Текст книги "Прямо сейчас ваш мозг совершает подвиг. Как человек научился читать и превращать слова на бумаге в миры и смыслы"

Метафора приливной волны

Вероятно, самый простой способ описать то, как активация распространяется на десятки фрагментов смысла, рассеянных в мозге, – это сравнить ее с приливной волной. В некоторых реках во время прилива наблюдается любопытный феномен: дважды в день в устье скапливаются массы воды, образуя волновой фронт. При определенных условиях такая волна может пройти десятки миль вверх по течению. Соленая вода не проникает так далеко; бор – это резкое повышение уровня воды, которое синхронно распространяется по всей системе реки. Только вид с самолета или спутника может дать полную картину этого удивительного природного явления. В течение нескольких минут во всех рукавах одновременно поднимается уровень воды – только потому, что они впадают в одно и то же море.

По всей видимости, написанное или произнесенное слово активирует фрагменты смысла примерно так же, как приливная волна охватывает все речное ложе. Если вы сравните слово «молоко» с псевдословом «кромл», то единственное отличие будет заключаться в размере корковой приливной волны, которую они могут вызвать. Известное слово резонирует в сетях височных долей и генерирует поток синхронизированных колебаний, которая возбуждает миллионы нейронов. Эта приливная волна доходит даже до отдаленных областей коры, последовательно контактируя со многими ансамблями нервных клеток, каждый из которых кодирует фрагмент значения слова. Неизвестное слово, даже если оно проходит через первые стадии зрительного анализа, не находит отклика в коре, и вызванная им волна быстро распадается на бесформенную пену.[201]201
  Для английского языка автор предлагает такую пару, как «cheese» – «croil». (Прим. перев.)


[Закрыть]

Можно ли отследить мозговую приливную волну в реальном времени? В 1995 году я продемонстрировал поразительную скорость, с которой работает лексический доступ во время чтения[202]202
  Dehaene, 1995.


[Закрыть]. В ходе эксперимента я показывал испытуемым цепочки букв, одновременно записывая электроэнцефалограммы с 64 электродов. Некоторые стимулы, например «PGQLST», состояли исключительно из согласных и, следовательно, нарушали основные правила правописания английского языка. Другие образовывали слова, относящиеся к четырем категориям: числа, имена собственные, животные и глаголы действия. Отслеживая изменения напряжения на поверхности черепа каждую миллисекунду, я смог определить продолжительность двух главных этапов чтения: орфографического фильтра, который отсеивает недопустимые буквенные цепочки, и семантического фильтра, сортирующего слова в зависимости от их значения. Чтобы отделить бессмысленные цепочки согласных от настоящих слов, требовалось всего 180 миллисекунд. Топография теста показала, что эта первичная фильтрация происходит в левой затылочно-височной области «буквенной кассы». Еще через 80 миллисекунд четыре категории слов активировали разные секторы коры. Получается, нужно всего четверть секунды, чтобы приливная волна достигла берегов смысла.

В настоящее время более продвинутые методы магнитоэнцефалографии позволяют отслеживать волну активации не только через череп, но и через саму поверхность коры. С помощью этой технологии можно снять фильм в замедленном темпе и выявить последовательность областей, с которыми контактирует слово. Панайотис Симос и его коллеги из Техасского университета проследили траектории, по которым движутся слова в коре. В ходе эксперимента участники произносили буквенные цепочки, которые относились к трем категориям:

• Псевдослова, такие как «trid» или «plosh», составленные в соответствии с орфографическими правилами английского языка. Все эти буквенные цепочки отсутствуют в ментальном лексиконе и могут быть произнесены только путем преобразования букв в звуки. Поскольку этот маршрут дает доступ к произношению без учета значения, они должны активировать верхние височные области, связанные со звуками речи, но не средние височные области, сопряженные со смыслом.

• Псевдоомофоны, такие как «hed» или «wimen», которые звучат как существующие слова, но написаны с ошибками. Как и стимулы первой группы, они требуют преобразования букв в звуки. Однако восстановленное произношение мгновенно дает доступ к смыслу. В этом случае логично ожидать, что первой «вспыхнет» верхняя височная область, после чего активность распространится на среднюю височную кору.[203]203
  «Hed» = head (голова); «wimen» = women (женщины). (Прим. перев.)


