Человеческий мозг — сложнейшая система во Вселенной, обладающая уникальной способностью к языку и речи. Язык позволяет обозначать абстрактные явления, которые существуют вне связи с реальными образами или фактами, поэтому мы так сложны. Но как происходит организация мыслительных процессов, результат которых — живая речь? Если вскрыть мозг, мы увидим лишь ткани — не будет никаких существительных, деепричастий, сложных или простых предложений. Каким образом фиксируют процессы, происходящие в мозге у человека, когда он говорит, слушает, воспринимает сложные образы и воспроизводит их? Об этом корреспонденту «Научной России» рассказала директор Центра языка и мозга НИУ ВШЭ доктор филологических наук Ольга Драгой.
— Давайте поговорим про мультидисциплинарную область, которая затрагивает самую сложную систему во Вселенной — человеческий мозг. Расскажите, что такое нейролингвистика и почему нам интересно изучать взаимосвязь языка и мозга?
— Нейролингвистика — наука о соотношении языка и мозга, о том, как язык становится возможным на мозговом субстрате, как он усваивается детьми вместе с развитием мозга, как взрослые носители языка обрабатывают язык, понимают и порождают тексты, как нарушается язык и из-за каких языковых поражений. Вот весь этот комплекс вопросов интересует нейролингвистов.
— Информация о том, какие нарушения происходят в мозге, нужна, чтобы их корректировать?
— Да, клиническая лингвистика — это огромная отрасль нейролингвистики, и даже исторически у нас в стране нейролингвистикой называли именно клиническую лингвистику. Это подраздел нейропсихологии, связанный с речевыми нарушениями — в частности, со стойкими нарушениями языка, так называемыми афазиями, которые, как правило, возникают после инсульта.
— Какие существуют методы анализа мозга? Что мы видим при картировании?
— К сожалению, мы еще далеки от полного понимания, какие именно мозговые нарушения вызывают конкретные речевые нарушения. Пока наука и медицина находятся на той стадии, когда понимания, в какой части языковой сети в мозге возникает определенный тип афазии, недостаточно, чтобы полностью скорректировать речевой дефицит.
Картирование мозга. Центр языка и мозга НИУ ВШЭ
— Есть врожденные нарушения, а есть приобретенные, полученные вследствие какого-либо заболевания. Врожденные нарушения наподобие дислексии сегодня поддаются лечению?
— Я бы не назвала их врожденными. Это скорее нарушение развития, когда речевая функция или функция освоения чтения не развивается и не усваивается ребенком в нужное время в нужном объеме. Даже если ребенок в раннем возрасте получает мозговое нарушение, например вследствие инсульта или эпилепсии, при которых требуется пресечь взаимодействие между полушариями, провести сложные операции с серьезным воздействием на мозг, в большинстве случаев происходит компенсация. У младенца может произойти инсульт в левое полушарие, отвечающее у подавляющего большинства людей за речь; тем не менее речь будет усвоена в полном объеме за счет структур правого полушария, не предназначенного для языковой обработки. Если повреждение мозга привязано к рождению, то, скорее всего, произойдет полная компенсация.
Другой вопрос, когда нарушение развивается постепенно, ровно в этот критический период усвоения определенной функции. Есть временнóе окно, когда дети должны усвоить язык. К двум годам ребенок владеет большим словарным запасом, к трем годам — синтаксисом. В русском языке дети уже не путают падежи или делают это в сложных случаях. Они могут составлять длинные фразы. То есть в три года человек довольно неплохо разговаривает.
Если в этот период по мере усвоения функций происходит какой-то патологический процесс в мозге, препятствующий их усвоению, это называется нарушением развития. Коррекция таких нарушений очень сильно отличается от ситуации, когда нарушение и повреждение мозга приобретенные, как у взрослого человека со сформированным головным мозгом. Когда языковая функция полностью сформирована и происходит их выпадение, тогда коррекция идет по другому пути.
— По какому?
— Есть гипотезы, которые описывают нарушение сформированных функций и функций в развитии. Например, у нас с вами функция полностью сформирована, и если произойдет нарушение, то прежде всего выпадут самые верхние этажи. На уровне языка это будет выражаться в дискурсивных нарушениях. То есть наш текст уже не будет таким гладким, мы будем стараться говорить более короткими предложениями. Объем текста уменьшится, и слова будут скорее высокочастотные, чем низкочастотные. Так мы упрощаем себе задачу. При эпилепсии, когда мозг страдает из-за постоянных судорог, дискурсивный уровень нарушается в первую очередь. Пациенты с эпилепсией редко говорят аграмматично, редко вместо «собака» могут сказать «кошка», не допускают семантических парафазий, но их текст беден.
Если нарушения более серьезные, рушатся базовые уровни языка. При различных видах афазии страдает лексический уровень и люди неправильно употребляют слова. Или при нарушениях лобных долей и левого полушария возникает аграмматизм, когда пациенты не согласуют слова в предложении и опускают глаголы, поскольку это более сложная часть речи. Они могут говорить набором существительных в именительном падеже.
У взрослого человека нарушения происходят сверху вниз, у ребенка ситуация обратная, так как развитие идет снизу вверх. Чтобы скорректировать детский дефицит, надо начинать с нижних этажей. Например, чтение — это высокоорганизованный процесс. Если мы фиксируем трудности чтения у ребенка, нам нужно начинать коррекцию с базовых уровней. Одно из наиболее частых нарушений при дислексии — нарушение фонологического восприятия, восприятия фонем, звуков речи. Из-за того, что фонологический слух нарушен, все остальные надстройки наслаиваются друг на друга и начинают страдать другие лингвистические этажи. Дети с дислексией плохо слышат разницу между близкими фонемами, затем на это наслаивается плохое сопоставление «фонема — графема», а в результате ребенок плохо читает целые тексты.
— То есть надо это вовремя отследить?
— Обязательно. В случае детей необходимы самые ранние скрининги базовых функций. Кроме фундаментальных исследований в нашем центре мы уделяем много внимания созданию диагностических инструментов — и в случае фонологического дефицита, и при чтении на базовом уровне. У нас есть диагностические тесты, которые мы можем использовать в детском саду, когда дети еще не читают тексты, но могут читать настоящие и псевдослова. Глядя на то, как они это делают, уже можно предсказывать уровень чтения в первом и втором классах. Нужно вовремя диагностировать возможный риск развития дислексии и направить усилия педагогической коррекции.
— Такая диагностика сейчас проводится в садах или только в специализированных учреждениях, которые сотрудничают с центрами?
— Пока мы находимся на этапе апробации диагностических тестов в партнерских садах, но наша цель — распространить их по всей стране.
— Когда родители приходят с какими-либо детскими отклонениями, в какой фазе находятся нарушения? Когда замечают, что уже что-то не так? На что следует обратить внимание в первую очередь, чтобы предотвратить развитие языковых нарушений в дальнейшем?
— На все. Потому что очень важные этапы происходят в первый год жизни. Ребенок должен вовремя залепетать, вовремя начать реагировать на голос матери и на речь на родном языке. Потому что в первые месяцы жизни ребенок рождается открытым для любого языка. Он может быть помещен в любую языковую среду и усвоить его.
Когда дети играют со звуками, они зачастую произносят звуки, нехарактерные для родного языка. Так они пробуют свой артикуляционный аппарат, чтобы быть готовыми ко всему. За несколько месяцев возникает «тюнинг» среды, в которой ребенок находится. Он теряет способность различать фонематические противопоставления, не присущие его языку. Это этапы, о которых многие родители знают. Понятно, что если ребенок вообще не реагирует на обращенную речь, то это уже повод забить тревогу.
