Исследование пациентов с эпилепсией помогло понять, как мозг справляется с задачей обучения новому языку, сохраняя также навык общения на родном языке. Работа нейробиологов из университета Сан Франциско пролило свет на старый вопрос о том почему так тяжело выучить второй язык уже взрослому человеку.
Это перевод статьи научного корреспондента Калифорнийского университета Робин Маркс.
оригинал: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/08/210830152857.htm
По настоящему удивительные результаты исследования дали команде возможность заглянуть в процессы того, как мозг варьирует свою активность от нейропластичности – способности создавать новые связи между нейронами во время изучения новых вещей и стабильности – которая позволяет сохранять уже созданные сети нейронов, отражающие вещи, которые мы уже знаем. Исследование было опубликовано 30 августа в выпуске журнала «Исследования национальной академии наук».
«Когда мы изучаем новый язык, наш мозг балансирует между двумя этими процессами так, как будто они конкурируют друг с другом» – утверждает Мат Леонард, кандидат наук, профессор нейрохирургии и член института Нейронаук Вейл, Калифорнийского Университета.
Используя электроды, прикрепленные к поверхности мозга, которые позволяют засечь сигналы от нервов в высоком разрешении, команда ученых узнала, что кластеры нейронов, распределенные по коре мозга, отвечающие за речь, сами регулируют свою активность\пассивность, пока человек знакомиться с иностранной речью.
«Это первые инсайты о механизме того, как мозг меняется под влиянием иностранной речи – между простым прослушиванием и возможностью слушать и что-то понимать»- говорит Леонард, главный научный сотрудник команды ученых.
«Этот момент – ключевой в изучении языка, но его очень трудно засечь, потому что процесс динамичен и уникален для каждого индивида» – говорит он. «Это исследование позволило нам увидеть, что именно происходит в регионах мозга, вовлеченных в дифференциацию звуков во время этой фазы изучения иностранного языка».
Активность мозга изменяется, когда иностранный язык становится понятнее.
Обучение звукам нового языка — это первый шаг на пути к овладению этим языком говорит Леонард. Так для нашего исследования Леонард и соавтор статьи ученый Хан Йи, доктор наук проанализировали, как активность распределялась по регионам мозга, связанным с языком и изменялась, в то время как человек начинал понимать иностранную речь.
Команда работа с 10 пациентами-добровольцами в возрасте 19-59 лет, чей родной язык был английский, и попросили их послушать речь на китайском. Китайский (мандариновый диалект) – тональный язык, в котором значение слова зависит не только от гласных и согласных, но и от тона голоса. Говорящие на нетональных языках, таких как английских часто находят очень трудным распознать значения тональных звуков.
Каждый из добровольцев в прошлом проходил операцию на мозге, во время которой ему были имплантированы электроды в мозг, чтобы найти источники их эпилептических припадков. Исследование включало 7 пацинетов в центре эпилепсии калифорнийского университета и 3-х в центре эпилепсии в университете Айовы. Добровольцы согласились позволить Леонарду и команде собрать данные высокого разрешения с 256 канальных электродов расположенных на поверхности регионов своего мозга, которые ответственные за распознания звуков речи.
В течении нескольких дней Леонард и Йи работали с добровольцами индивидуально, проигрывая записи речи нескольких человек, для которых китайский был родным. Записи речи включали в себя мужчин и женщин разных возрастов, произносящих фразы такие как «ма» и «ди», используя каждый из 4-х тонов. После каждого звука пациента отмечал – считает ли он, что тон был высоким, низким, или сначала высоким потом низким, или оставался тем же и сразу получал обратную связь – прав он или нет. Пациенты повторяли это задание около 200 раз в течении нескольких 5-10 минутных сессий.
После небольшого количества времени, говорит Леонард, люди проходили эту первичную фазу обучения и начинали правильно различать звуки по тонам.
Мы также увидели большие вариации в этом процессе. – отмечает он. Некоторые люди сначала отгадывали правильно, затем неверно, затем снова правильно – и такими колебаниями у них и шел процесс обучения.
Обучение новым звукам включает саморегулирующиеся нейронные «группы».
Когда Леонард и Йи смотрели на сигналы нейронов сгенерированных теми, кто обучался языку, они увидели закономерность, которая их одновременно удивила и объяснила ту самую кривую эффективности обучения, что они наблюдали.
Данные из другого опубликованного по этой теме источника предполагает, что активность в речевой коре может повысится, когда человек начинает понимать язык. Но, вместо этого исследователи обнаружили целый спектр изменений раскиданных по всей речевой коре; причем активность увеличивалась в одних участках коры и уменьшалась в других, сохраняя тонкий баланс.
«Эти изменения могут быть вызваны тем, что определенный регион мозга оказывается связан с определенным тоном» – утверждает Йи.
«Мы могли видеть, как одни группы клеток реагируют больше на падающий тон» — они просто взрывались активностью, в то время как другая группа клеток активизировалась, когда человек слышал поднимающийся тон» — Утверждает Йи. Это как будто эти маленькие группки нейронов принимали на себя разные роли.
Более того – то, регионы мозга и тона, которые их активизируют, отличались от человека к человеку.
Это больше похоже на то, что мозг каждого человека имеет уникальный набор групп нейронов, которые сами распределяют между собой роли, когда человек знакомиться с новыми звуками.
Леонард и Йи считают, что их находка может объяснить, почему некоторые люди различают звуки намного проще и быстрее других — всё дело в том, что каждый уникальный мозг сам формирует свой баланс между стабильностью родного языка и пластичностью, необходимой для изучения нового.
«Добровольцы смогли научиться тонам в мандаринском китайском без какого –либо эффекта на восприятия тонов в английском языке или музыке» — сказал Леонард. «Эти маленькие группы нейронов все связывались друг с другом, чтобы достигнуть такой синхронизации, чтобы можно было выполнить задачу, слажено работая друг с другом.
К со-авторам данного исследования также относятся Вильям Шурман кандидат психологических наук. Эдвард Чанг, врач медицинского центра при университете калифорнии – упоминание о них можно найти в тексте самого исследования.