[Закрыть]

• Реальные слова, такие как «have» или «eye», которые часто встречаются в английском языке, но не подчиняются правилам чтения. При их появлении соответствующие области должны активироваться в обратном порядке. Чтобы восстановить произношение, слово необходимо найти в ментальном лексиконе. Следовательно, приливная волна сначала охватит зоны, отвечающие за лексику и семантику, и только затем те, что кодируют речевые звуки.[204]204
  «Have» – иметь, обладать; «eye» – глаз. (Прим. перев.)


[Закрыть]

Результаты соответствовали ожиданиям. Первые 150–200 миллисекунд мозговая активность оставалась ограничена зрительной затылочной корой, после чего распространялась на левую область «буквенной кассы». До этого никаких заметных различий между тремя категориями стимулов не наблюдалось. Затем псевдослова и псевдоомофоны активировали верхнюю височную область, в том числе левую planum temporale, которая отвечает за репрезентацию произношения звуков речи. Иррегулярные слова активировали левую среднюю височную область, которая содержит семантическую «зону конвергенции», и только позже вызывали вторичную волну возбуждения в слуховых областях. Наконец, семантические области практически не реагировали на псевдослова, лишенные смысла, но срабатывали, хотя и с опозданием, на омофоны вроде «hed».

Результаты этого эксперимента прекрасно согласуются с данными огромного количества психологических исследований, посвященных чтению. Чтобы понять слово, его обязательно нужно произнести мысленно? Или же стадию проговаривания можно пропустить и перейти от буквенной цепочки сразу к ее значению? Возможно и то, и другое: все зависит от самого слова. Употребительные слова, а также те, которые пишутся не так, как произносятся, направляются прямо в лексические области средней височной доли – в эксперименте Симоса скорость ее активации служила надежным фактором скорости называния. Редкие и неизвестные слова, а также те, что произносятся так, как пишутся, испытуемые сначала проговаривают мысленно, задействуя слуховые области верхней височной доли, и лишь затем восстанавливают их значение. В эксперименте Симоса скорость называния таких слов определялась задержкой, с которой «вспыхивали» слуховые области.

Ограничения мозга и культурное многообразие

Немного разобравшись в системе маршрутов, которые наш мозг использует для чтения, мы можем вернуться к вопросу о том, как он справляется с разными видами письменности. Многочисленные мировые системы письма характеризуются разной степенью орфографической прозрачности (рис. 2.20)[205]205
  Wydell & Butterworth, 1999.


[Закрыть]. Некоторые языки, такие как итальянский, обладают понятной системой правописания с простыми правилами и минимальным количеством исключений: если вы знаете, как произносятся буквы, то можете прочитать любое итальянское слово или псевдослово. Другие языки менее прозрачны. В английском, например, одна и та же буквенная цепочка «ough» читается по-разному в словах «tough» [tʌf] и «though» [ðəu]. В подобных языках правил конверсии недостаточно. Чтобы читать написанные слова вслух, необходимо обладать обширным лексиконом. Без него восстановление произношения слова невозможно. Правила преобразования букв в звуки, конечно, существуют, однако бесчисленные исключения требуют постоянного обращения к лексической памяти.

Китайский и японский языки, очевидно, расположены на другом конце шкалы орфографической прозрачности. Носители этих языков вынуждены запоминать тысячи знаков (для ежедневного чтения достаточно около 7000 китайских иероглифов, хотя в литературе используется до 40 000). Каждый из них должен быть соотнесен с определенным устным словом. Эти соответствия не всегда произвольны – в действительности многие китайские знаки содержат фонетический маркер, который читается относительно одинаково: одна форма читается [ма], другая – [ти] и так далее. Однако этих маркеров, как и исключений, существует так много, что говорить об орфографическом правиле едва ли уместно. Китайская письменность в основном опирается на вероятные ассоциации между знаками и звуками речи, которые должны быть усвоены по одному, так как их структура не подчиняется никаким абстрактным правилам.

