Нейронный механизм речеобразования разложили на миллисекунды

В норме скорость плавной речи взрослого человека составляет два-три слова в секунду, которые извлекаются из ментального лексикона объемом около 100 тысяч слов. Способность к такой систематизации определяет качество вербальной коммуникации, и ее значимость подтверждают случаи афазии. Однако нейронный коррелят речеобразования остается неясным. Обычно его изучение предполагает предъявление испытуемым серии связанных и несвязанных по смыслу изображений: по одной из гипотез, первые ускоряют активацию специфических зон мозга за счет семантической интерференции (semantic interference). Между тем ряд опытов (1, 2) выявили обратную тенденцию — в пользу семантического прйминга.

К участкам мозга, ассоциирующимся с формированием речи, относятся нижняя лобная извилина (IFG), медиальные зоны предвигательной (pre-SMA) и передней поясной коры, средняя (MTG) и нижняя (ITG) височные извилины. Помимо надежных результатов, прошлые исследования лексической семантики не предусматривали оценку пространственно-временных параметров работы этих структур. Чтобы восполнить пробел, сотрудники Университета штата Калифорния в Сан-Диего и других учреждений провели эксперимент с девятью пациентами, которые готовились к хирургическому лечению эпилепсии. На этом этапе их мозговая активность записывалась с помощью интракраниальных электродов.

Как правило, такой метод (электрокортикография, ЭКоГ) используется в экспериментах на диких животных. В случае испытуемых он применялся для поиска эпилептического очага с целью последующего удаления. Таким образом, подготовка пациентов позволила авторам измерить скорость извлечения слов с миллисекундным временным разрешением. Ученые сосредоточились на высокочастотной активности (70–150 герц) мозга — согласно предыдущим работам, она сравнительно точно отражает показатель при выполнении языковых тестов. Активность регистрировали при предъявлении четырех категорий предметов (одежда, животные, музыкальные инструменты, быт), которые участники должны были быстро назвать.

Результаты показали, что распознавание образов и извлечение слов происходили практически одновременно и задействовали более широкую сеть мозга, чем предполагалось прежде. Так, примерно через 400–600 миллисекунд после предъявления стимула в нижней височной и лобной извилинах возникала семантическая интерференция. Затем активация этих зон возрастала, сопровождаясь (при смешивании несвязанных понятий) усилением потенциалов в латеральной предвигательной и медиальной префронтальной коре. По мнению ученых, последняя, вероятно, отвечает за разрешение семантических противоречий, тогда как ITG первой включается в поиск подходящего слова.

С учетом времени активации (за 350 миллисекунд до и в течение 250 миллисекунд после озвучивания ответа) предвигательная кора, в свою очередь, может играть роль модулятора речи, считают авторы. Примечательно также, что повреждение pre-SMA у одного из пациентов привело к значительному (более чем на 40 процентных пунктов) замедлению времени отклика. Эти данные согласуются с итогами некоторых прошлых экспериментов (1, 2). Активация остальных структур мозга происходила спустя 600–800 миллисекунд после демонстрации изображения. Исследователи отмечают, что прояснение нейронного коррелята речеобразования может помочь в разработке новых методов лечения нарушений речи.

Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ранее исследователи выяснили, что ограниченная представленность инструментальных глаголов в речи пациентов с афазией связана с «усталостью» их мозга.