Собачий мозг обрабатывает речевую информацию почти так же, как человеческий
Венгерские нейробиологи при помощи магнитно-резонансной томографии изучили реакцию собачьего мозга на произносимые человеком слова, различающиеся по смыслу (похвала или нейтральные слова) и интонации (хвалебная или нейтральная). Оказалось, что у собак, как и у людей, смысл слов обрабатывается левым полушарием, а интонация — правым. При этом система внутреннего подкрепления, отвечающая за приятные эмоции, реагирует только на хвалебные слова, произнесенные с соответствующей интонацией, но не на те же слова, произнесенные нейтрально, и не на нейтральные слова, произнесенные как похвала. Результаты согласуются с идеей о том, что нейронные структуры, отвечающие за обработку речевой информации в мозге человека, скорее всего, появились не вместе с речью, а гораздо раньше, и изначально использовались для более простых форм звуковой коммуникации.
Многие млекопитающие информируют сородичей о своем эмоциональном состоянии при помощи звуковых сигналов, причем сородичи эти сигналы прекрасно понимают (E. F. Briefer, 2012. ). Считается, что человеческая речь радикально отличается от звуковой коммуникации других животных тем, что с произвольными последовательностями звуков связывается конкретный смысл, который может не иметь никакого отношения ни к эмоциональному состоянию говорящего, ни вообще к тому, что происходит здесь и сейчас. Правда, у ряда других животных тоже обнаружены неплохие языковые способности. Например, у некоторых обезьян есть специальные звуковые сигналы — «слова» для обозначения ограниченного круга самых важных объектов, таких как летающие или наземные хищники; человекообразные обезьяны после специального обучения овладевают языком (например, жестовым) на уровне 2–2,5-летнего ребенка, да и попугаи от них не сильно отстают (I. M. Pepperberg, H. R. Shive, 2001.). Хотя, конечно, никто не будет спорить с тем, что по сложности, гибкости и эффективности системы общения люди далеко опередили всех остальных животных (см.: ).
На нейробиологическом уровне важнейшей особенностью человеческой речи являетсямежполушарная асимметрия: за понимание смысла слов в большей степени отвечает левое полушарие, а за понимание интонаций, контекста, эмоционального состояния говорящего и метафор — правое.
Откуда взялась асимметрия речевой функции, является ли она уникальной особенностью человека, которая развивалась параллельно с речью, или имеет более глубокие эволюционные корни — вопрос дискуссионный. Согласно «акустической» гипотезе, в ее основе лежит функциональная асимметрия слуховых отделов коры: предполагается, что левые слуховые отделы издавна специализировались на быстро сменяющихся звуках (таких как стремительная череда фонем в произносимых словах), а правые — на звуках, меняющихся плавно, подобно интонации. «Функциональная» гипотеза предполагает, что левое полушарие издавна работало именно со смыслами, независимо от того, из каких звуков — быстро меняющихся или монотонных — этот смысл извлекается. Есть также мнение, что асимметрия речевой функции у людей связана с различием задач, стоящих перед правой и левой рукой: правая рука, контролируемая левым полушарием, у правшей специализируется на мелких и точных движениях, левая — на более «глобальных» (см.: , «Элементы», 23.11.2010).
Впрочем, на сегодняшний день уже ясно, что функциональная асимметрия полушарий не является уникальной особенностью человека с его изощренной орудийной деятельностью. Например, показано, что у обезьян и мышей левое полушарие сильнее реагирует на «осмысленные» звуки (сигналы, подаваемые сородичами), чем правое (G. Ehret, 1987. ). Однако подобных данных пока еще слишком мало для глобальных выводов.
Отличным объектом для изучения межполушарной асимметрии являются собаки, которые за тысячи лет адаптации к совместной жизни с человеком освоили ряд чисто человеческих способов общения. Собаки способны различать до 1000 словесных команд, они отлично понимают интонации и даже научились манипулировать нашими эмоциями при помощи долгого, проникновенного взгляда в глаза, что абсолютно не свойственно прирученным волкам (см.: , «Элементы», 20.04.2015).
Недавно были получены первые косвенные данные, указывающие на то, что у собак, возможно, есть такая же, как у людей, межполушарная асимметрия в обработке речевой информации. Оказалось, что в ответ на осмысленные, но произнесенные с нейтральной интонацией слова собаки чаще поворачивают голову вправо, а бессмысленные слова, произнесенные выразительно, стимулируют поворот головы влево. Это согласуется с предположением о том, что смысл слов оценивается левым полушарием (куда поступает информация от правого уха), а интонация — правым (см.: Victoria F. Ratcliffe, David Reby, 2014. ).
В новом исследовании венгерских нейробиологов, результаты которого опубликованы в свежем выпуске журнала Science, вывод о наличии у собак межполушарной асимметрии получил убедительное подтверждение. На этот раз за работой мозга следили не по косвенным признакам (поворотам головы), а напрямую при помощи фМРТ.
