Т. Н. Ушакова
Природа осмысленности слова

Полная версия

Глава 3
Нейропсихологические и психофизиологические исследования вербальных явлений

Язык и мозг. Семантический атлас мозга

Поиск связи языка и его материального носителя у человека составляет часть более общей темы отношения души и тела. В истории науки поиск места в человеческом теле, где «обитает душа», возник много веков назад. Его инициировали античные врачи, в первую очередь Гиппократ, Гален. Значительно позднее, в начале ХIХ в., анатом Фрэнсис Галль предпринял попытку систематического сопоставления психических функций с частями мозга. Он считал, что способностям человека соответствуют выпуклости на его черепе. Френологические карты Галля получили широкое распространение, хотя их основным недостатком оставалась фактическая необоснованность.

Идея локализации психических функций в мозге получила поддержку в работах неврологов-клиницистов. Стали накапливаться факты, свидетельствующие о связи языка и речи с мозговыми структурами. В 1861 г. французский хирург Поль Брока обнаружил во время операции на мозге одного из своих пациентов большую кисту в его левом полушарии. Этот больной страдал глубоким нарушением речи в форме невозможности произнесения слов. Данный случай оказался не единственным, из чего Брока сделал заключение, что управление произнесением речи реализуется областью левого полушария в нижней части лобной доли над Сильвиевой бороздой.

Вслед за ним немецкий врач К. Вернике выявил локализацию болезни у пациентов, страдавших другой формой афазии – потерей смысла высказываний, трудностями припоминания названий объектов. У этих больных пораженными оказались области мозга, находящиеся в задней части височной доли. Кроме названных случаев, в ходе дальнейшего накопления фактов были найдены различные промежуточные варианты повреждений мозговых структур, соотносимые с формами речевых нарушений, афазий.

В конце ХIХ в. произошел всплеск находок и публикаций неврологов, указывающих на «центры» мозга, ответственные за осуществление разнообразных, порой очень сложных психических функций: письма, чтения, счета и др. Далеко не все данные однозначно указывали на зоны мозга, имеющие отношение к организации речевых процессов. Тем не менее, даже современные диагностические пробы, связанные с использованием новой техники, выявляют связь речевого процесса с активностью областей левого полушария.

В отечественной науке рассматриваемая тема изучалась в рамках нейропсихологии, фактический материал которой также составляли клинические случаи травм, опухолей и кровоизлияний головного мозга (А. Р. Лурия, Е. Д. Хомская, Л. С. Цветкова). Психическое состояние больного характеризовалось на основе комплекса разработанных тестов. В результате анализа выявлялись области мозга, ответственные за организацию психического процесса. В нейропсихологических работах было уточнено понятие локализации функций как констелляции совместно работающих зон мозга (Лурия, 1962), сложные психические процессы (восприятие, речь, письмо, счет) были рассмотрены как функциональные системы (там же), нейропсихологические данные дополнены нейрофизиологическими представлениями о механизмах работы мозга.

Большое исследование функциональной роли частей мозга проведено в 1950-х годах Монреальской школой нейрохирургов и нейрофизиологов (Пенфильд, Робертс, 1964). В этом коллективе разработан ряд новых приемов для исследования мозга человека. Работа проводилась на открытом мозге пациентов. Поскольку мозг не имеет болевых рецепторов, во время операции не требовалось отключать сознание пациентов: они могли общаться с хирургом, отвечать на вопросы, сообщать о своих ощущениях. Проводилась электростимуляция отдельных точек мозга с помощью слабого импульсного тока, временно отключались отдельные локусы мозга посредством охлаждения, поляризации и др.

Была показана сложность возникающих у людей субъективных состояний, связанных с речевыми, слуховыми, зрительными представлениями, целостными картинами, памятными событиями. Сделан вывод о том, что в коре левого полушария находятся три речевые зоны, действующие как единый речевой механизм. Из трех выделенных зон две практически совпадают с областями Брока и Вернике; третья, ранее неизвестная, локализуется в верхней части премоторной извилины. Речевые зоны выполняют, по сути, одинаковые функции, различаясь по степени значимости их участия в речевом процессе. Наиболее важная из них – зона Вернике и прилегающие к ней структуры: их поражение вызывает самые тяжелые нарушения речи. Следующая по значимости – зона Брока, затем – верхняя речевая область. По мысли У Пенфильда, речевые зоны, независимо от право- или леворукости пациента, всегда располагаются в левом полушарии, за исключением тех случаев, когда левое полушарие поражается в еще совсем раннем возрасте.