Каково же влияние культурных вариаций на нейронные сети, отвечающие за чтение? Межкультурное обобщение здесь явно преобладает. Хотя нейровизуализационные исследования позволили выявить некоторые расхождения между итальянскими, английскими, китайскими и японскими читателями, все они сводятся к локальным изменениям в пределах универсальных нейронных цепей (рис. 2.20). Два маршрута чтения, описанные ранее, существуют во всех культурах и локализованы в одних и тех же областях мозга. Единственное различие заключается в том, каким образом каждый язык использует эти маршруты. Китайские иероглифы или знаки кандзи, обозначающие целые слова, как правило, вызывают бо́льшую активность в областях, связанных с ментальным лексиконом (особенно в левой средней височной области). Системы письменности, передающие звуки с помощью относительно простых правил, такие как алфавитное письмо, китайский пиньинь или японская слоговая азбука кана, задействуют слуховые области напрямую, опираясь на маршрут преобразования букв в звуки (особенно левую верхнюю височную область и угловую извилину)[206]206
  Chen et al., 2002; Fu et al., 2002.


[Закрыть].

Рис. 2.20. Прозрачность системы орфографии влияет на организацию мозга читателя. Системы письменности различаются по размеру обозначаемых ими единиц (фонемы, слоги или целые слова) и по степени их ясности (постоянство связи между символами и звуками речи). Итальянская орфография очень правильная, в то время как английская орфография изобилует иррегулярностями и исключениями. При сравнении активности мозга во время чтения на итальянском и английском языках в рамках общей сети наблюдаются небольшие изменения. Итальянский язык вызывает более сильную активацию в слуховых областях верхней височной доли, тогда как английский больше задействует затылочно-височную и левую нижнюю лобную области (по материалам статьи Paulesu et al., 2000).

Аналогичные культурные различия можно обнаружить и для алфавитных систем письменности[207]207
  Paulesu et al., 2000.


[Закрыть]. В отличие от английского, итальянский язык, обладающий высокой прозрачностью, вызывает чуть более сильную активацию в слуховых областях височной доли, что, по всей вероятности, обусловлено более простыми правилами преобразования букв в звуки. Английский язык, орфография которого непрозрачна, вызывает бо́льшую активность в левой нижней лобной области, участвующей в семантическом и лексическом отборе, а также умеренное усиление активности в левой затылочно-височной области. Судя по всему, эти закономерности связаны с тем фактом, что вычисление зрительной формы английских слов требует особых усилий. В то время как итальянскому читателю достаточно идентифицировать последовательность букв, чтобы преобразовать их в звук, английский читатель должен обратить внимание на контекст, в который помещены эти буквы. Без этого он не сможет извлечь произношение таких сложных графем, как «ou», «gh» или «ing», – единственных единиц, допускающих несколько вариантов правописания.

В некотором смысле межъязыковые отличия сравнимы с внутриязыковыми различиями между словами, которые читаются по правилам, и теми, что читаются не по правилам. Когда носитель английского языка сталкивается с такими исключениями, как «colonel», паттерн его мозговой активности напоминает модель китайского читателя: при чтении подобных слов он вынужден в значительной степени полагаться на лексико-семантический маршрут, анализирующий буквенную цепочку как известный «знак» с собственным произношением. И наоборот, читая новую, но правильную последовательность букв, например «Ло-ли-та» Набокова, англичанин, как и итальянец, опирается на прямой путь от букв к звукам, идущий через верхнюю часть височной доли.

Все эти особенности говорят в пользу фундаментальной универсальности нейронных цепей для чтения. Несмотря на все многообразие систем письменности и правил транскрипции, читатели во всем мире задействуют преимущественно одни и те же области мозга. Китайские иероглифы, алфавитные ряды, еврейские буквы и знаки японской кандзи – все они обрабатываются в рамках схожих маршрутов. Попадая в зрительную кору, все письменные стимулы направляются в левую область «буквенной кассы», где распознаются независимо от их точной формы, размера и положения. После этого весь «пакет» зрительной информации передается по одному из двух основных путей: один преобразует его в звук, другой – в смысл. Оба маршрута работают одновременно и параллельно друг другу – какой именно одержит верх, зависит от самого слова (обычное или иррегулярное).

