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

Подпороговое чтение

Как мы только что убедились, область «буквенной кассы» распознает слова независимо от того, где они появляются. Это первая область мозга, для которой положение слова не имеет значения. Впрочем, инвариантность относительно пространственного расположения является лишь одним из фундаментальных свойств эффективного распознавания слов. Форма знаков тоже варьируется. Опытный читатель без труда идентифицирует, что «А» и «а» – это одна и та же буква в разных регистрах, и понимает, что СмЕсЬ пРоПиСнЫх И сТрОчНыХ бУкВ не меняет значения слова. Но как именно реализуется инвариантность относительно регистра? Задействует ли мозг те же области, которые отвечают за пространственную инвариантность? Происходят ли эти два процесса одновременно, или они требуют серии последовательных операций, которые опираются на разные механизмы коры головного мозга?

Чтобы ответить на эти вопросы, Тэд Полк и Марта Фарах провели простой эксперимент[145]145
  Grill-Spector & Malach, 2001; Naccache & Dehaene, 2001.


[Закрыть]. Во время фМРТ испытуемые читали слова, напечатанные в смешанном регистре, например «ОтЕлЬ». Измерив мозговую активность, исследователи обнаружили, что эти стимулы вызывали почти такую же реакцию, как и слова, напечатанные в одном регистре. В частности, профиль активности в области «буквенной кассы», даже при предъявлении таких причудливых стимулов, как «СлОнЕнОк»[146]146
  Для английского языка автор приводит слово «ElEpHaNt». (Прим. перев.)


[Закрыть], оставался совершенно нормальным. В результате Полк и Фарах заключили, что эта область содержит абстрактную репрезентацию букв и слов, а ее нейроны нечувствительны к регистру.

Разумеется, эти выводы не окончательные. Относительно низкое пространственное разрешение изображений мозга не позволяет увидеть, какие именно нейроны реагируют на «ОтЕлЬ», «ОТЕЛЬ» и «отель»: одни и те же или разные. Совокупная активность, вызванная этими буквенными цепочками, может быть одинаковой, а задействованные нейроны – разными. Следовательно, идентичный паттерн активации не является доказательством того, что инвариантность относительно регистра реализуется именно в этом месте.

Эта проблема могла бы показаться неразрешимой, если бы не хитрая методика, позволяющая измерить реакцию мозга на пары слов, возникающих последовательно[147]147
  Dehaene et al., 2001.


[Закрыть]. В каждом испытании участникам показывают два стимула друг за другом. Идея состоит в том, чтобы сравнить совокупную активность, вызванную одним и тем же словом, напечатанным в верхнем и нижнем регистре (например, «отель», за которым следует «ОТЕЛЬ»), и двумя разными словами (например, «радио», за которым следует «ОТЕЛЬ»). Из результатов опытов над животными мы знаем, что нейроны очень чувствительны к повторам. Они быстро адаптируются к возобновляющимся стимулам и при предъявлении во второй раз реагируют не так интенсивно. Новый образ, напротив, провоцирует мгновенную вспышку активности. Таким образом, сигнал МРТ, который сначала гаснет, а затем усиливается, косвенно сообщает нам, что нейроны заметили повтор стимула и его последующее изменение. Манипулируя формой объекта, мы можем установить, что считается повторением для данной конкретной области. Например, определяет ли она «отель» и «ОТЕЛЬ» как одно слово или как разные?

В идеале испытуемые не должны знать, что слова повторяются. В противном случае уровень внимания существенно падает. Поскольку это ведет к ослаблению сигнала МРТ, который распространяется на связанные со вниманием области, невозможно определить, что именно он отражает: локальную перцептивную инвариантность или глобальное изменение общего состояния внимания.

В своей экспериментальной работе я всеми силами старался предотвратить сознательное восприятие повторяющихся слов. Первое слово в каждой паре всегда появляется на очень короткий срок, составляющий не более 29 миллисекунд (чуть меньше продолжительности одного кинокадра). Это стандартные условия для подпорогового восприятия. Первое слово невидимо: оно зажато между двумя бессмысленными наборами геометрических фигур. Вместо него испытуемые воспринимают лишь краткое мерцание, а затем следует второе слово – единственное, которое они видят сознательно. Контрольные эксперименты подтверждают отсутствие какой бы то ни было информации о скрытом слове.