Особо важную роль в деятельности речевого механизма У Пенфильд отводил подкорковым образованиям, прежде всего задним ядрам таламуса. Будучи сторонником центрэнцефалической системы, он считал, что речевые зоны коры взаимодействуют через таламус, являющийся главным интегрирующим центром. Здесь, по его мнению, формируются разного рода речевые единицы: слуховые при слушании речи, зрительные при чтении, моторные при произнесении и письме.

Всплеск интереса к проблеме возник в рамках исследований функциональной специализации мозговых полушарий. На развитие этой области оказало влияние введение методики оперативного расщепления мозга больного человека. Методика была предложена калифорнийской школой медиков для лечения тяжелых форм эпилепсии. В результате наблюдения за поведением человека с расщепленным мозгом сделано много любопытных открытий: с левым полушарием оказались связанными разные формы речевой деятельности – чтение, счет, абстрактное мышление, с правым – опознание изображений предметов, лиц, эмоций (Gazzaniga, 1967, 1989).

Сохраняющийся в наше время интерес к исследованию речевых областей мозга во многом поддержан данными канадской школы. Высказывается мнение, что зоны Брока и Вернике, располагающиеся в непосредственной близости к Сильвиевой борозде (расщелине, отделяющей лобную долю от остального мозга), образуют в левом полушарии область, целиком связанную с организацией речевого процесса и не разделяющуюся на отдельные функциональные островки (Пинкер, 2004, с. 369). М. Газзанига с соавторами разработал особую технику анализа срезов мозга, которая позволила как бы развернуть кору мозга на плоскости (Gazzaniga, 1989). Удалось показать, что речевые зоны действительно примыкают друг к другу, образуя тем самым единый речевой орган мозга.

Поиск связи психических процессов с мозговыми структурами сопряжен со многими исследовательскими и теоретическими трудностями. Идеи и подходы данного направления многократно подвергались критике. Видные авторы прошлого представили свидетельства ошибочности самой идеи дробной локализации психических функций в мозге человека, поскольку мозг работает как единое целое. Было распространено мнение, что нарушения отдельных сторон психики могут быть связаны с массой пострадавшего мозгового вещества, с экстенсивностью его поражения. Это точка зрения получила наименование эквипотенциализма, наиболее крупными представителями которого были П. Флуранс, К. Лешли, Ф. Гольдштейн. Шаткими оказывались порой сами факты соответствия психического явления и его мозговой локализации. Накапливались клинические данные, обнаруживающие необязательность психических нарушений при поражении соответствующих мозговых областей. Особенно сильную критику вызвали данные П. Брока. Невролог Мари и его коллеги представили большое количество клинических случаев, когда при изолированном повреждении так называемой «зоны Брока», ответственной за восприятие слов, речевая патология не обнаруживалась и, напротив, встречались больные, страдавшие моторной афазией без повреждения этой зоны.

Один из самых серьезных упреков в адрес локализационизма состоит в том, что поиск локализации психической функции в мозге оставляет без внимания само изучаемое психофизиологическое явление. Тогда получается, что вместо выявления отношения психики с мозгом на первый план ставится анатомический принцип, что связано с возможностью ошибочного понимания данных. Так, например, по мнению К. Джексона, локализация повреждения, нарушившего психическую функцию, не дает основания для заключения о локализации самой функции. Исследование лишенного речи больного обнаруживает, что он способен думать на основе словесных понятий и бессознательно использует слова. Полного выпадения речевой функции при афазии не происходит. К. Джексон обосновал идею сложной организации психических функций, многоуровневую их представленность в мозге человека. При повреждении высшего уровня возникает не только эффект выпадения тех или иных функций, но и высвобождения нижележащих уровней.

