Как мозг хранит слова: почему «кошки» и «птицы» лежат на одной полке

Итак, что же произошло? Учёные из Массачусетского технологического института буквально «подслушали» мозг живых людей и составили невероятно детальную карту нейронных ансамблей, отвечающих за значения слов.

Исследование, конечно, проводилось на английском языке. Но, как отмечает нейрохирург Зив Уильямс из MIT, это ключевой шаг к разгадке: как же наша «внутренняя библиотека» языка устроена на самом деле? «Составляя карту перекрывающихся групп клеток, которые реагируют на разные слова, — говорит он, — мы можем начать строить настоящий нейронный тезаурус смыслов».

Результаты этой кропотливой работы были опубликованы в авторитетном журнале Nature.

Картографирование значений: Где в мозге рождается смысл?

Когда вы слышите слово, его звуковая оболочка сначала обрабатывается слуховой корой. Но настоящее волшебство происходит дальше. За понимание сути — «семантического значения» — отвечает префронтальная кора. Это наш командный центр, где рождаются сложные мысли и происходит осмысление.

Раньше этот процесс изучали, отслеживая кровоток в мозге (например, с помощью фМРТ), что позволяло связать слова с довольно крупными участками. Полезно, но размыто. Уильямс и его команда получили уникальный шанс увидеть всё в режиме реального времени и с беспрецедентной чёткостью. Они работали с десятью пациентами, которым в мозг уже были имплантированы электроды для лечения эпилепсии. Эти электроды позволили записывать активность около 300 отдельных нейронов префронтальной коры у каждого участника.

Пока пациенты слушали короткие предложения (всего около 450 слов), учёные фиксировали, какие именно нейроны и в какой момент «загорались». На каждое слово реагировали в среднем два-три нейрона. Да, команда увидела лишь крошечную долю из миллиардов клеток, но и этого хватило для революционных выводов. Затем они проанализировали, какие слова «запускали» одни и те же нейронные ансамбли.

Нейронный смысл: Как мозг группирует понятия

И тут началось самое интересное. Оказалось, что нейроны группируют слова в логичные категории! «Действия», «люди», «животные» — у каждого понятия свой нейронный «клуб по интересам». Мозг чётко связывает родственные идеи: слова «утка» и «яйцо» активировали практически одинаковые наборы клеток. Паттерны для «мыши» и «крысы» были гораздо более похожими, чем для «мыши» и «моркови». А для абстрактных понятий, вроде «выше» или «позади», нашлись свои, особые группы нейронов.

И что самое удивительное — эта система категорий оказалась универсальной! У всех десяти участников эксперимента мозг раскладывал значения по одним и тем же «полкам». Наша нейронная семантика, получается, устроена очень похоже. Неужели это означает, что базовые категории мышления у всех людей общие?

Важный нюанс: префронтальная кора реагирует именно на смысл, а не на звучание. Когда человек слышал слово «сын» (son), активировались нейроны, связанные с семьёй, а не те, что кодируют небесное светило (sun), хотя слова звучат идентично. Мозг слышит не ушами, а смыслом.

Чтение мыслей: Насколько близко мы подошли?

Фактически, исследователям удалось частично «прочесть» мысли. Они не могли восстановить предложение дословно, но по паттерну активности могли определить: «Ага, здесь упоминалось животное, потом действие, а потом еда, и именно в такой последовательности».

«Получить такой уровень детализации, заглянуть в работу одиночного нейрона — это мощнейший результат», — комментирует Викаш Гилья из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Его особенно впечатлило, что учёным удалось уловить не только категории слов, но и порядок их появления в речи.

И это уже не просто фундаментальная наука. По словам Гильи, умение декодировать естественную речь в реальном времени критически важно для создания интерфейсов «мозг-компьютер». Такие технологии в будущем смогут вернуть голос тем, кто его потерял. Мы начинаем не просто подслушивать мозг, а учимся переводить его тихий язык в слова.