Удивительно, но замаскированное слово активирует часть нейронных цепей, отвечающих за чтение. В частности, область «буквенной кассы» реагирует на повторы слов – в этом случае ее активность уменьшается (рис. 2.12). Примечательно, что реакция ее одинакова независимо от того, в каком регистре напечатаны слова: в одном («ОТЕЛЬ» – «ОТЕЛЬ») или в разных («отель» – «ОТЕЛЬ»). В других областях мозга такой специфический эффект не наблюдается. Например, активность отделов затылочной доли, вовлеченных в низкоуровневую зрительную обработку, снижается, когда второй визуальный стимул является точной копией первого («ОТЕЛЬ» – «ОТЕЛЬ»), но сохраняется на прежнем уровне, если меняется регистр («отель» – «ОТЕЛЬ»). По всей вероятности, они кодируют только элементарные признаки, а потому интерпретируют любое изменение как новый зрительный объект, даже если на самом деле это одно и то же слово, только в разном виде. «Буквенная касса», напротив, выполняет более абстрактную операцию: она распознает, что «а» и «А» представляют собой один и тот же стимул. Таким образом, визуализация активности мозга показывает, что эта область одновременно вычисляет как пространственную, так и регистровую инвариантность[148]148
  Dehaene et al., 2004.


[Закрыть].

Рис. 2.12. Письменные слова могут быть распознаны зрительной системой без участия сознания. В этом эксперименте первое слово предъявлялось в течение очень маленького промежутка времени (29 миллисекунд). Маскирующие фигуры, появлявшиеся непосредственно перед ним и сразу после него, делали слово невидимым. Тем не менее это неосознаваемое слово ускоряло реакцию испытуемых на его повтор, представленный позже в качестве сознательно видимой цели (вверху справа). Визуализация результатов сканирования показала, что за этот эффект подпорогового прайминга (предшествования) отвечает левая затылочно-височная область. При повторении слова ее активность уменьшалась, причем даже в тех случаях, когда его графическая форма менялась с верхнего регистра на нижний (по материалам статьи Dehaene et al., 2001). Адаптировано с разрешения Nature Neuroscience.

В более поздних экспериментах ученые попытались выявить четкие стадии распознавания букв и слов. Рассмотрим слова «рост» и «трос»[149]149
  Для английского языка автор предлагает такую пару слов, как «anger» и «range». (Прим. перев.)


[Закрыть]. Эти анаграммы очень необычного типа. Они не только состоят из одних и тех же букв, но и могут быть преобразованы одна в другую перемещением всего одной буквы из начала в конец. Теперь предположим, что эти два слова мелькают на мониторе одно за другим. Чтобы исключить любое зрительное сходство на низшем уровне, первое напечатано в верхнем регистре, а второе – в нижнем («РОСТ» – «трос»). Поскольку оба они возникают с небольшим сдвигом по горизонтали, все их общие центральные буквы – «р», «о», «с» – появляются в одной и той же точке. Таким образом можно продублировать почти все буквы без представления всего слова во второй раз. Этот метод заставляет нас снова вернуться к вопросу о том, что считается повторением для «буквенной кассы». Адаптационный эффект вызывает повтор букв или всего слова целиком? Другими словами, эта область мозга реагирует только на отдельные буквы или она кодирует более крупные единицы – пары букв и даже целые слова?

Ответ – все вышеперечисленное! На самом деле процесс адаптации в области «буквенной кассы» включает несколько последовательных уровней буквенного кодирования, организованных иерархически от задней к передней части затылочно-височной коры с постепенным возрастанием степени абстракции[150]150
  Devlin et al., 2004.