Значимость физиологического подхода к проблеме мозговой локализации функций подчеркивал И. М. Сеченов. Он писал о необходимости внести в описание центральных нервных явлений физиологическую систему вместо анатомической, поставить на первый план не топографическую обособленность органов, а сочетание центральных процессов в естественные группы (Сеченов, 1952, с. 11).

И. П. Павлов поставил принцип приурочения функции к структуре одним из оснований своей работы и предложил концепцию анализаторных структур мозга. Он полагал, что каждый анализатор содержит ядро, осуществляющее высший синтез и анализ сигналов, и периферию с элементарным анализом и синтезом (Павлов, 1949, с. 364). Локализационизм же рассматривал отношение «мозг-психическая функция» вне динамики. Тем самым динамические по природе психофизиологические процессы соотносились со статичной анатомической структурой.

Критику в адрес локализационизма высказала Н. П. Бехтерева, считая это направление в науке теоретически неполноценным (Бехтерева, 1974).

Достигнутый к настоящему времени прогресс в исследованиях отношений мозга и психики все более настоятельно ставит проблему функционирования мозга во время выполнения психических функций. Мозговая ткань, взятая с ее анатомической стороны, сама по себе не создает продукт в форме того или другого психологического состояния, подобно тому как печень продуцирует желчь. В выявляемых мозговых областях протекают специфические процессы, и именно они составляют непосредственное основание психических актов и состояний. Созданная в последние десятилетия техника дает возможности для разрешения трудных вопросов исследования нервных процессов, обеспечивающих процессы психические.

Вербальные явления в соотнесении с мозговыми структурами

Вопрос о том, является ли вербальная способность человека особой функцией со своими анатомическими и нейрофизиологическими обособленными мозговыми отделами, обсуждается Н. Хомским и С. Пинкером (Пинкер, 2004; Хомский, 1972). По их мнению, язык может работать как независимый модуль мозга, «языковый орган» человека. Этот вопрос смыкается с темой генетически опосредованного возникновения языка, его предположительной обусловленности возникшей мутацией. Такого рода мутация привела, как полагают, к возникновению «универсальной грамматики», вернее, грамматики мышления, частным случаем которой является и грамматика языка. Грамматика имеет свою локализацию в мозге, однако развивается на основе опыта и воспринимаемой информации.

Специалисты в области исследования интеллекта и языка отрицательно высказываются по поводу внезапного возникновения вербальной способности на основе мутации. Автор теории развития интеллекта Ж. Пиаже высказал убеждение в бесполезности и даже вредности ссылки на мутацию как объяснительный принцип возникновения языка. Принцип, предлагаемый Пиаже, – прослеживать детерминированное становление, конструирование интеллектуально-языкового развития.

Идея «языкового органа» не поддерживается также нейрофизиологами, считающими, что в вербальный процесс включается вся нейронная сеть, распределенная по разным мозговым зонам. Работа ассоциативной памяти составляет основную часть этого процесса. По характеристике Т. В. Черниговской, в этой связи вновь становятся актуальными идеи Д. Хебба, активно обсуждавшиеся еще в 1950-х годах (Черниговская, 2003, с. 153). Согласно данной модели, функционирование когнитивных единиц, таких как слова, их комбинации, зрительные образы и др., происходит на основе формирования специфических клеточных ансамблей, которые объединяют нейроны разных областей коры мозга. Один и тот же объект может стать компонентом нескольких ассоциативных блоков. По множеству петель нейронного ансамбля циркулирует и реверберирует волна возбуждения, активирующая различные его элементы. Отмечается, что слабую сторону теории Хебба составляет трудность ее эмпирической верификации.

Более конкретные и во многом эмпирически верифицируемые данные о мозговых процессах, составляющих основу психической деятельности, накапливаются в современных исследованиях в области нейронаук.

Электроэнцефалографические исследования речевого процесса

Трудности, возникающие при исследовании темы «Мозг-психика», в наши дни в большой мере преодолеваются в связи с разработкой технических способов регистрации биопотенциалов с поверхности головы при интактном мозге (Данилова, 2012). Весьма привлекательна техника изучения динамики функционирования мозговых структур с одновременной регистрацией их локализации.