Дети-участники исследований. Центр языка и мозга НИУ ВШЭ
Есть более скрытые этапы. Сложно сказать, как их использовать родителям в ежедневной практике, но они очень интересны с точки зрения механизмов развития языка. Например, около семи месяцев дети проявляют способность к статистическому научению — и это ровно тот период, когда происходит «тюнинг» на свой язык. То есть ребенок вычленяет закономерности, начинает понимать отдельные слова, границы между ними, определенные сочетания звуков и слогов, которые встречаются чаще, начинает воспринимать ударения, помогающие членить речевой поток.
Когда заточка на свой конкретный язык завершена, эта способность уже не так нужна. Конечно, она сохраняется и у взрослых, как в экспериментах с искусственным языком: если нам давать прослушивать несуществующие слова, но подобранные определенным образом, мы тоже будем вычленять закономерности. Но в жизни мы это мало используем, потому что усвоили язык.
У детей эта способность немного угасает к году, она становится не нужна. Конечно, родителям сложно отследить такие тонкости, но есть основные моменты — реакция на обращенную речь, нарастание словарного запаса к двум годам, становление синтаксиса к трем. Если этого не происходит, пора начинать беспокоиться.
Есть индивидуальная вариативность, половые различия, различия между монолингвами и билингвами. Бывает, в мультиязычных семьях речь детей задерживается в развитии.
— «Тюнинг» происходит позже?
— Да, они находятся в очень сложной ситуации. Им нужно разделить слова разных языков. Проще всего это сделать, когда один родитель говорит на одном языке, второй на другом.
— Это надо брать на заметку родителям, которые хотят сделать из своих детей билингвов.
— Нужно понимать, что ребенок довольно сильно загружается когнитивно, когда находится в сложной языковой среде. Помимо становления языковых процессов, ему нужно разобраться в социолингвистической ситуации, которая его окружает. Это, конечно, требует времени. Но каждый неврологически здоровый ребенок способен освоить одновременно несколько языков. В этом нет сомнения. Поэтому языковое развитие у детей-билингвов может быть немного отодвинуто во времени, но рано или поздно восполняется.
На европейской части России живет большинство монолингвов, и мы видим, что родители довольно поздно обращаются к специалистам. Мы не клиническое учреждение, но плотно работаем с профильными клиниками, больницами, в частности Москвы. Например, Центр патологии речи и нейрореабилитации располагает детским отделением, где мы проводим исследования с детьми. Часто родители начинают бить тревогу, когда ребенку три-четыре года, ссылаясь на индивидуальную вариативность.
Поэтому раннее вмешательство — залог успешной коррекции.
— Правда, что у билингвов при исследовании мозга видно, когда человек переключается между языками?
— Это преувеличение. Исследуя группы людей монолингвов и билингвов, давая им одно и то же задание, фиксируя их мозговую активность с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии, в большинстве исследований мы видим различия. И даже не только в функции, но и в структуре мозга. Это связывают с тем, что билингвы постоянно переходят с одного языка на другой, а это требует большего вовлечения управляющих функций. Соответственно, области мозга, на субстрате которых реализуется управляющая функция, получают большее развитие. Это видно, если использовать метод морфометрии и измерять толщину серого вещества: упомянутые области мозга у билингвов обладают большей толщиной серого вещества, чем у монолингвов.
Исследования показывают, что язык «А» и язык «Б» топографически расположены одинаково. Однако билингвам, чтобы переходить с одного языка на другой, нужно подключать зоны, реализующие управляющую функцию. Но топография самой языковой сети одинакова.
С другой стороны, в последние десятилетия этот вопрос стали изучать методологически более тщательно, чем это делали раньше. В частности, в Стране басков в Центре сознания, мозга и языка (The Basque Center on Cognition, Brain and Language) использовали разные методы и в результате на больших выборках не увидели различий между монолингвами и билингвами.
Эти исследования мотивированы полуромантической идеей, которая 30 лет назад главенствовала — считалось, что билингвы имеют когнитивное преимущество перед монолингвами. Было очень много работ на малых выборках, которые действительно показывали, что у них лучше развиты управляющие функции. А коллеги из Страны басков во многих работах последовательно показали отсутствие этого эффекта. И сейчас мы находимся в области неизвестного: мы понимаем, что, возможно, эти эффекты есть. Скорее всего, они очень небольшие и проявляются только в определенных условиях и далеко не у всех. А у кого и при каких условиях — это нам предстоит узнать.