13 собак, принявших участие в эксперименте с согласия своих хозяев, для начала были обучены неподвижно лежать в томографе — немаловажная часть эксперимента, которая едва ли прошла бы столь же гладко с любым другим видом животных. Голос инструктора, к которому все собаки успели привыкнуть за время обучения, использовался затем для записи речевых сигналов. Сигналы делились на 4 типа (рис. 2):
1) хвалебные слова, используемые венгерскими собачниками в общении со своими питомцами, произнесенные с соответствующей интонацией (Praise words, praising intonation, Pp);
2) те же слова, произнесенные нейтральным голосом (Praise words, neutral intonation, Pn);
3) нейтральные слова (союзы, не несущие сами по себе никакого смысла), произнесенные так, как будто это похвала (Neutral words, praising intonation, Np);
4) те же нейтральные слова, произнесенные с нейтральной интонацией (Neutral words, neutral intonation, Nn).
  |
Все записанные слова были двухсложными, состояли из 4–5 фонем и были тщательно выровнены по громкости. Авторы предварительно дали послушать всё это людям, не знающим венгерского, и убедились, что хвалебная интонация легко распознается иностранцами, хотя смысла слов без интонационных подсказок никто угадать не может. Венгерские собаки, в отличие от иностранцев, были хорошо знакомы не только с интонациями, но и с самими словами.
Из слов каждого типа составили короткие блоки (по три однотипных слова в каждом), а из этих блоков, расположенных в случайном порядке и разбавленных паузами, — семиминутную последовательность, которую собака должна была прослушать, неподвижно лежа в томографе. Томограф тем временем регистрировал приток крови к тем или иным участкам коры. Если собака не выдерживала и смещала голову хотя бы на 3 мм, опыт не засчитывался. В итоге все собаки, кроме одной, успешно выдержали по два таких испытания.
Полученные данные были подвергнуты сложному статистическому анализу, который позволил, во-первых, локализовать участки коры, сильнее реагирующие на человеческую речь, чем на тишину (рис. 2, D).
Кроме того, оказалось, что левые «речевые» области собачьей коры сильнее, чем правые, реагируют на осмысленные (в данном случае — хвалебные) слова, с какой бы интонацией те ни произносились. Это важный результат, показывающий, что у собак, как и у людей, есть участки коры, отображающие смысл слов как таковой, в отрыве от контекстов и интонаций. Это серьезный аргумент в пользу того, что собаки действительно понимают слова, а не просто выучиваются определенным образом реагировать на те или иные звуковые сигналы.
В правом полушарии в ответ на слова, произнесенные с хвалебной интонацией (и независимо от смысла слов), наблюдалась скоррелированная активность, свидетельствующая о функциональной связи (см. functional connectivity) между участком ассоциативной слуховой коры (средняя часть правой эктосильвиевой извилины, right middle ectosylvian gyrus, RmESG) и правым хвостатым ядром. Ранее было показано, что работа RmESG связана вообще с обработкой эмоциональных звуковых сигналов, не обязательно членораздельных и не только человеческих, но и собачьих тоже. Хвостатое ядро, в свою очередь, является частью системы внутреннего подкрепления (см. Reward system) и участвует в формировании мотиваций и намерений. Аналогичная функциональная связь между участками правой слуховой коры, реагирующими на интонации, и системой внутреннего подкрепления характерна и для человеческого мозга.
Таким образом, у собак обнаружилась такая же межполушарная асимметрия обработки речевых сигналов, как и у людей. Левое полушарие извлекает из звуков конкретный смысл, правое работает с интонациями и эмоциями.
Кроме того, исследователи обнаружили, что главные центры системы внутреннего подкрепления, от которых дофаминовые сигналы расходятся по другим ее отделам, —вентральная область покрышки и черная субстанция среднего мозга — у подопытных собак демонстрировали повышенную активность только в ответ на сигналы первого типа, то есть хвалебные слова, произнесенные с хвалебной интонацией. Очевидно, это значит, что только такие слова собакам было по-настоящему приятно слышать. Главный же вывод состоит в том, что собачий мозг, подобно человеческому, не только по отдельности проводит лексический и интонационный анализ услышанных слов, но и умело интегрирует результаты этих двух процедур, чтобы решить, стоит ли радоваться.
Маловероятно, что обнаруженная у собак межполушарная асимметрия развилась с нуля всего за пару десятков тысячелетий коэволюции с человеком. Возможно, это проявление некого древнего свойства мозга млекопитающих, состоящего в том, что кора левого полушария склонна детализировать, а правого — обобщать.
Источник: // Science. 2016. V. 353. P. 1030–1032.
http://www.scorcher.ru/xml/news.rss
|
Рис. 2. Четыре типа словесных сигналов (А), их средний тон (хвалебная интонация соответствует более высокому тону, B) и отделы коры собачьего мозга, отвечающие за восприятие речевых стимулов (D; слева — левое полушарие, справа — правое). Изображение из обсуждаемой статьи в Science