Задача исследования функционирования мозговых структур во время речевого акта решается в наши дни с применением техники так называемого мозгового картирования. В последние десятилетия разработаны томографы, совмещенные с компьютерной регистрацией данных, позволяющие выявлять мозговые области, включающиеся при протекании психического процесса. Приобретение такого рода техники в силу ее высокой стоимости доступно немногим научным учреждениям нашей страны. Несмотря на это, ее использование активно развивается, что проявляется, в частности, в большой популярности темы мозгового картирования в научных исследованиях различного типа и в практике при решении медицинских задач.

Предтечей исследований мозгового картирования явилась работа Т. Н. Ушаковой, Л. А. Шустовой и Н. Е. Свидерской, выполненная еще в 1983 г. (Ушакова, Шустова, Свидерская, 1983). В исследовании использовался метод академика М. Н. Ливанова (Ливанов, 1972). Этот метод, разработанный в его лаборатории в Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, основан на регистрации биопотенциалов мозга с многих участков поверхности черепа человека и выявлении зон высокой когерентности колебаний электрических волн. Зоны высокой синхронизации, в соответствии с данными школы Ливанова, оцениваются как находящиеся в состоянии активности. Соответствующая обработка записей позволяет, таким образом, диагностировать зоны мозга, приходящие в состояние активности при выполнении человеком психологических операций. Метод дает возможность визуализации работы интактного мозга (brain imaging) во время протекания психической деятельности человека.

Для использования описанной техники применительно к вербальному акту в Институте психологии РАН в лаборатории психологии речи и психолингвистики была разработана адекватная психологическая методика. Она направлена на то, чтобы обеспечить достаточную длительность исследуемого вербального процесса, возможность определения временных границ входящих в него операций, вероятную адресацию этих операций к разным зонам мозга. В экспериментах воспроизводились речевые акты, регулируемые по их конкретному содержанию и измеряемые по времени их протекания. Одновременно регистрировалась активация областей целостного интактного мозга здорового испытуемого.

В своей технической части психологическая методика была снабжена предварительной инструкцией на выполнение человеком экспериментальных заданий. На экран, находящийся перед испытуемым, проецировалось в графической форме слово; испытуемый должен был произвести из него два однокоренных слова и составить из полученных трех слов предложение, проговорить его про себя, а потом вслух.

Пример: предъявляемое слово – «барабан», производные слова – «барабанщик», «барабанит», создаваемое предложение – «Барабанщик барабанит в барабан». При выполнении данной инструкции человек производит следующие операции: воспринимает и опознает предъявляемое слово, выполняет грамматические преобразования воспринятого слова и составляет предложение, включает деятельность артикуляторных органов при его проговаривании. По исходной гипотезе, эти психологические операции протекают с включением различных мозговых структур. Время выполнения каждой названной операции тщательно хронометрировалось и служило основанием для трактовки электроэнцефалографических данных: восприятие и опознание слова – 600–800 мс, поиск производных слов и создание предложения – 1700–1800 мс, произнесение предложения про себя и вслух – около 3000 мс.

Во время выполнения вербальных заданий испытуемый располагался в кресле в экранированной экспериментальной камере, на поверхности его черепа размещались 48 электродов для отведения биопотенциалов в том расположении, какое показано в пояснениях к представленным ниже рисункам.

В другой экспериментальной серии, служащей целям сравнения данных первой и второй серий, испытуемый производил наглядные операции: составлял целое изображение из заданных элементов. Например, следовало составить фигуру гриба из заданных шляпки и ножки.

В экспериментах приняли участие 20 здоровых человек в возрасте 18–35 лет.

Полученные электрофизиологические данные подверглись трудоемкой по возможностям техники своего времени обработке, направленной на выявление зон когерентной синхронизации биопотенциалов. Часть полученных демонстративных материалов в наглядной форме представлена на рисунке 1.

Наиболее общие выводы из полученных данных состоят в следующем.

Психологический процесс, содержащий вербальные и зрительные операции, обеспечивается динамической системой включения различных зон коры головного мозга человека. Динамика системы отличается подвижностью: на протяжении коротких отрезков времени, измеряемых сотыми долями секунды, обнаруживается порой многократная смена паттернов активации. Вся кора головного мозга в той или иной мере включается в протекание исследуемых психических процессов своими различными локусами.