[Закрыть]. Низший уровень кодирует одиночные буквы. Он расположен в самом заднем секторе затылочно-височной коры в обоих полушариях и реагирует только на повторение отдельных букв. Всякий раз, когда буквы появляются снова, наблюдается ослабление сигнала фМРТ, причем независимо от того, принадлежат они одному слову или разным. Кроме того, важно, чтобы они возникали на экране в одном и том же месте. Если сдвинуть слово всего на одну букву влево или вправо, эффект адаптации в области «буквенной кассы» не регистрируется. Это свидетельствует о том, что ее нейроны больше не распознают то, что буквы остались одинаковыми. Иначе говоря, позиционной инвариантности на данном уровне не существует. По этой причине мы полагаем, что область «буквенной кассы» содержит банк абстрактных детекторов букв, каждый из которых может заметить присутствие любой конкретной буквы в определенном месте, независимо от регистра.

Продолжим наше путешествие по левой затылочно-височной коре. Продвинувшись на один сантиметр вперед, мы обнаружим, что кодирование слов внезапно становится более инвариантным. Здесь кора чувствительна к сходству таких слов, как «РОСТ» и «трос», хотя их буквы совпадают не полностью. Следовательно, эта область тоже кодирует единицы ниже уровня целого слова (возможно, отдельные буквы или небольшие их группы), но при этом достаточно терпимо относится к изменениям в их пространственном расположении. Она распознает, что оба слова пишутся одинаково, но составляющие их буквы расставлены по-разному. Вполне вероятно, что именно на этом уровне наш мозг начинает кодировать морфологические формы слов[151]151
  Другие доказательства подпороговой обработки слов см., например, Naccache et al., 2005; Gaillard, Del Cul et al., 2006; Del Cul, Baillet, & Dehaene, 2007.


[Закрыть] – например, «нос» и «носик»[152]152
  Для английского языка автор предлагает такую пару слов, как «depart» и «departure». (Прим. перев.)


[Закрыть]. Но поскольку смысл корней еще не закодирован, эта область может ошибочно приписать общий корень таким словам, как «нос» и «носить»[153]153
  Для английского языка автор предлагает такую пару слов, как «depart» и «department». (Прим. перев.)


[Закрыть]. В действительности все, что делает зрительная система на этой стадии, – это разбивает слова на составляющие их единицы. Получившееся иерархическое дерево содержит наиболее вероятные буквы, графемы, слоги и морфемы, присутствующие в буквенной цепочке.

Продвинемся еще на один сантиметр вперед. Избирательность нейронного кода увеличивается. Здесь, в самой передней части «буквенной кассы», кора реагирует на все слово целиком. На этом этапе активность, как правило, уменьшается, когда слово повторяется («РОСТ», за которым следует «рост»), но сохраняется на прежнем уровне, когда те же буквы образуют другое слово («РОСТ», за которым следует «трос»). Последовательность букв кодируется как единое целое: мозг распознает большие группы букв, такие как «тро», отличающие слова «рост» и «трос» друг от друга.

Какие же выводы можно сделать из этих исследований? Во-первых, чтение напоминает конструктор – сборочный конвейер, на котором шаг за шагом создается уникальный нейронный код для каждого письменного слова. Во-вторых, сознательная рефлексия не дает представления об истинной сложности распознавания слов. Чтение – это не прямой и пассивный процесс. Он опирается на целый ряд бессознательных операций. В случаях, которые я описал выше, испытуемые даже не подозревали о наличии скрытого слова. Бесспорно, неосознаваемые буквенные цепочки могут «связываться» вместе – буквы не существуют независимо друг от друга, но образовывают устойчивые комбинации, кодирующие разницу между анаграммами типа «каприз» и «приказ»[154]154
  Для английского языка автор предлагает такие анаграммы, как «recent» и «center». (Прим. перев.)


[Закрыть]. Таким образом, весь процесс зрительного распознавания слов – от обработки в сетчатке до высшего уровня абстракции и инвариантности – разворачивается менее чем за одну пятую долю секунды, без какого-либо вмешательства сознания[155]155
  Dehaene et al., 2004.


[Закрыть].