Чтение и эволюция

Универсальные характеристики областей мозга, отвечающих за чтение, вновь возвращают нас к вопросу об их происхождении. Как наш мозг обрел нейронные цепи, специализирующиеся на чтении? Почему зрительное распознавание слов всегда задействует одну и ту же область мозга у всех читателей, с разницей всего в несколько миллиметров? Благодаря какому невероятному совпадению эта зона обладает всеми необходимыми для эффективного чтения свойствами, включая пространственную инвариантность, развитые связи с другими речевыми областями и способность заучивать абстрактные формы букв? Разве эти свойства не означают, что наш мозг заведомо предрасположен к чтению? Вовсе нет. Неопровержимая логика подсказывает, что это невозможно. Чтение – слишком позднее изобретение, чтобы наш геном успел приспособиться к нему. За сотни тысяч лет, в течение которых происходило медленное становление нашего вида, в нашем мозге могли развиться специфические устройства для речи и социального общения, но не для чтения, которое насчитывает всего несколько тысяч лет.

Если мы используем для чтения зрительную систему, присущую всем приматам, организация мозга других животных заслуживает самого пристального внимания. Какие функции у макаки выполняют те области, которые у человека отвечают за чтение? Каким образом нам удалось перепрофилировать эти зоны на такую новую культурную деятельность, как распознавание письменных слов?

3
Читающая обезьяна

Чтение основывается на примитивных нейронных механизмах зрения приматов, приобретенных в ходе эволюции. Исследования на животных показывают, что в мозге обезьяны имеется целая иерархия нейронов, реагирующих на фрагменты зрительных сцен. В совокупности эти клетки содержат элементарные фигуры, комбинации которых могут закодировать любой зрительный объект. Некоторые нейроны макак даже реагируют на пересечения линий, напоминающие латинские буквы (например, T, Y и L). Эти формы представляют собой полезные инварианты для распознавания объектов. Согласно гипотезе нейронного рециклинга, во время обучения чтению часть существующей нейрональной иерархии переориентируется на новую задачу распознавания букв и слов.

Человек в своем высокомерии мнит себя величайшим творением, достойным промежуточного положения божества. Более скромные, и я в том числе, убеждены, что правильнее считать его произошедшим от животных.

ЧАРЛЗ ДАРВИН, ЗАПИСНЫЕ КНИЖКИ, 1838

Мне глубоко чужда мысль, будто Человек так же далек от шимпанзе, как Ornithorhynchus[208]208
  Утконос. (Прим. перев.)


[Закрыть] от лошади; интересно, что бы сказал на это шимпанзе?

ЧАРЛЗ ДАРВИН, ПИСЬМО ГЕКСЛИ, 1863

Никто не отстаивал эволюционные истоки когнитивных способностей человека более настойчиво и горячо, чем Чарлз Дарвин. В своих трудах «Происхождение человека»[209]209
  Дарвин Ч. Р. Происхождение человека и половой отбор: в 2 т. – М.: Терра, 2009. (Прим. ред.)


[Закрыть] (1871) и «О выражении эмоций у человека и животных»[210]210
  Дарвин Ч. Р. О выражении эмоций у человека и животных. – СПб: Питер, 2001. (Прим. ред.)


[Закрыть] (1872) он собрал сотни наблюдений, свидетельствующих о животном начале человеческого поведения. Даже речь, утверждал он, подчинена этому правилу: «…человек обладает инстинктивным стремлением говорить, судя по лепету наших маленьких детей». Дарвин стал первым ученым, который провел систематическое сравнение между овладением речью и развитием певческого поведения у птиц.

Несмотря на высшие интеллектуальные способности, социальные эмоции, нравственное сознание и культурные изобретения, отличающие наш вид, Дарвин ясно дает понять: ключ к разгадке тайны нашего происхождения следует искать среди шимпанзе и других приматов.

Теории Дарвина применимы и к чтению. Нейронные цепи, отвечающие за чтение, будут полностью поняты только тогда, когда мы исследуем цепи, которые другие приматы используют для зрения и которые принципиально ничем не отличаются от человеческих. Исследования, что ведутся вот уже 100 лет, наконец-то позволили вскрыть нейронные механизмы, позволяющие видеть всем приматам, включая человека. Может быть, они же и хранят секрет нашей уникальной способности читать? Наделен ли наш грамотный мозг нейронами, которые специализируются на буквах, слогах и целых словах? Какой тип нейронного кода запечатлевается в нашем мозге во время формирования навыка чтения?

О людях и обезьянах

В 1930-х годах в Чикаго бихевиорист Генрих Клювер и нейрохирург Пол Бюси объединили свои усилия, чтобы провести ряд важных исследований, посвященных изучению травм мозга и их специфического влияния на поведение макак[211]211
  Klüver & Bucy, 1937.


