Удивительное взаимопонимание

Как исследовать, что происходит с мозгом, когда мы говорим

Элекроэнцефалография — основной метод, позволяющий изучать активность мозга. Фото: toysf400 / Фотодом / Shutterstock

Что происходит у нас внутри черепной коробки, когда мы говорим, известно не очень хорошо, а вскрыть и посмотреть — невозможно. Какими методами можно исследовать работу мозга и можно ли на него влиять, «Чердаку» рассказал Юрий Штыров, профессор Орхусского университета в Дании, победитель конкурса мегагрантов этого года.

— Что вы планируете делать с мегагрантом?

— Мегагранты выдаются на создание новых лабораторий. Наш проект предполагает создание лаборатории на психологическом факультете СПбГУ, которая будет заниматься нейробиологией языка и речи. Первые исследования, которые мы планируем, связаны с механизмами мозга, которые отвечают за освоения языка.

— Что вы хотите узнать про язык и мозг?

— Способность к коммуникации — одна из наших основных когнитивных функций. Она является основой человеческого общества, функционирование которого поддерживается коммуникационными нитями. При этом эта функция мозга наименее изучена. Мы можем хорошо описать, как работают зрение, слух, механизмы контроля за движением, но 
как работает речевая система, как именно в мозгу кодируется языковая информация, мы представляем себе довольно смутно.


— Как ее можно изучать?

— Подходов к изучению речи может быть много, один из ключевых — исследовать, как проходит процесс научения, как формируется представление о новом слове и как при этом образуются новые связи между нейронами в мозгу.

Речь — уникальная функция, присущая только человеку, поэтому при ее исследовании мы не можем записывать реакции мозга напрямую, как это делается в классической физиологии, когда электроды вставляются непосредственно в мозг, чтобы измерять возникающие в нем электрические импульсы. Мы можем использовать только безопасные, неинвазивные методы, например электроэнцефалографию (при снятии электроэнцефалограммы электроды крепятся к коже головы и «подслушивают» электрические сигналы, которые возникают в мозгу — прим. ред.).

Проведение элекроэнцефалографии в отделении клиники нервных болезней Первого МГМУ им. И.М. Сеченова
Проведение элекроэнцефалографии в отделении клиники нервных болезней Первого МГМУ им. И.М. Сеченова. Фото ИТАР-ТАСС/Сергей Бобылев


Таким образом можно, скажем, обучать испытуемых новым словам, записывать активность мозга при помощи энцефалограммы, а затем обрабатывать сигнал с помощью различных математических методов, пытаясь понять, где именно он возникает в мозге и следить за его изменением по мере того, как человек узнает новую информацию. Наши планы включают исследование процессов научения языку у детей, а также у взрослых, изучающих иностранный язык.

— Можно ли влиять на эти процессы или за ними можно только наблюдать?

— Да, есть неинвазивные способы модуляции этих процессов. С помощью них также можно исследовать речевую систему. Например, если мы стимулируем определенные области и видим, что скорость обучения падает, мы можем сделать вывод, что эти области играют важную роль в процессах обучения. С другой стороны, мы надеемся не только научиться замедлять процессы, но и исследовать способы их ускорения, оптимизации.

— Как можно стимулировать работу мозга?

— Один из основных методы стимуляции сейчас — это транскраниальная магнитная стимуляция, когда определенные участки мозга стимулируют с помощью магнитных импульсов, заставляя нейроны активизироваться или, наоборот, блокируя их возбуждение.

Другой метод — это стимуляция током, так называемая микрополяризация. Речь, конечно, идет не об электрошоке, а о стимуляции с силой тока обычной батарейки. Стимуляция током не заставляет нейроны вырабатывать сигнал и не гасит их активность, а лишь меняет степень возбудимости нейронов.

Мы скорее склонны использовать второй метод. Во-первых, микрополяризация — это более мягкий способ, хотя и менее точный. По сравнению с магнитным пульсом, который может быть точечным, токовая стимуляция захватывает большие области в мозге. Во-вторых, установка, которая требуется для транскраниальной магнитной стимуляции, не может быть оплачена даже мегагрантом.

Одно из возможных применений стимуляции мозга — речевые расстройства, возникающие, например, при черепно-мозговых травмах или кровоизлияниях в мозг (инсультах).

В ВШЭ (Юрий Штыров — ведущий научный сотрудник Центра нейроэкономики и когнитивных исследований НИУ ВШЭ — прим. ред.) вместе с Центром когнитивных исследований МГППУ мы изучаем, как можно ускорить реабилитацию в таких случаях при помощи стимуляции коры головного мозга.

— Как работа по мегагранту вписывается в общий контекст ваших исследований?

— Тема, которой я занимаюсь много лет, — это изучение мозговых механизмов восприятия речи, в частности — автоматизм речевой функции. Я и мои коллеги исследуем, насколько восприятие речи требует внимания. Оказывается, что оно во многом происходит автоматически. Например, вам сейчас не приходится концентрироваться и вдумываться в каждый слог, который я произношу, хотя я выдаю слово за словом с большой скоростью — примерно пять-шесть слогов в секунду. При этом каждый слог имеет сложную акустическую структуру: там много разных частот, они меняются, меняется интенсивность звука и т.д.

Кроме того, каждое слово имеет и грамматическую структуру, слова в предложениях связаны между собой, а смысл сказанного можно интерпретировать, только исходя из общего контекста, то есть сложность и объем поступающей информации огромны, и все это мозг обрабатывает «на лету», без видимых усилий. Мы показали, что первичная обработка речи мозгом действительно автоматизирована и происходит почти моментально.
Менее чем за десятую долю секунды мозг уже получает доступ к смыслу сказанного.

Мы пытаемся выяснить, где обрабатывается информация, каковы этапы этой обработки, какие отделы мозга задействованы, с какой скоростью она проходит. При этом мы также показываем, что освоение новой языковой информации (например, новых слов), происходит с большой скоростью: мозг создает новые «записи» в своем нейронном «словаре» за считаные минуты, и этот процесс тоже происходит в значительной степени автоматически. Подробности этих процессов мы и планируем изучать в контексте работы по мегагранту, развивая предыдущие исследования и расширяя их на различные типа обучения у разных групп населения. При этом попытки влиять на процессы обучения при помощи стимуляции — новая область, которой я до этого практически не занимался.

— Как можно практически использовать результаты этих исследований?

— Во-первых, мы должны понимать мозговые механизмы языка и речи, чтобы можно было эффективно диагностировать и лечить их расстройства. Мы надеемся научиться влиять на процессы обучения и реабилитации. Расстройства речевой системы очень часты.
Если говорить о детях дошкольного возраста, то, по некоторым оценкам, до 20% из них страдают расстройствами языка и речи.

Если говорить о взрослых людях, то тут добавляются проблемы, связанные с травмами, с инсультами, неврологическими и психиатрическими заболеваниями (такими как шизофрения, болезнь Паркинсона и т. д.), возрастными изменениями. Мы надеемся лучше понять природу этих механизмов и их нарушений и в итоге научиться влиять на процессы обучения и реабилитации.

Юрий Штыров — профессор Орхусского университета в Дании, ведущий научный сотрудник Центра нейроэкономики и когнитивных исследований НИУ ВШЭ.
Теги:

Читать еще на Чердаке: