Мозг одинаково «слышит» знакомый и незнакомый язык

Один из ключевых вопросов в нейробиологии речи — это степень специфичности аудиторного процессинга в мозге к родному языку человека. Предыдущие исследования идентифицировали верхнюю височную извилину (superior temporal gyrus, STG) как ключевой регион обработки речи. Авторы статьи в Nature измерили активность нейронов в этом регионе мозга в ответ на слышимую речь и описали сходства и различия в восприятии родного и незнакомого языка.

В исследовании приняли участие 20 человек, владеющих одним языком —испанским, английским или севернокитайским (мандаринским). Участники прослушивали запись речи на родном и незнакомом языке в течение примерно 20 минут. Активность их мозга регистрировали при помощи электрокортикографии высокой плотности — метода измерения с наложением электродов непосредственно на кору больших полушарий. Инвазивная процедура не проводилась специально для этой работы — все участники проходили ее в рамках мониторинга эпилепсии.

Авторы идентифицировали 883 электрода, которые регистрировали выраженную активность на звуки любой речи. Большинство было установлено в STG. При этом общий паттерн активности был крайне схож между родным и незнакомым языком (79,84% электродов зарегистрировали значимый ответ на оба языка). Тогда ученые решили проверить, кодируют ли одни и те же группы нейронов одну и ту же информацию в разных языках. Для этого они составили модель акустико-фонетических особенностей и оценили ее корреляцию с активностью нейронов. Оказалось, что активность на 93,37% проанализированных электродов значимо коррелировала с акустическими параметрами речи — то есть одни и те же группы нейронов обрабатывают одинаковые звуки в разных языках. Авторам также удалось идентифицировать небольшие, но значимые различия в активности нейронов, связанные с фонетическими особенностями того или иного языка. 

Одну из главных трудностей в восприятии незнакомого языка представляет идентификация границ слов. Авторы дополнили предыдущую модель параметрами, связанными с распознаванием слов (этот анализ провели только на англо- и испаноговорящих участниках). Оказалось, что для родного языка связанные с границами слов параметры объясняли значимо больше вариации в активности нейронов, чем для незнакомого языка. Нейроны, ассоциированные с границами слов, преимущественно располагались в средней части STG. При этом большинство из них демонстрировало активность только в ответ на родную речь, а малая часть — только в ответ на незнакомый язык, что может отражать процессы обучения и адаптации к незнакомой речи. 

Чтобы более подробно изучить процессы распознавания слов, авторы сравнили нейронный ответ на границы слогов и слов. Значимые различия между ними наблюдались только для родного языка. Наибольшие различия между реакцией на знакомый и незнакомый язык были выявлены для «акустически неопределенных» границ слов — слабо отличающихся по звучанию от границ слогов. 

Наконец, ученые проанализировали данные восьми человек, владеющих как испанским, так и английским. Оказалось, что активность нейронов в ответ на родной и выученный язык по большинству параметров значимо не различается, то есть мозг использует одни и те же механизмы для восприятия и обработки разных языков. 

На дополнительной выборке людей, говорящих на русском, арабском и корейском с разной степенью владения английским, было показано, что с ростом уровня владения языком повышается способность мозга выявлять границы между словами. Иными словами, родной язык играет меньше роли в восприятии, чем степень владения тем языком, речь на котором человек слышит в данный момент.

В сенсомоторной коре нашли участки, отвечающие за планирование речи

Генетика заикания различается у мужчин и женщин