top-right

2015 №2

Владимир Губайловский

Письма к учёному соседу

Письмо 7. Язык и мозг

Многие виды животных, птиц и даже насекомых обладают довольно изощренной системой коммуникации. Это и «язык танца» у пчел, это системы голосовых сигналов у птиц и животных. Например, у мартышек-верветок «три типа крика «тревога», чтобы предупредить других о хищнике. Крик о леопарде приказывает стае бежать наутек к деревьям. Крик о змее заставляет мартышек встать на задние лапы и вглядываться в траву. А когда мартышки слышат крик об орле, они смотрят наверх в воздух и ищут убежище в кустах»1.
Еще более развитым языком обладают человекообразные обезьяны, особенно выросшие среди людей и постоянно общающиеся с человеком. Некоторые из них осваивают сотни лексем и могут общаться с человеком на языке жестов (обезьянам язык жестов удобнее, поскольку их речевой аппарат недостаточно развит для сложной звуковой артикуляции). Достаточно развитая система сигналов есть и у морских млекопитающих — дельфинов и китов.
Но всякий раз, когда мы узнаем о такого рода успехах представителей животного мира, мы удивляемся, и в нашем удивлении есть некоторая снисходительность: «Ну надо же, что они умеют, ну почти как человек!» При этом мы понимаем, что, конечно, до человека представителям всех других видов, живущих на Земле, — очень далеко. Язык человека имеет совершенно другие качества.
Первое «качество» — это как раз количество: количество слов. А второе — необыкновенная гибкость и сложность языка. И это относится к любому из естественных языков, существующих или существовавших на нашей планете. По этим характеристикам язык человека и языки животных — несравнимы.
Ребенок начиная с трех-четырех лет и до первых классов школы каждый день пополняет свой словарный запас на 5–10 слов родного языка. Словарный запас взрослого человека достигает 20–50 тысяч слов (и активный, и пассивный)2. Это верно даже в случае Эллочки Людоедки — она использовала 30 слов в своей речи, но свободно понимала, что ей говорил инженер Щукин, а у него был довольно большой словарный запас.
Язык имеет сложную грамматическую структуру (синтаксис), она строится рекурсивно, то есть внутри одного предложения могут содержаться вложенные предложения, внутри вложенных предложений — другие предложения и так далее, вообще говоря, неограниченно глубоко. Правда, когда такие вложения становятся слишком глубокими, понимание затрудняется.
Но и это не все. Язык постоянно развивается и обновляется. Появляются новые слова и грамматические конструкции, причем меняется язык относительно быстро — тексты, написанные сто лет назад, мы безошибочно определяем и отделяем от современных.
Язык человека необыкновенно гибок, точен, богат. Ничего даже близкого у других обитателей Земли мы не встретим. Язык человека настолько уникален, что кажется чем-то избыточным с точки зрения эволюции и естественного отбора. Один из великих лингвистов XX столетия Ноам Холмский утверждает, что язык не мог развиться, постепенно накапливая эволюционные преимущества (как, например, шея у жирафа), язык возник сразу: в один прекрасный день родился гомоноид, который владел языком во всей цветущей сложности, то есть этот гомоноид и стал первым человеком. Эту точку зрения разделяют далеко не все нейробиологи и лингвисты, и многие пытаются построить эволюционную модель развития языка. Впрочем, пока без особого успеха. Слишком давно появился язык. Слишком мало осталось от тех далеких времен свидетельств наличия языка (по одним оценкам, это случилось 1,5 миллиона лет назад, по другим — 100 тысяч лет назад). А сегодня если рождается язык, он рождается как компиляция других языков, и этот опыт не поможет нам объяснить, как же родился самый первый.

