Скрытый нейронный путь в мозге помогает объяснить, как люди научились говорить

Фото из открытых источников

Ни один другой примат не строит предложения. Шимпанзе используют десятки различных звуков, но каждый из них остается неизменным — крик об опасности всегда остается криком, никогда не являясь началом более длинной мысли.

Область мозга, отвечающая за эти сигналы, расположена практически в одном и том же месте у всех приматов, включая человека.

В новом исследовании сравнили путь, соединяющий этот участок с другими областями тела у трех видов животных, и обнаружили, что у людей этот путь изменился двумя специфическими способами, которые, по-видимому, делают возможным существование языка. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Преднамеренное произнесение звука активирует две области мозга в передней части: одну высоко расположенную и посередине, другую — ниже и сбоку. Оба этих участка мозга присутствуют у обезьян, шимпанзе и людей. Эти две области, лобный косой отдел зрительного нерва, соединены кабелем и в настоящее время считаются центральными в процессе речи.

Группа исследователей под руководством Марко Катани из Университета Габриэле д'Аннунцио в Кьети-Пескаре (UdA) в Италии задалась вопросом, выглядит ли этот путь иначе.

Речь развивается в определённом порядке. Правильные звуки должны звучать в правильной последовательности, быстро, и этот порядок восстанавливается для каждой новой мысли. Если два мозга настолько похожи, то разница должна заключаться в их структуре.

Для сравнения структуры нейронных сетей у разных видов команда использовала трактографию — метод, который отображает сети головного мозга в виде трехмерных линий.

На сканах сеть выглядит как видимая веревка из нитей, и программное обеспечение отслеживает и измеряет каждую из них. Три вида. Одно сравнение.

При сравнении три версии рассказывали разные истории. У людей текст был явно больше и имел левый уклон, располагаясь тяжелее в том полушарии, где находится большая часть языка. 

Рост был неравномерным. Большая часть лишнего объема располагалась в передней части тракта, участок которого был связан с префронтальной корой — областью, отвечающей за планирование и последовательность действий.

Более ранние исследования связывали этот кабель с беглым мышлением и действиями.

Наклонный пучок был не единственным разросшимся проводящим путем. Вдоль него разросся второй путь, дугообразный пучок, — маршрут, по которому звук передается из слуховых зон мозга в области, отвечающие за речь.

Оба пути ведут к одному и тому же лобному участку мозга: один передает информацию, воспринимаемую ушами, а другой обрабатывает информацию, посылаемую ртом.

Совместный рост свяжет слух и речь в более тесный цикл. В отдельной статье, посвященной анатомии этого участка, высказывается та же идея.

Больший размер не всегда означает лучшее качество, и сканирование не может показать работоспособность сети. Увеличенный размер указывает на большее пространство для перемещения между регионами, которые у других приматов остаются слабо связанными.

Спровоцирует ли это обсуждение или является его следствием, пока не могут сказать сами изображения. Анатомия показывает, что больше, а не функции каждой части.

Для этого команда исследователей изучила людей, теряющих речь из-за дегенеративного заболевания, называемого первичной прогрессирующей афазией, — заболевания, при котором речь исчезает по мере износа мозговой ткани с течением времени.

Повреждения распространяются неравномерно. У разных пациентов повреждены разные участки пути.

Эта неравномерная картина представляет собой естественный эксперимент. Пациенты с повреждениями в задней части нервного тракта испытывали наибольшие трудности с беглостью речи – плавным, равномерным потоком слов.

Они знали, что хотели сказать; проблема заключалась в том, чтобы это выразить. В передней части книги износ проявился в виде нарушения синтаксиса — грамматики, определяющей, какое слово куда вставляется. Порядок слов нарушился, и предложения потеряли свою структуру, даже несмотря на то, что слова оставались на своих местах.

Никто прежде не разделял этот трактат на две части так четко: грамматика на первом месте, беглость речи на втором.

Соединив все эти элементы, начинаешь вырисовываться картина возникновения речи. Лобные области мозга, отвечающие за звукообразование, уже присутствовали у наших предков, и их разделяли также обезьяны и человекообразные человекообразные обезьяны.

Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что эволюция не создала орган речи из ничего. Она перестроила более старую систему.

Заимствование старой структуры для нового применения — распространённое явление в эволюции, и авторы приводят в качестве примера речь.

Вероятно, нейронная сеть, которая когда-то обрабатывала простые звуковые сигналы, у людей была перестроена таким образом, чтобы объединять звуки в слова и упорядоченные предложения. Именно это разросшееся, левоориентированное направление нейронной сети и является видимым изменением.

Эта идея согласуется с рядом недавних исследований частей лобной доли головного мозга человека, которым нет явного аналога у других приматов.

Одно исследование описывает лобный центр, который, по-видимому, уникален для каждого человека. Ни одно из исследований не доказывает эту историю однозначно, но анатомические особенности и языковые нарушения теперь указывают на ту же точку зрения.

Для врачей разделение на переднюю и заднюю части имеет практическое значение.

У пациента, теряющего грамматику, и у пациента, теряющего беглость речи, могут наблюдаться нарушения в разных частях одного и того же языка, и сканирование может помочь их различить. Полученные данные могут помочь определить, какие дальнейшие исследования следует провести.

То, что было неясно до этой работы, теперь имеет более прочную основу. Человеческая версия этого речевого тракта больше и наклонена влево, её передняя часть разрослась, а две её половины отвечают за разные части речи.

В контексте изучения происхождения языка это открытие затрагивает давний спор, касающийся чего-то материального, за что можно держаться.

Исследователям следует перестать задаваться вопросом, когда люди начали говорить, и начать спрашивать, как могла быть перестроена электрическая цепь для передачи грамматики.