Влияние культуры на мозг

Разумеется, можно возразить, что зрительные операции, о которых мы говорили выше, не являются специфическими для чтения. Когда наш мозг распознает сходство между словами «РАДИО» и «радио», не исключено, что он просто подстраивается под размер букв. Возможно, общий зрительный процесс размерной инвариантности идентифицирует буквы «О» и «о» точно таким же образом, как мы распознаем, скажем, вилку независимо от ее размера, положения или угла, под которым мы на нее смотрим. Как же доказать, что область «буквенной кассы» действительно осуществляет операции, уникальные для чтения?

Сама по себе инвариантность относительно регистра является убедительным доказательством того, что наша зрительная система настроена на чтение. Мы так привыкли к ассоциациям между прописными и строчными буквами, что уже не замечаем, насколько они на самом деле произвольны. Всего несколько букв выглядят одинаково в верхнем и нижнем регистре («о» и «О», «и» и «И»). Остальные пары подобраны практически случайно. Ничего не обязывает букву «а» служить строчной версией «А». Мы легко можем представить себе алфавит, где строчная версия буквы «А» – это «е», а «Р» – это «г». Ассоциации между строчными и прописными буквами – традиция, которую мы принимаем, когда учимся читать. Как показывает МРТ, область «буквенной кассы» легко адаптируется к таким условностям[156]156
  См., например, Price, Wise, & Frackowiak, 1996; Büchel, Price, & Friston, 1998; Cohen et al., 2002; Dehaene et al., 2002; Polk & Farah, 2002. Как показывают все эти исследования, вентральная зрительная область меньше реагирует на цепочки согласных, чем на слова или псевдослова. Однако это верно только для простых и нейтральных задач, таких как определение наличия нисходящей буквы (скажем, «у» или «p»). По этой причине следует избегать сложных задач, предполагающих запоминание стимулов или обнаружение повторов. Они выполняются медленнее, вызывают больше сложностей при предъявлении цепочек согласных, нежели при предъявлении слов, а также могут привести к обратным результатам (см., например, Tagamets et al., 2000).


[Закрыть]. В одном из экспериментов я показывал испытуемым слова, прописные и строчные буквы которых, за исключением размера, были очень похожи: «COUP» – «coup», «PUCK» – «puck», «ZOO» – «zoo» и так далее. Затем я добавлял к ним слова, прописные и строчные букв которых не имели ничего общего: «GET» – «get», «EAGER» – «eager», «READ» – «read» и так далее. Излишне говорить, что участники легко распознавали эти стимулы, несмотря на их разную форму. Сканирование показало, какая область мозга кодирует этот тип культурной инвариантности. Полученные результаты вновь подтвердили ключевую роль левой затылочно-височной области «буквенной кассы». Только в этой зоне активность снижалась всякий раз, когда слова повторялись, причем независимо от того, чем были обусловлены отношения между ними: культурной традицией или зрительным сходством (рис. 2.13). Очевидно, для «буквенной кассы» «G» и «g» так же похожи, как «О» и «о» – явное доказательство того, что эта область отлично приспособилась к условностям нашего алфавита. Тот факт, что нейроны одинаково реагируют на формы «g» и «G», нельзя объяснить врожденной организацией зрительной системы. Это – результат процесса обучения, внедрившего культурную практику в соответствующие мозговые сети. В этом отношении интересно сравнить левую часть «буквенной кассы» с симметричной ей зрительной областью в правом полушарии. Последняя успешно распознает слова, которые выглядят похоже, например «Zoo» и «zoo», но абсолютно не справляется с условными ассоциациями, например «GET» и «get». Судя по всему, у большинства правшей это полушарие задействует лишь общие зрительные механизмы размерной и позиционной инвариантности. Только левая область «буквенной кассы» освоила культурные практики, уникальные для чтения.

Рис. 2.13. Левая затылочно-височная область «буквенной кассы» содержит культурные условности алфавита. При повторном появлении слова ее активность уменьшается. Это означает, что она распознает слово при изменении регистра, причем даже в том случае, если строчные и прописные буквы выглядят по-разному (например, «Е» и «е») и образуют пары только в силу культурной традиции. Симметричная область правого полушария, напротив, реагирует исключительно на зрительное сходство (по материалам статьи Dehaene et al., 2004). Адаптировано с разрешения Psychological Science.