Рис. 1. Динамика активации мозговых структур на различных стадиях вербального процесса.

Примечание: овалы изображают поверхность головы, откуда отводились показатели биопотенциалов; слева – левое полушарие, справа – правое; по краю овала – обозначение исследуемой зоны первой буквой ее латинского названия; каждый ряд соответствует одному из этапов исследуемого процесса; черным показаны зоны активности

Примененная техника позволила выделить некоторые специфические психофизиологические паттерны, связанные с вербальными и наглядными операциями. На ранних стадиях вербального процесса проявляется доминирование левых фронтальных и темпоральных зон. Активны также центральные и постпариетальные области. Общий характер активности – преимущественно (но не целиком) «левополушарный».

На поздней стадии процесса проявляется меньшая массивность, большая мозаичность включения различных участков работающего мозга. Левополушарность выявляется в минимальной степени. Во время деятельности наглядного плана на ранней стадии характерна активность окципитальных зон, на более поздних стадиях – окципитальных и фронтальных зон. Динамика имеет более правополушарный характер.

Семантический атлас мозга

Значительно в более позднее время группа ученых из Пенсильванского университета опубликовала статью, где описывались результаты нового типа исследований по выявлению связи речевых процессов с мозгом человека (Just et al., 2010). Новизна работы определялась применением нескольких новых исследовательских приемов. Методика опытов состояла в том, что испытуемые (7 человек) в течение двух часов прослушивали радиопередачу, где читались отрывки из художественных произведений на английском языке. Понятно, что эта деятельность совершенно естественна для человека и потому дает больше оснований для анализа, чем ситуации искусственного эксперимента.

Другая часть методики состояла в регистрации томограммы возбуждений (фМРТ), что также прогрессивно для исследования. Использовались отведения от многих точек коры обоих больших полушарий мозга каждого испытуемого. Огромная двухчасовая информация подверглась большому статистическому анализу. В результате были получены временные развертки возбуждений в каждой из размеченных точек. При интерпретации записей производилось их сопоставление по обычно используемому способу.

Через шесть лет другая команда специалистов из Калифорнийского университета в Беркли обнародовала результаты своей работы как продолжение и развитие исследования 2010 г. (Huth et al., 2016).

В обоих исследованиях было уделено специальное внимание структуре используемого текста. Во второй работе зачитывали тексты с сильно различающимися или похожими значениями слов, а также слова, связанные с разными темами: едой, домом, действиями с объектами. Для определения меры связанности слов применялась процедура их векторного представления, которое увязывает слова друг с другом по их совместному нахождению в конкретных текстах: если они встречаются вместе часто, то связаны по смыслу.

Полученные результаты показали, что семантически близкие слова единообразно представлены у всех участников эксперимента.

Из 10470 слов английского языка, использованных в прослушанных текстах, 985 слов распределились по 12 семантическим областям. Поскольку данное распределение было единообразно у всех испытуемых, это было истолковано как свидетельство определенности их представительства в мозгу человека и создан семантический атлас коры человеческого мозга.

Авторы работы высказывают мнение, что формирование выявленной семантической структуры обусловлено врожденной клеточной организацией коры головного мозга человека. Это мнение частично подтверждается данными описанного выше нашего исследования по картированию нервного процесса в коре головного мозга человека в ходе построения им устного высказывания. В последней работе у всех испытуемых также выявлена связь вербальных психологических операций с одним рисунком на поверхности головного мозга, а наглядных операций – с другим. В то же время данные нашей работы показали динамику движения физиологического процесса на разных фазах его регистрации. Похоже, в исследованиях американских ученых этот фактор не учитывался. Главное же, удивляет отсутствие обсуждения такого мощного момента эксперимента, как характер ментальных операций, производимых испытуемыми. Ведь они не просто воспринимали значение используемых слов. Они понимали описываемые события, возможно, каким-то образом оценивали их. С нашей точки зрения, именно этот пласт ментальной деятельности испытуемых составлял ее кульминационный элемент и прежде всего должен был подвергнуться анализу, тем более что сама методическая организация эксперимента вполне допускала это.