— Билингвом можно только вырасти, им нельзя стать?
— И да и нет. Потому что билингвизм — это континуальное явление. Одно дело, когда ребенок с рождения в полной мере усваивает несколько языков: с папой говорит на одном, с мамой — на другом, в школе опять на первом, ходит к друзьям или бабушке — снова говорит на втором. Объем инпута на обоих языках и объем практики одинаковый.
Большая часть участников психолингвистических экспериментов оказываются в ситуации, когда, например, ребенок рождается в одной стране, семья эмигрирует и в возрасте детского сада или младшего школьного возраста ребенок попадает в другую языковую среду. Дома он общается с родителями на первом языке, а социум покрывается другим. У нас было такое исследование русско-немецких билингвов. Это дети, которые мигрировали в шесть-семь лет, для большинства из них немецкий стал основным языком. Если ты живешь в стране с языком «Б», ходишь в школу, затем в университет, все твои друзья говорят на немецком языке, то язык «А» становится субдоминантным, «домашним» языком.
Другая ситуация — выучивание иностранного языка во взрослом возрасте. Все зависит от того, в каком объеме вы его используете. Вы можете сейчас выучить новый язык, уехать в другую страну и больше никогда не говорить по-русски. А если вы выучите новый язык, останетесь жить в России и будете изредка читать книги, разговаривать с некоторыми друзьями — это совершенно другая ситуация. Возраст усвоения и объем использования языка — решающие факторы того, как организован этот второй язык в мозге по сравнению с первым.
— То есть это не просто владение, а тоже называется «билингвизм»?
— Да, в широком смысле билингвизм — это ситуация владения двумя и более языками в любом объеме.
— Говорят, что при переключении между языками происходит переключение между культурами. Когда человек даже тональность голоса подстраивает под особенности второго языка. Это действительно так? Или это индивидуальные особенности некоторых людей?
— Такой побочный эффект действительно есть. Но коллеги, занимающиеся изучением освоения второго языка, говорят, что даже желательно придерживаться культурной имитации, чтобы успешно выучить язык. Язык без культурного контекста — выдернутый феномен. Если к изучению языка подключить культурную составляющую, это поможет лучше усвоить язык. В особенности это относится к экзотическим языкам. У нас есть исследование, где мы уже второй год учим курсантов японскому языку с нуля и регистрируем, как уровень усвоения зависит, во-первых, от базовых когнитивных показателей, во-вторых, от погружения в культурный контекст, потому что многие языковые компоненты привязаны к культурным.
— Давайте поговорим про мозг взрослых людей. Считается, что у взрослых сложнее образуются новые нейронные связи и с возрастом труднее обучаться. В каком возрасте человек начинает терять способность к обучению? И есть ли способ натренировать мозг?
— Действительно, в детском возрасте обучение происходит гораздо эффективнее, вся природа головного мозга способствует этому. Но когда основные функции, в том числе язык, усваиваются, происходят так называемые сокращения нейронных связей.
Ольга Викторовна Драгой в стенах Центра языка и мозга НИУ ВШЭ
Ребенок рождается с некоторым запасом. Усвоение речи происходит вплоть до пубертата, 11–12 лет. До этого возраста развиваются лобные доли, которые нужны для порождения и понимания текста. Субстрат готов воспринять бесконечно много, но окружающий мир ограничен и все, что нужно человеку, тоже имеет предел. Поэтому ребенок усваивает функции и нейрональный запас отбрасывается.
У взрослого человека действует принцип развития при тренировке. Тренировка в самом широком смысле — когнитивная, физическая. При физической тренировке развиваются моторные области мозга. Если тренировки не происходит, нет нагрузки на головной мозг, тогда связи тоже сворачиваются. Это не значит, что нейроны отмирают. За этим стоит другой механизм: когда нейрон работает активно, у него разрастаются дендриты за счет шипиков, через шипики происходят связи с другими нейронами. Когда нейрон меньше работает, шипики сворачиваются, но в любой момент можно повернуть этот процесс вспять.