Рис. 2.14. Левая затылочно-височная область «буквенной кассы» учитывает орфографические закономерности родного языка читателя. Функциональная МРТ (вверху) показывает, что эта зона мозга лучше реагирует на реальные слова, чем на цепочки согласных, нарушающие правила правописания. При этом предпочтение «правильных» стимулов не зависит от места их проекции на сетчатку глаза (по материалам Cohen et al., 2002). Согласно данным магнитоэнцефалографии (внизу), эта избирательная реакция наблюдается примерно через 150 миллисекунд после появления слова на сетчатке (по материалам статьи Tarkiainen et al., 1999). Адаптировано с разрешения Oxford University Press.

Существуют и другие свидетельства культурной специфики «буквенной кассы». С помощью методов нейровизуализации мои коллеги и я показали, что эта область не просто с самого рождения пассивно реагирует на все, что напоминает букву или слово. Она активно адаптируется к задаче чтения, собирая статистические данные о буквах, которые часто встречаются вместе. Как оказалось, не все буквенные цепочки вызывают одинаковую реакцию. Например, эта область гораздо лучше воспринимает цепочки, образующие существующее слово, например «CABINET» или «PILAVER», чем на те, что нарушают правила орфографии, например бессмысленные наборы согласных вроде «CQBPRGT» (рис. 2.1)[157]157
  Binder et al., 2006; Vinckier et al., 2007.


[Закрыть]. Кроме того, она явно предпочитает употребительные буквосочетания, такие как «WH» или «ING», редким или невозможным, например «HW» или «QNF»[158]158
  Baker et al., 2007.


[Закрыть]. Однако даже допустимые комбинации букв не активируют область «буквенной кассы», если человек не умеет читать. Так, символы иврита вызывают сильную затылочно-височную активацию у носителей этого языка, но не у людей, говорящих на английском[159]159
  Polk et al., 2002.


[Закрыть].

Месье К., первый пациент Дежерина, – великолепный пример влияния культуры. Несмотря на проблемы с чтением букв, он по-прежнему мог читать арабские цифры. Визуально, конечно, эти стимулы очень похожи. Формы букв произвольны: мы легко можем вообразить систему письменности, в которой «52314» или «CQBPRGT» были бы словами, а «CABINET» – бессмыслицей. И все же «буквенной кассе» больше «нравятся» цепочки букв, чем цепочки цифр, такие как «52314»[160]160
  Dehaene, 1995; Bentin et al., 1999; Tarkiainen et al., 1999; Pinel et al., 2001.


[Закрыть]. Следовательно, эта область определена не только зрительными стимулами, но и культурной историей нашего мозга. Когда мы учимся читать, часть зрительных нейронов адаптируется к буквам и языкам, которым нас учат. Цифры же обрабатываются в другом месте – вероятно, в задних отделах левого и правого полушарий. Как показывают записи электрических возможностей мозга, процесс культурной сортировки происходит чрезвычайно быстро. Левой затылочно-височной области требуется всего около 150–190 миллисекунд, чтобы продемонстрировать предпочтение оформленных буквенных цепочек перед случайными комбинациями согласных или цифр[161]161
  See Tan et al., 2000; Kuo et al., 2001; Kuo et al., 2003; Lee et al., 2004. Некоторые области, однако, более активны при чтении китайских иероглифов, чем английских слов, включая правую теменную и среднюю лобную области (Tan et al., 2001; Siok et al., 2004). Они могут играть определенную роль в зрительно-пространственном внимании и моторном кодировании, тем самым помогая китайцам запомнить несколько тысяч символов их родного языка. На самом деле многие китайские читатели прибегают к любопытному мнемоническому приему: они мысленно воспроизводят пространственную последовательность штрихов, из которых состоит знак.


[Закрыть].

