Ученые разобрались, как мозг понимает «музыку» речи

Результаты исследования, проведенного нейробиологами из Калифорнийского университета (Сан-Франциско, США), опубликованы в журнале Science.

Изменение тона голоса в процессе речи — такая же фундаментальная часть коммуникации между людьми, как мелодия в музыке. Есть тональные языки, в которых значение слова может полностью меняться в зависимости от интонации, с которой оно произнесено. Но даже в атональных языках различия в высоте тона при произнесении фраз могут существенно менять их значение. Нашему мозгу приходится буквально на лету, в течение миллисекунд, интерпретировать эти зачастую минимальные колебания в высоте тона, учитывая индивидуальные особенности речи собеседника. Более того, параллельно мозг анализирует грамматику и синтаксис произносимой речи. В итоге на основании всей совокупности поступающей информации, происходит понимание смысла и значения того, что произносит другой человек.

Предыдущие исследования показали, что наиболее чувствительны к тону голоса и смене интонаций фронтальная кора и височные доли мозга. Однако до сих пор многое в процессе понимания значения речи остается неясным. Чтобы разобраться в этом вопросе, группа исследователей под руководством нейрохирурга, профессора Эдварда Чана (Edward Chang), провела эксперимент с участием 10 пациентов с тяжелой формой эпилепсии. В рамках подготовки к операции в кору головного мозга этих людей вводят тончайшие электроды, что позволяет определить области, которые необходимо удалить во время операции, и зоны, которые необходимо обойти, например, те, что отвечают за речь. Такие электроды позволяют следить за электрической активностью различных участков мозга, чем и воспользовались Чан и его коллеги.

Пациентов, добровольно согласившихся принять участие в исследовании, попросили прослушать четыре предложения, одинаковых по длине и синтаксису. Каждое прозвучало в исполнении разных людей с четырьмя различными интонациями — нейтральной, с ударением на первое слово, с ударением на третье слово и вопросительной. При изменении интонации значение фраз существенно менялось. Ученые при этом следили за активностью нейронов в верхней височной извилине — наиболее вероятном «кандидате» на роль отдела мозга, ответственного за понимание интонации.

Чану и его коллегам удалось выявить несколько групп нейронов, у каждой из которых своя специализация. Одна группа отвечает за различение индивидуальной интонации говорящего. Другая — реагирует на звуковые различия в произнесенных словах, независимо от того, кто их произносит. Еще одна группа нервных клеток реагирует только на тип интонации — нейтральный, вопросительный, с тем или иным ударением — не обращая внимания на остальные подробности.

Чтобы удостовериться, что у них получилось «взломать» мозговую систему извлечения интонационной информации из речи, ученые разработали компьютерный алгоритм. Эта модель позволила предсказать, как отреагируют те или иные группы нейронов верхней височной извилины на сотни фраз, произносимых разными людьми. «Мы смогли не только показать, в каком месте мозга "зашита" способность к восприятию интонации, но и как это работает, — пояснила один из авторов исследования Клэр Тан (Claire Tang). — Наши данные демонстрируют, как мозг начинает разбираться в сложнейшем звуковом потоке, который представляет собой речь, и выделять в нем важнейшие опорные точки, позволяющие понять то, что он слышит, — кто говорит, что говорит, и как говорит».  

Ранее ученые рассказали, чем для мозга полезна музыка.