Исследование: одни группы нейронов реагируют на слова, а другие — на целые фразы

С помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) нейробиологи ранее уже изучали зоны мозга, ответственные за обработку речи. Но изучить функции нейронов внутри этих областей до недавнего времени было сложно. Дело в том, что фМРТ может показать только интенсивность кровотока в определенных участках, но не активность самих клеток.

Теперь же нейробиологи Массачусетского технологического института, используя высокоточную запись электрической активности мозга, определили различные кластеры нейронов, которые, по-видимому, обрабатывают языковые фрагменты разной длины: от одного до шести слов.

В ходе исследования 2016 года исследовательская группа под руководством Эвелины Федоренко записала электрическую активность мозга шести человек с помощью электродов, имплантированных в мозг. Эти данные уникальны, поскольку процедура инвазивная, и ее можно было провести лишь на пациентах, перенесших операцию по поводу неврологического заболевания.

Электрическая активность регистрировалась, когда участники читали полные предложения, списки слов, списки «не-слов» (наборы символов) и бессмысленные, хотя и грамматически правильные, предложения¹.

Результаты эксперимента 2016 года показали, что в зонах обработки языка активность некоторых нейронных популяций постепенно нарастала по мере чтения нескольких слов в составе предложений. Однако этого не происходило, когда они читали списки слов, списки «не-слов» и бессмысленные предложения.

В новом исследовании нейролингвисты Тамар Регев и Колтон Кастро вернулись к этим данным, а также прибавили к ним данные нового эксперимента с участием 16 человек. Их интересовали различия во времени реакции на стимулы отдельных групп нейронов. Поскольку данные были сняты с использованием сотен мини-электродов, Регев и Кастро смогли обнаружить такие изменения.

Они разделили популяции нейронов на три типа в зависимости от профиля активности во временно́м диапазоне: реагирующие на одно слово, на четыре или на шесть. Популяции с самым коротким временны́м окном были обнаружены преимущественно в задней височной доле, а популяции из двух других кластеров были распределены более равномерно по височной и лобной долям.

Лаборатория Федоренко теперь планирует изучить, соответствует ли разное время реакции разным функциям. Одна из гипотез заключается в том, что популяции с самыми короткими временными окнами обрабатывают значение одного слова, в то время как популяции с более широкими окнами интерпретируют значения, представленные несколькими словами.