Как язык связан с мозгом, ученые заинтересовались давно, по крайней мере, полтора столетия назад. И в центре внимания исследователей (как во многих других исследованиях мозга, едва ли не во всех) оказались люди с такими поражениями мозга, которые приводят к полной потере или частичному расстройству речи и языковой деятельности. На основании анализа таких поражений и были сделаны первые выводы и получены первые ответы на вопрос: какие зоны мозга ответственны за владение языком и речью?
Ученые в XIX веке пришли к выводу, что, как правило, полная утрата языковых способностей или серьезные трудности в языковом общении связаны с повреждениями левого полушария мозга. Было установлено, что у 95% правшей и у 70% левшей именно левое полушарие отвечает за языковые способности.
Более точно положение языковых зон выделил немецкий психоневропатолог Карл Вернике (1848–1905), который в 1874 году определил две зоны левого полушария мозга — одна впоследствии получила название зоны Вернике, а другая — зоны Брокá, в честь выдающегося французского хирурга и антрополога Поля Брокá (1824–1880), который указал на связь этого региона мозга с языком в 1865 году. Оба исследователя пришли к своим выводам, наблюдая больных с речевыми расстройствами и последовательно сравнивая их со здоровыми людьми. У них не было ни томографов, ни электроэнцефалограмм, но их результаты впоследствии нашли блестящее подтверждение.
Оказалось, что две эти зоны отвечают за различные направления языковой деятельности. При афазии Вернике (болезни, вызванной поражением зоны Вернике) страдает в первую очередь осмысленность собственной речи и понимание чужой. При афазии Брока в основном страдает построение предложений в собственной речи человека.
При афазии Вернике человек может строить сложные предложения, но они часто оказываются совершенно бессмысленными.
При афазии Брока человек может говорить только простыми предложениями, а чаще всего произносит отдельные слова без грамматического согласования. Причем теряются практически все служебные слова — предлоги, местоимения, модальные глаголы. Речь такого человека в лучшем случае напоминает речь очень развитой обезьяны с большим словарным запасом. Исследования, проведенные в 1970-е годы, показали, что пациенты, страдающие от афазии Брока, испытывают также и трудности в понимании (что скорее характерно для афазии Вернике). В частности, в тех случаях, когда понимание связано с функцией слов в предложении и морфологическим строением слов. Пациенты с афазией Брока не понимают, кто кому что причинил, когда в предложении используется страдательный залог, например: «Кошка преследуется собакой». То есть зона Брока связана и с пониманием речи тоже.
Сегодня собраны богатые сведения о связи поражения классических языковых зон с языковыми расстройствами. Но открыто и много нового. Так, установлена устойчивая связь между афазией Брока и еще одной зоной мозга — инсулой, а также с другими зонами мозга. Теперь зоны Брока и Вернике уже не кажутся единственно ответственными за языковые навыки. Кроме того, достаточно твердо установлено, что «языковые» зоны мозга тесно связаны с неязыковыми способностями человека, в частности, с моторной деятельностью, особенно работой рук человека, и с краткосрочной памятью (с ней тесно связана именно зона Брока). Это дает возможность предположить, что планирование и выполнение моторных функций — это своего рода язык, на котором мозг обращается к руке, а построение синтаксически правильного предложения и координация моторных действий довольно похожи с точки зрения деятельности мозга.
Мы можем сегодня уверенно сказать, что в нормальных случаях за выполнение языковых функций отвечает левое полушарие, и даже конкретно указать те области мозга, которые в основном эти функции реализуют. Но мозг необыкновенно пластичен, то есть способен к быстрым перестроениям, при которых одни области берут на себя функции других, если последние повреждены и неработоспособны.
При некоторых поражениях одного из полушарий мозга (например, при тяжелых формах эпилепсии) больному делается операция, известная под названием гемисферэктомии, — удаление целого полушария мозга. Иногда ее делают в раннем младенчестве, когда обширное повреждение одного полушария угрожает нормальному функционированию другого. Казалось бы, если пациенту удалили левое полушарие, то он никогда не сможет говорить и понимать речь. Но это не так. Если операцию делают в достаточно раннем возрасте — до 5 лет, языковые функции восстанавливаются почти полностью. Но как показывают исследования, при удалении левого полушария не вполне восстанавливаются некоторые функции зоны Брока — так, у пациентов есть трудности с правильным пониманием страдательного залога. Но в целом пациенты вполне могут говорить и понимать речь, что, конечно, удивительно (еще удивительнее, что такие пациенты могут почти нормально жить с половиной головы). Если языковые зоны образовались и специализировались в результате долгой эволюции мозга, то каким образом другие зоны, изначально для этого не приспособленные, могут всего за несколько лет адаптироваться, пусть и не полностью, но вполне удовлетворительно, для выполнения этих сложнейших задач? Но это так.
Теоретический вывод «состоит в том, что межполушарные различия в раннем младенческом возрасте имеются, но молодой мозг обладает колоссальной способностью к перестройке, реализующейся при наличии повреждения определенных областей»3.
Одним из объяснений этого удивительного факта является то, что вся информация о мозге содержится фактически в каждом нейроне, в его ДНК, и половина мозга способна перестроиться таким образом, чтобы стать целым.
Пациенты с выраженной афазией Брока не могут построить сложное предложение, но они могут его пропеть. Так, описанный Рамачандраном пациент после инсульта мог говорить только отдельные слова, но он легко пропел «Happy Birthday»4. За пение «отвечают» не языковые зоны мозга, а правое полушарие. То есть, когда мы поем, мы можем и не понимать слов, которые мы при этом произносим, и не улавливать структуру предложений (поэтому, когда некоторые поэты стали в наше время писать без знаков пунктуации, это новшество мало кто заметил).
Однажды мне случилось посмотреть фильм о группе «Joy Division», которую я очень люблю. Эта группа просуществовала совсем недолго и выпустила всего два альбома, после чего лидер группы Иэн Кёртис в возрасте 23 лет покончил с собой. Участники группы в фильме, снятом через тридцать лет после этого трагического события, вспоминали Иэна, и все они отметили любопытный факт, который имеет прямое отношение к нашему разговору о языке. Они говорили, что поняли, какие трагические слова писал и пел их лидер, и сами они пели вместе с ним, только тогда, когда прочитали книгу с его текстами, изданную после его смерти: «Что он пел! Что мы пели! Если бы мы знали, мы бы попытались ему помочь!» Тексты альбома «Closer» действительно производят довольно мрачное впечатление. Как они могли не понимать текст, который пели? Это выглядит довольно странно, но это вполне возможно.
Поэзия очень близка к песне, и поэтому ее восприятие не вполне левополушарное (а когда поэты читают свои стихи, они к тому же подчеркивают ритм, а не смысл). Мандельштам говорил: «Законы поэзии спят в гортани…» С этим, в частности, связано то, что стихи трудно понимать — и их лучше сначала «пропеть», поскольку информация, заключенная в стихах, не вполне «языковая».