Если человек лежит на диване и ни физически, ни когнитивно не работает, мозг находится в сберегающем режиме. Как только человек начинает тренироваться, он поворачивает этот механизм вспять. Если постоянно тренироваться, работа мозга налаживается и все больше активируется. Если был простой, требуется период на раскачку.
— Но в любом случае когнитивную активность можно восстановить?
— Функциональная пластичность не ограничена возрастом. Она в значительной степени присутствует в детском возрасте, но человек способен к обучению до конца жизни. Это значит, что мозг пластичен, потому что нет других механизмов для обучения.
— Мы уже говорили про нарушения. Есть ли основные показатели развития мозга через речевой аппарат? Считается, что словарный запас — показатель интеллекта, но в то же время мы знаем, что существуют дислексия, дисграфия и другие нарушения, которые на физиологическом уровне не дают развиваться, как условному большинству.
— Мозг — не единый орган. Показатель отдельной функции не может быть показателем развития всего мозга. Несмотря на то что современные представления о когнитивной функции соотносятся с определением сети, язык не расположен в каком-то конкретном отделе мозга. Это целая сеть отделов, которые постоянно взаимодействуют между собой. При этом есть функциональная специализация. То есть зрительные отделы — это не субстрат управляющих функций, и наоборот. Из-за функциональной специализации можно соотносить речевое развитие с развитием конкретных отделов, вовлеченных в речевую функцию.
Если говорить о том, насколько речь отражает общее когнитивное развитие на психическом уровне, ответ будет таков: скорее не отражает. Есть яркие примеры, когда у человека очень бедная речь, но при этом он гениален математически или таланлив как художник.
Это свидетельствует о том, что когнитивное развитие — комплексный феномен, который состоит из речевого развития, уровня развития памяти, управляющих функций и других талантов.
— Как полюбить учиться? Даже когда человек полжизни пролежал на диване, он может в какой-то момент начать развивать свой мозг? Что может этому способствовать?
— Насильно мил не будешь. Если не хочешь, то без внешней мотивации нет способа заставить себя развиваться. Но если человек чего-то не делает, ему это не нужно. Я, например, не умею кататься на параплане, мне это не нужно. Зачем заставлять себя? Есть навязанные обществом представления о том, что хорошо читать, нужно быть образованным. Но это не обязательно для счастья. Человек сам выбирает, что ему нужно.
Если вы сами понимаете, что вам нужно развить какую-то функцию, значит нужно найти такие мотиваторы, которые будут подталкивать вас к постоянной тренировке. Несмотря на существование эвристики и подходов к быстрому усвоению некоторых функций, к сожалению, ответ такой: тому, чтобы мозг работал на уровне автоматизма, ничего, кроме долгих последовательных тренировок, не поможет. Нужно постоянно заниматься, и тогда функция будет натренирована, мозг нейрофизиологически и анатомически будет предрасположен для ее реализации. Но как только перестанете этим заниматься, функция и шипики «скукожатся».
Яркий пример из области физической культуры. Если человек начинает заниматься спортом и делает это в большом объеме, моторные области начинают развиваться всего за несколько недель. Когда он перестает, все возвращается обратно. Те же самые механизмы реализуются в отношении других функций.
— Расскажите про Центр языка и мозга. Чем здесь занимаются, с какими нарушениями работают и какими методами?
— Наш центр был основан в 2013 г. В этом году мы будем праздновать десятилетие. Мы занимаемся психолингвистическими исследованиями с использованием различной методологии: и поведенческих методик, и регистрации движения глаз. Мы занимаемся также нейролингвистикой: с помощью современных методов нейровизуализации — функциональной магнитно-резонансной томографии, электроэнцефалографии, магнитоэнцефалографии — исследуем, как взрослые здоровые люди обрабатывают язык, как они понимают речь и порождают ее. Еще одно направление — клиническая лингвистика, где мы исследуем и взрослых, и детей.
