Читати думки можливо: наддокладна карта мозку виявляє нейрони, що кодують значення слів

Вперше вчені ідентифікували окремі клітини мозку, пов'язані з мовною сутністю слова.

Вивчаючи мозок живих людей, науковці створили найдетальнішу на сьогоднішній день карту нейронів, які кодують значення різних слів. Результати вказують на те, що у різних людей мозок використовує одні й ті ж стандартні категорії для класифікації слів, допомагаючи нам перетворювати звук у сенс. Робота була опублікована 3 липня 2024 року в журналі Nature.

Дослідження ґрунтується лише на словах англійської мови. Але це крок до з'ясування того, як мозок зберігає слова у своїй мовній бібліотеці, говорить нейрохірург Зів Вільямс з Массачусетського технологічного інституту в Кембриджі. Картаючи перекриваючі набори мозкових клітин, які реагують на різні слова, він зазначає, що «ми можемо спробувати почати створювати тезаурус значень».

Область мозку, звана слуховою корою, обробляє звук слова, коли він потрапляє у вухо. Але саме префронтальна кора мозку, область, де відбувається мозкова активність вищого порядку, виробляє «семантичне значення» слова — його суть або основний зміст.

Попередні дослідження вивчали цей процес, аналізуючи зображення кровотоку в мозку, який є непрямим показником мозкової активності. Цей метод дозволив дослідникам зіставити значення слова з невеликими областями мозку.

Але Вільямс і його колеги знайшли унікальну можливість побачити, як окремі нейрони кодують мову в реальному часі. Його група залучила 10 осіб, що готувалися до операції з приводу епілепсії, кожному з яких у мозок були імплантовані електроди для визначення джерела нападів. Електроди дозволили дослідникам записати активність близько 300 нейронів у префронтальній корі кожної людини.

Коли учасники слухали кілька коротких речень, що містять загалом близько 450 слів, вчені фіксували, які нейрони активувалися і коли. Вільямс зазначає, що близько двох або трьох окремих нейронів активувалися для кожного слова, хоча він зазначає, що команда зафіксувала активність лише крихітної частини мільярдів нейронів префронтальної кори. Потім дослідники розглянули схожість між словами, які активували ту ж саму нейронну активність.

Слова, на які реагував один і той же набір нейронів, потрапляли у схожі категорії, такі як дії або слова, пов'язані з людьми. Команда також виявила, що слова, які мозок міг асоціювати одне з одним, такі як «качка» і «яйце», активували деякі з тих самих нейронів. Слова з подібним значенням, такі як «миша» і «щур», активували патерни нейронної активності, які були більш схожі, ніж патерни, викликані «мишею» і «морквою». Інші групи нейронів реагували на слова, пов'язані з більш абстрактними поняттями: реляційні слова, такі як «вище» і «позаду», наприклад.

За словами Вільямса, категорії, які мозок присвоює словам, були схожими у всіх учасників, що дозволяє припустити, що людський мозок групує значення однаковим чином.

Нейрони префронтальної кори не розрізняли слова за їх звучанням, тільки за їх значенням. Наприклад, коли людина чула слово «син» у реченні, слова, пов'язані з членами родини, активувалися. Але ці нейрони не реагували на «Сонце» у реченні, незважаючи на те, що ці слова мали однакове звучання.

В деякій мірі дослідники змогли визначити, що чують люди, спостерігаючи за активністю їх нейронів. Хоча вони не могли відтворити точні речення, вони могли сказати, наприклад, що речення містить тварину, дію і їжу, саме в такому порядку.

«Отримати такий рівень деталізації і зазирнути в те, що відбувається на рівні окремих нейронів, досить круто», — каже Вікаш Джілья, інженер Каліфорнійського університету в Сан-Дієго і головний науковий співробітник компанії Paradromics, яка займається інтерфейсом мозок-комп'ютер. Його вразило те, що дослідники змогли визначити не тільки нейрони, відповідні словам і їх категоріям, але й порядок, у якому вони були вимовлені.

Запис з нейронів відбувається набагато швидше, ніж за допомогою візуалізації; за його словами, розуміння мови на її природній швидкості буде мати важливе значення для майбутніх робіт зі створення пристроїв інтерфейсу «мозок-комп'ютер», які відновлюють мову у людей, що втратили цю здатність.