Исследования, проводимые с помощью ЭЭГ (электроэнцефалографии), измеряющей электрическое напряжение возникающих в мозге слабых токов (они действительно слабые — десятитысячные доли вольта), и МЭГ (магнитная энцефалография), которая замеряет возникающие в мозге магнитные поля, порождаемые слабыми токами, позволяют изучить реакции мозга при языковых возбуждениях в реальном времени. Эти исследования отчасти дали ответ на вопрос о том, как мозг может реагировать настолько быстро — распознавать речь, готовить ответ и управлять артикуляцией. А это происходит в течение 100–600 миллисекунд. Оказывается, мозг способен предсказывать языковое событие. То есть мы почти никогда не дослушиваем и не дочитываем слово до конца. И это связано не с нашей невнимательностью. Просто мозг успевает «забежать» вперед. Чтобы этого не случалось, мы должны намеренно замедлять чтение, намеренно вслушиваться в произносимые слова, то есть фактически заставлять мозг «тормозить». На самом деле мы просто заставляем мозг многократно повторять операцию чтения или слушания, поэтому такое внимательное чтение довольно утомительное занятие.
Здесь я приведу два примера. Один опять из поэзии. При нормальном чтении рифмованных стихов мы вполне можем натолкнуться на отсутствие рифмы в конце строки, где эта рифма на самом деле есть. Мы просто не дочитали рифмующееся слово в той строке, которую прочитали раньше. Нам придется вернуться и убедиться, что рифма на месте.
Другой пример, вероятно, хорошо знаком водителям. Однажды я ехал в машине, которую вела моя знакомая — очень опытный водитель. Мы проезжали развилку, где на одном указателе был «Ленинский проспект», а на другом — «Ленинградский проспект». Я не смог указатели различить — для меня они были абсолютно одинаковые. Моя знакомая свернула правильно. Когда я спросил ее, как она их различила, она ответила: «А никак. Я просто здесь часто езжу и знаю, куда надо поворачивать». На скорости различить эти указатели нельзя — при первичном восприятии мозг «достраивает» слова — и они буквально совпадают, а времени на перечитывание нет. Вероятно, тем, кто ставит такие указатели, надо иметь в виду этот эффект.
Язык теснейшим образом связан с памятью. И естественно предположить, что словарный запас определяется долгосрочной памятью, а синтаксический разбор — коррелирует с работой краткосрочной памяти (не случайно, как я отмечал выше, краткосрочная память тесно связана с зоной Брока).
С развитием магнитно-резонансной томографии ученым удалось выяснить, как хранится наш огромный словарный запас.
Елена Наймарк описала эксперимент, поставленный группой исследователей под руководством Марсела Джаста из Карнеги Мэлон университета (Marcel Just, Carnegie Mellon University). Они изучали представление отдельных слов в головном мозге. Я позволю себе довольно пространную цитату из статьи Наймарк: «Десяти испытуемым читали вслух 60 существительных, снимая синхронные томограммы. Из индивидуальных томограмм удалось выделить общие компоненты, которые соответствовали каждому из слов. Когда картотека была составлена, участники эксперимента загадывали слово из списка, а ученые, как и в других подобных экспериментах, пытались его определить. Ученым удалось правильно определять задуманные слова в среднем в 72% случаев. Столь высокая точность была достигнута не за счет большего разрешения томограмм, как можно было бы предположить. По ходу экспериментов ученые разгадали принцип хранения информации о словах. Оказалось, что в коре мозга имеются участки, в которых представляются глобальные смысловые ассоциации. Таких ассоциативных групп было найдено три. Первая группа отражает связь с домом или укрытием: крыша, тепло, строение и так далее. Вторая группа указывает на процесс еды: яблоко, зуб, ложка. Третья — это предметы, которыми можно манипулировать, совершать какие-то действия: молоток, отвертка, автомобиль. Каждая смысловая группа представлена в мозге несколькими вполне определенными участками, каждый из которых включает три-пять центров возбуждения в различных отделах коры; всего определено 12 таких центров. Это — своего рода камеры хранения смыслового багажа, который несет каждое слово, и таких камер хранения три»5. Если слово имеет отношение и к еде, и к манипулированию, как «ложка», например, то возбуждаются сразу две зоны мозга.
Несмотря на то, что мозг человека очень похож на мозг высших животных, особенно человекообразных обезьян, есть существенное отличие: это объем краткосрочной памяти. Здесь я напомню читателю, что писал о краткосрочной памяти и рекурсии (той самой, за которую отвечает зона Брока) в моей недавней статье6.
У обезьян бонобо (карликовых шимпанзе) объем краткосрочной памяти 3 или 4, то есть они способны одновременно удерживать свое внимание на 3 или 4 объектах или действиях. А у человека объем 7±2. И это преимущество оказывается необыкновенно важным при рекурсивном мышлении и при построении сложных предложений, которые и обеспечивают гибкость и сложность языка. Как работает рекурсия? «…Решая главную задачу и не забывая о ней, отвлечься на решение ее подзадачи, чтобы, решив подзадачу, вернуться к главной задаче, используя результат, полученный при решении подзадачи. (Предыдущее предложение представляет собой типичный пример грамматической рекурсии.) Если есть главная задача и одна вспомогательная подзадача, глубина рекурсии — два, если у подзадачи есть еще своя собственная подзадача, глубина рекурсии — три и так далее. Типичной рекурсией является построение сложноподчиненного предложения (и вообще грамматика)…
Когда компьютерная программа вызывает подпрограмму, то есть запускает рекурсию вызовов, — она сохраняет информацию о вызове именно в регистре (а краткосрочная память и играет роль регистров), то есть если регистров всего семь, каждый вызов подпрограммы занимает один из них.
Если у нас всего три регистра, то мы можем, по сути, оперировать только с двумя объектами. И действие должно быть простым (то есть не вызывать никаких новых действий)». То есть незначительное вроде бы отличие в структуре мозга — увеличение краткосрочной памяти на три-четыре «ячейки» — дает совершенно другую рекурсивную глубину, а значит, и гибкость и сложность языка.
Очень возможно, что умение оперировать предметами тесно связано с умением строить синтаксически сложные фразы. Во всяком случае, именно такого мнения придерживается Рамачандран, который полагает, что сложный синтаксис (зона Брока) развился из-за косвенного воздействия моторных функций человека — в первую очередь развития рук. И тогда можно построить «эволюционный мостик»: умение оперировать сложными, многосоставными предметами — инструментами — привело к развитию зоны Брока — к сложному синтаксису, к расширению краткосрочной памяти, а более развитые синтаксические функции позволили человеку еще более эффективно создавать новые инструменты. А это уже очевидное эволюционное преимущество. То есть язык практически напрямую обязан своей сложностью развитию рук человека. Но это пока гипотеза. Нельзя забывать, что на сегодня вопросов о природе языка, о его рождении, о его представлении в мозге человека много больше, чем ответов.