Ольга Викторовна Драгой в шумоизоляционной комнате
Огромная доля работы относится к исследованию постинсультных афазий. Мы выясняем, как связаны между собой речевое нарушение и объем мозговых поражений. В практическом смысле это нужно для предсказаний: когда пациент после инсульта находится в остром периоде, неизвестно, останется у него речевой дефицит или скорректируется сам собой через три месяца.
— Это можно предсказать?
— Мы пытаемся по расположению и объему очага инсульта предсказать, что ждет человека через три месяца.
Мы разрабатываем также диагностические инструменты для того, чтобы детально понять, на каком этаже находится лингвистическое нарушение, потому что на поведенческом уровне это способ указать логопеду, куда нужно направить его коррекционные усилия.
Мы много работаем с нейрохирургическими популяциями, пациентами с опухолями мозга и фармакорезистентной эпилепсией, которые должны пройти нейрохирургическое вмешательство, и сопровождаем операции. Вместе с нейрохирургом пробуждаем пациента и выполняем картирование речевой функции. У пациентов наблюдается пластичность речи, и мы заранее не знаем, где точно расположены речевые зоны. А хирургу это важно, чтобы не затронуть их во время резекции.
У детей мы исследуем феномен дислексии методом регистрации движения глаз. С помощью магнитной энцефалографии устанавливаем, как различаются мозговые сети, связанные с чтением, у типично развивающихся детей и детей с дислексией.
Много работы связано с изучением речи детей с аутизмом. Считается, что аутизм — скорее нарушение социального взаимодействия. У некоторых пациентов есть речевые проблемы, а у части нет. Было непонятно, у кого, при каких условиях и при каком аутизме они встречаются, поскольку аутизм — спектральное расстройство. И мы в больших когортах детей с расстройством аутистического спектра (РАС) тестировали речь в разных возрастах и определяли локусы речевого дефицита.
— Какие результаты?
— Во-первых, действительно, не у всех детей с РАС нарушена речь. Но когда она нарушена, это удивительным образом связывает РАС с дислексией, происходит нарушение на уровне слухового восприятия. Сначала мы это зафиксировали поведенчески, затем — с помощью метода энцефалографии и магнитоэнцефалографии на уровне мозга: работа височных отделов у детей с РАС и у типично развивающихся детей различается. Эта гипотеза была высказана довольно давно, в том числе некоторыми зарубежными коллегами и Татьяной Александровной Строгановой, известным отечественным нейроученым. Но мы в частных экспериментах последовательно подтвердили эту гипотезу: часто в основе высокоуровневых нарушений у детей с РАС лежат базовые сенсорные нарушения, которые возникают из-за нейромедиаторных нарушений работы височных долей.
— Какие перспективы у нейролингвистики? Что вы видите в обозримом будущем?
— Сейчас мы активно работаем над запуском регистрации непосредственной активности мозга для речепродукции. Есть ряд обездвиженных пациентов, в том числе с двигательным нарушением речевого аппарата, молчащие люди. При этом их дефицит находится на уровне проводящих путей между мозгом и артикуляторным аппаратом, то есть ядерные речевые зоны работают нормально. Если бы человек мог передать этот импульс на артикуляцию, он бы говорил. Но на разных этапах переключения сигнала происходят нарушения.
В последние годы нейролингвистический мир озабочен вопросом, можем ли мы с помощью электродов, вживленных в кору головного мозга, записывать электрическую активность и превращать ее в речь. Это стало бы ассистивным интерфейсом для таких пациентов.
Подобные решения открывают широкие прикладные возможности. Сначала мы можем вживлять электроды, затем — отходить от инвазивности или сделать ее не такой критичной. Трансляция непосредственной нейрональной активности в речь имеет широкие перспективы в плане управления девайсами, альтернативной коммуникации. А с фундаментальной точки зрения интересно, может ли нейрональная активность транслироваться напрямую.