Мозг китайских читателей

В мире существует множество самых разных видов письменности. Как подсказывает логика, подобное многообразие должно приводить к огромным расхождениям в организации мозга и паттернах активации у читателей из разных стран – особенно тех, где используются алфавитные и неалфавитные системы. Как ни странно, это не так. Во всех культурах, несмотря на выраженные различия в поверхностной форме, письменные слова всегда обрабатываются практически идентичными нейронными сетями. В частности, левая затылочно-височная область «буквенной кассы» играет важную роль у всех читателей мира. Форма и внутренняя структура символов обусловливают лишь минимальные отклонения.

Рассмотрим китайский и японский языки. Долгое время казалось, что распознавание китайских иероглифов – более сложный процесс, нежели декодирование латинского алфавита. Предполагалось, что китайские читатели преимущественно опираются на правополушарную зрительную систему, которая считается более «целостной». Современные нейровизуализационные исследования опровергли эту гипотезу. При сканировании китайских читателей была установлена активация левой затылочно-височной области – зона, по существу идентичная «буквенной кассе»[162]162
  Chen et al., 2002; Fu et al., 2002. Как показывают некоторые исследования, иероглифы вызывают несколько большую активность, чем знаки пиньинь. Очевидно, это объясняется тем, что первые выучиваются до автоматизма и являются более знакомыми, чем вторые.


[Закрыть]. Удивительно, но, несмотря на множество отличий (географическое расстояние, методы визуализации, морфология мозга, педагогические стратегии и система письменности), область, отвечающая за распознавание слов у китайских читателей, находится всего в нескольких миллиметрах от зоны, отвечающей за этот же процесс у англичан.

Люди, бегло читающие и латинские буквы, и китайские иероглифы, предоставляют ученым уникальную возможность изучить универсальность зрительного распознавания слов в одном и том же мозге. В 1970-х годах Китай внедрил официальную систему транскрипции для китайского языка. Она называется пиньинь (буквально – «запись звуков»). Она включает 26 букв латинского алфавита и ряд графем, таких как «zh», «ch» и «ang». Слово «банк», например, транскрибируется как «yínháng». Китайские дети часто осваивают пиньинь до того, как их начинают обучать традиционным китайским иероглифам, а потому многие молодые люди фактически оказываются билингвами, а точнее «биграфами» – в их распоряжении имеются две разные зрительные точки входа в один и тот же устный язык. Однако визуализация мозга показывает, что области, активируемые этими двумя системами письма, почти полностью перекрываются в левой вентральной височной коре[163]163
  Kuo et al., 2001.


[Закрыть].

Что касается функциональных свойств «буквенной кассы» у людей, владеющих китайскими иероглифами, и тех, чей родной алфавит – латинский, то и они почти ничем не отличаются друг от друга. Так, «буквенная касса» человека, читающего по-китайски, явно предпочитает правильные китайские иероглифы визуально похожим бессмысленным фигурам[164]164
  Ding, Pen, & Taft, 2004.


[Закрыть]. Это свойство аналогично более интенсивной реакции на слова, а не на цепочки согласных, наблюдаемой у индивида, владеющего латинским алфавитом. Это свидетельствует об адаптации этой области к ограничениям китайской письменности. Вместо букв «буквенная касса» китайского читателя должна содержать иерархию детекторов, настроенных на семантические и фонетические маркеры, которые составляют внутреннюю структуру китайских символов.

На самом деле мне известно очень мало исследований, подтверждающих идею целостного («холистического») распознавания китайских иероглифов. Результаты экспериментов показывают, что иероглифы, как и цепочки букв, кодируются в виде иерархической пирамиды зрительных признаков. В пользу этого вывода говорит эффект прайминга: фрагмент облегчает распознавание всего китайского иероглифа точно так же, как морфема – распознавание английского слова (например, слово «hunt» [ «охота»], за которым следует «hunter» [ «охотник»])[165]165
  Nakamura et al., 2005. Также см. Ha Duy Thuy et al., 2004; данные магнитоэнцефалографии см. Koyama et al., 1998. Исследование чтения у корейцев дало аналогичные результаты (Lee, 2004).


[Закрыть].