1  Рамачандран Вилейанур. Мозг рассказывает. М., «Карьера Пресс», 2012. С. 191.
2 Phillips Colin; Kuniyoshi L. Sakai (2005). «Language and the brain».Yearbook of Science and Technology. McGraw-Hill Publishers. P. 166.
3 Спрингер С., Дейч Г. Левый   мозг, правый, мозг. / Пер.  с  англ. М.: «Мир», 1983. С. 155.
4 Рамачандран Вилейанур. Мозг рассказывает. М.: «Карьера Пресс», 2012. С. 191.
5 Наймарк Елена. Увидеть мысль. «Новый мир». 2010. № 11.
6 Губайловский Владимир. Письмо 4. О природе памяти. «Урал», 2014, № 5.

Поделиться:

Журнал "Урал" в социальных сетях:

LJ
VK
MK
logo-bottom
Государственное бюджетное учреждение культуры "Редакция журнала "Урал".
Учредитель – Правительство Свердловской области.
Свидетельство о регистрации №225 выдано Министерством печати и массовой информации РСФСР 17 октября 1990 г.

Журнал издаётся с января 1958 года.

Перепечатка любых материалов возможна только с согласия редакции. Ссылка на "Урал" обязательна.
В случае размещения материалов в Интернет ссылка должна быть активной.