Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Нижняя височная область мозга макак-резусов смогла отличить разные слова и буквы

James J. DiCarlo et al. / Nature Communications, 2020

Американским и французским ученым удалось обучить линейный классификатор букв и слов на активности нижней височной области мозга макак-резусов: этот отдел с точностью до 70 процентов распознавал отдельные буквы и даже отличал настоящие слова от псевдослов. Благодаря этому ученые заключили, что та же область головного мозга людей, отвечающая за распознавание букв и слов, развилась не эксклюзивно для своей цели, а просто переняла на себя выполнение необходимых функций. Статья опубликована в журнале Nature Communications

Появление письменности — естественный этап эволюции языка: со временем информации становится все больше, она усложняется — и носителям перестает хватать устной речи, чтобы передать друг другу необходимую информацию. При этом письменность — необязательное и не первичное условие существования языка. Во-первых, появление древнейшего предка современных языков датируют периодом 100–200 тысяч лет назад, а первая письменность, судя по всему, появилась значительно позже — около трех тысяч лет до нашей эры. Во-вторых, носители многих малых языков обходятся без письма вообще: передача информации в закрытой коммуне редко требует умения читать и писать.

У роли письма для языка и его носителей, поэтому, есть некоторое противоречие. С одной стороны, понимание знаковых систем языка предшествует анализу фонологической и семантической составляющих (сначала читатель распознает написанные буквы, а уже затем — складывает в слово и понимает смысл). С другой стороны, письменность, по-видимому, нельзя считать обязательной — если принять во внимание то, что у какого-то языка ее может и не быть.

Изучить это противоречие интересно и с точки зрения развития головного мозга: существует теория, согласно которой отделы зрительной коры, отвечающие за распознавание языковых символов, не развивались отдельно, а только забирали на себя выполнение необходимых функций. Согласно этой же теории, какие-то задатки орфографической обработки (то есть обработки букв и прочих письменных знаков) должны быть и у других приматов помимо человека — и за это как раз должна отвечать та область мозга, которая затем репрограммировалась на этот навык у людей.

Проверить эту теорию экспериментально решили ученые под руководством Джеймса ДиКарло (James DiCarlo) из Массачусетского технологического института. Они сосредоточились на нижней височной области — части вентрального пути обработки информации, который принимает сигналы из всех участков зрительной коры и отвечает за распознавание объектов и образов. Дополнительно ученые также рассмотрели область зрительной коры V4 — основного источника получения информации для нижней височной области: этот отдел, однако, использовали в качестве контрольного условия.

В эксперименте ученых приняли участие четыре макаки-резуса, в области нижней височной области и V4 которых имплантировали микроэлектроды для регистрации электрической активности отдельных нейронов. Ни одна из макак ранее не принимала участие в похожих экспериментах: увиденные буквы были для них совершенно новыми.

В качестве задания макакам показывали слова (как настоящие, так и псевдослова) из четырех букв и отдельные буквы английского алфавита. Во время просмотра ученые регистрировали активность с 510 отдельных участков нижней височной области и еще 277 участков области V4: все области во время выполнения задания маками были активны.

После этого зарегистрированную активность ученые использовали для обучения простого линейного классификатора, который по активности либо нижней височной области, либо V4 определял, какое слово или букву макака видит перед собой. После этого макакам давали задания — показывали им слова, написанные разными шрифтами, слова с одной и той же буквой или биграммой или слова в перемешку с псевдословами — и с помощью классификатора пытались определить, может ли макака отличить стимулы.

Оказалось, что необученные макаки в действительности видят разницу между разными буквенными стимулами: по активности их нижней височной области можно было отличить слова от псевдослов, слова, написанные разными шрифтами, и слова, в которых используются одни и те же буквы, с точностью до 70 процентов (в зависимости от задания и количества используемых для распознавания участков). V4 в этом задании была не так эффективна.

При этом никакой специализации у нижней височной области в распознавании отдельных письменных стимулов не было, из-за чего ученые сделали вывод, что у макак этот отдел — основа для потенциального орфографического распознавания. При этом понятно, что макаки читать не умеют, и области мозга, которая эксклюзивно отвечает за распознавание букв и прочих символов, у них быть не может. Исходя из этого, авторы заключили, что нижняя височная область у людей в действительности репрограммировалась для выполнения необходимого навыка — и задатки этой функции присутствовали в эволюции мозга и ранее.

Одним из ключевых отличий мозга человек и обезьян, определяющим способность к речи, считается связь между двумя основными отделами речи (областью Брока и зоной Вернике), которая проходит в арктуатном пучке. У макак такого пучка нет, но недавно ученые обнаружили его задатки: это позволило заключить, что гомолог пучка присутствовал в мозге общего предка макаки и человека еще 25 миллионов лет назад.

Елизавета Ивтушок

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.