[Закрыть]. После двустороннего повреждения височных долей подопытные обезьяны демонстрировали странный набор симптомов, известный сегодня как синдром Клювера – Бюси. Масштабные изменения наблюдались в зрительном, пищевом, социальном и сексуальном поведении. Макаки вели себя так, будто больше не узнавали своих собратьев-обезьян, предметы или продукты питания. Они исследовали окружающий мир бессистемно, преимущественно ртом, а также пытались глотать все подряд и совокупляться с неподходящими для этого объектами. Эту разновидность слепоты Клювер и Бюси, вслед за немецким неврологом Генрихом Лиссауэром (1890), назвали «психической». Животные не были по-настоящему слепы, но по какой-то таинственной причине переставали узнавать формы.

Спустя 20 лет нейрофизиологи Карл Прибрам и Мортимер Мишкин точно определили области мозга, ответственные за зрительные нарушения у обезьян[212]212
  Mishkin & Pribram, 1954.


[Закрыть]. Они установили, что «психическую слепоту» вызывают повреждения вентральной височной доли обоих полушарий (рис. 3.1). Обезьяны с такими нарушениями больше не могут различать объекты, а также не способны усвоить, что пищу систематически прячут под красным кубом, а не под полосатой зеленой сферой. Исследователи обнаружили, что даже после сотен тренировочных испытаний обезьяны продолжали выбирать один из двух предметов наугад. Кроме того, они отметили, что животные вовсе не были слепыми: они не только абсолютно нормально перемещались в пространстве, но и без труда находили и хватали предметы вокруг себя.

Рис. 3.1. Затылочно-височная область, отвечающая за чтение у людей, играет общую роль в распознавании объектов и лиц у всех приматов. Несмотря на выраженные различия в поверхности коры, многочисленные сходства в микроорганизации ее клеточных слоев указывают на систематическое соответствие между отделами мозга человека и обезьяны.

Еще в 1890 году Генрих Лиссауэр описал аналогичный феномен у людей. Он обратил внимание, что после инсульта в левой височной области некоторые пациенты теряли способность распознавать объекты зрительно, хотя по-прежнему могли обращаться с ними должным образом. Во всем остальном их острота зрения не выходила за рамки нормы[213]213
  Lissauer, 1890; Goodale & Milner, 1992.


[Закрыть]. Это нарушение, которому Лиссауэр дал название «психическая слепота» («зрительная агнозия»), стало первым документально подтвержденным свидетельством того, что за визуальное распознавание объектов у людей и приматов отвечают особые нейронные пути.

У людей височные области, отвечающие за распознавание объектов, занимают нижнюю часть мозга. У макаки они располагаются немного сбоку и простираются к переднему краю височной доли (рис. 3.1). Вероятно, это различие в форме можно объяснить увеличением человеческих ассоциативных областей, имеющих отношение к обработке речи и связанных с семантическими сетями, особенно в передних и латеральных отделах височных долей.

Расширение ассоциативных областей, по всей видимости, привело к тому, что зрительное распознавание переместилось в нижнюю часть мозга, однако четкое сходство, обусловленное общим происхождением, по-прежнему роднит наш мозг с мозгом других приматов. В 1910 году, после тщательного изучения микроорганизации коры и кластеризации ее нейронов в четкие слои, анатом Корбиниан Бродман предложил классификацию корковых структур, которая используется до сих пор. Анатомия показывает, что одни и те же участки мозга обнаруживаются, хотя и с некоторыми различиями, как у макак, так и у людей. В частности, области, которые Бродман обозначил как 20[214]214
  Нижняя височная зона; включает в себя большую часть вентральной височной коры. (Прим. ред.)


[Закрыть] и 37[215]215
  Акустико-гностический сенсорный центр речи. (Прим. ред.)


[Закрыть], присутствуют у обоих видов и участвуют в зрительном распознавании. Примечательно, что «буквенная касса», которая активируется во время чтения, находится как раз в пределах поля Бродмана 37. Таким образом, за чтение отвечает вовсе не новая область мозга, свойственная исключительно человеку. Мы распознаем письменное слово, используя нейронные сети, которые развились с течением времени и на протяжении последних 10 миллионов лет специализировались на зрительной идентификации объектов. По своему расположению «буквенная касса» совпадает с зоной, повреждения которой вызывают «психическую слепоту».