезаурус», который позволяет нейронам извлекать смысл из произнесенных слов
Используя новую технологию получения записей с отдельных нейронов, группа исследователей из Массачусетской больницы общего профиля, одного из основателей системы здравоохранения Массачусетского университета имени генерала Бригама, обнаружила микроскопический «тезаурус», который отражает то, как значения слов представляются нейронами в человеческом мозге.
Исследование, опубликованное в журнале Nature , открывает путь к пониманию того, как люди понимают язык, и дает знания, которые можно использовать для оказания помощи людям с заболеваниями, влияющими на речь.
«Люди обладают исключительной способностью извлекать тонкие смыслы из языка — когда мы слушаем речь, мы можем понимать значение до десятков тысяч слов и делать это с легкостью, несмотря на удивительно разнообразные концепции и темы», — сказал старший автор Зив Уильямс, доктор медицины, врач-исследователь в отделении нейрохирургии Массачусетской больницы общего профиля и доцент кафедры нейрохирургии Гарвардской медицинской школы.
«Однако то, как человеческий мозг обрабатывает язык на базовом вычислительном уровне отдельных нейронов, по-прежнему остается сложной задачей для понимания».
Уильямс и его коллеги решили построить подробную карту того, как нейроны в человеческом мозге представляют значения слов — например, как мы представляем себе понятие животного, когда слышим слова «кошка» и «собака», и как мы различаем понятия «собака» и «автомобиль».
«Мы также хотели выяснить, как люди способны обрабатывать столь разнообразные значения во время естественной речи и благодаря чему мы можем быстро понимать значения слов в широком спектре предложений, историй и повествований», — сказал Уильямс.
Чтобы приступить к решению этих вопросов, ученые использовали новую технологию , которая позволила им одновременно регистрировать активность до сотни нейронов мозга, пока люди слушали предложения (например, «ребенок наклонился, чтобы понюхать розу») и короткие рассказы (например, о жизни и временах Элвиса Пресли).
Используя эту новую методику, исследователи выяснили, как нейроны в мозге сопоставляют слова с определенными значениями и как они отличают одни значения от других.
«Например, мы обнаружили, что в то время как определенные нейроны преимущественно активировались, когда люди слышали такие слова, как «побежал» или «прыгнул», которые отражают действия, другие нейроны преимущественно активировались, когда люди слышали слова, имеющие эмоциональную окраску, такие как «счастливый» или «грустный»», — сказал Уильямс.
«Более того, рассматривая все нейроны вместе, мы могли бы начать строить подробную картину того, как значения слов представлены в мозге».
Однако для понимания языка недостаточно просто понимать значение слов, но и точно следовать их значению в предложениях. Например, большинство людей могут быстро определить правильное значение таких слов, как «sun» и «son» или «see» и «sea», когда они используются в предложении, даже если эти слова звучат совершенно одинаково.
«Мы обнаружили, что определенные нейроны в мозге способны надежно различать такие слова, и они постоянно предугадывают наиболее вероятное значение слов на основе контекста предложения, в котором они звучат», — сказал Уильямс.
Наконец, и, возможно, самое захватывающее, исследователи обнаружили, что, регистрируя относительно небольшое количество нейронов мозга, они могут надежно предсказывать значения слов , которые слышатся в реальном времени во время речи. То есть, основываясь на активности нейронов , команда может определять общие идеи и концепции, которые испытывает человек, когда они осознаются во время речи.
«Умение расшифровывать значение слова на основе активности небольшого количества клеток мозга позволяет с определенной степенью детализации предсказать, что слушает или о чем думает человек», — сказал Уильямс.
«Это также может позволить нам в будущем разработать интерфейсы мозг-машина , которые позволят людям с такими заболеваниями, как двигательный паралич или инсульт, общаться более эффективно».