Собака Павлова, слыша звонок, понимает, что скоро обед, и выделяет слюну. Так работает ассоциативное обучение или условный рефлекс. Считается, что язык дети выучивают таким же образом. Но тут есть одна проблема. Допустим, малыш слышит слово мяч и видит сам мяч. Зрительные нейроны связались со слуховыми. Но в жизни часто бывает так, что со словом мяч в речи одновременно может появиться ещё много слов. Например: «Посмотри, какой чудесный мяч несёт этот мальчик!». Добавим сюда ещё жест рукой, мимику и так далее. По закону Хэбба всё это должно связаться в один крепкий ансамбль. Ну и как ребёнок должен из всего этого понять, к чему относится слово мяч? Профессор Ф. Пульвермюллер, руководитель лаборатории в Свободном университете Берлина, объясняет это законом анти-Хэбба, который развязывает ненужные связи[12]. Укрепляются только постоянно повторяющиеся связи. Ребёнок должен несколько раз в разном контексте услышать слово мяч, чтобы выучить его.
Фридеман Пульвермюллер (Friedemann Pulvermüller) – доктор наук, профессор Свободного университета Берлина, руководитель лаборатории Мозга и языка (Brain Language Laboratory). Его интересуют нейробиологические основы языка. Профессор Пульвермюллер разработал модель обработки языка, в центре внимания которой находятся нейроны – Action perception theory. Модель выявляет нейронные сети, которые обрабатывают слова, грамматические правила, функции слов и языковых конструкций в контекстах. Профессор Пульвермюллер разрабатывает новые методы языковой терапии после инсульта. 12 лет он руководил программой в области когнитивной нейронауки языка в отделении медицинских исследований и наук о мозге (the Medical Research Cognition and Brain Sciences Unit) в Кембридже (Великобритания)[13].
Нейронные ансамбли или нейроны-одиночки
Восьми страдающим эпилепсией пациентам для лечения имплантировали электроды в мозг. Чтобы проверить, как их мозг обрабатывает зрительные сигналы, им показывали фотографии известных людей, животных, предметов и зданий. Когда одному из них показали фото Дженнифер Энистон, внезапно загорелся один нейрон в средней части височной доли. И только в том случае, если она была на фото одна! Если, например, вместе с Брэдом Питтом – никакой реакции. В другом похожем эксперименте уже другому пациенту показывали фотографии Холли Берри. Нейрон загорался, даже когда она была в образе женщины-кошки и даже просто при виде надписи Halle Berry (Холли Берри). Другие женщины-кошки не возбуждали этот нейрон.
Всего учёные проверили 132 нейрона, из которых 51 реагировал только на определённый стимул – человека, животное, предмет. Это исследование интерпретировали так, что специфическая информация может кодироваться малым числом нейронов. Вероятность случайно встретить такие нейроны в мозге ничтожно мала.
Неужели нейроны работают поодиночке, а не в ансамблях? Если это предположение верно, тогда нам нужно в коре больше нейронов, чем 16 миллиардов – чтобы закодировать для всех возможные предметы в разных вариантах.
Учёные продолжили свои исследования и обнаружили, что один нейрон реагировал на двух разных баскетболистов, один нейрон – на изображения как Люка Скайуокера, так и Йоды. Возможно, нейрон реагирует на нечто общее между изображениями. Например, на баскетбол или на «Звёздные войны». Другой вопрос, который задали себе учёные: сколько нейронов реагирует на один стимул, и наоборот, на сколько стимулов реагирует один нейрон? Ответ: на стимул реагирует менее нескольких миллионов нейронов, и каждый из них может выстрелить на несколько десятков картинок[14]. Один нейрон в разное время играет в разных ансамблях.
Зоны мозга, необходимые для речи
В конце XIX века немецкого нейроанатома и психиатра Корбиниана Бродмана заинтересовала структура мозга, а точнее коры. С воодушевлением он принялся за составление карты головного мозга человека. Он заметил, что в одних зонах слоистая структура коры более явно выражена, чем в других. Почти 10 лет он нарезал мозги людей, собак, кошек, тюленей и других животных на тончайшие – не больше 10 микрометров – срезы (иначе не разглядеть нейроны!), стабилизировал и химически их окрашивал. Затем фотографировал под микроскопом и анализировал. Какой титанический труд!
12
Pulvermüler F. (2018). Neural reuse of action perception circuits for language, concepts and communication. Progress in Neurobiology. Elsevier Ltd. https://doi.org/10.1016/j.pneurobio.2017.07.001
14
Quian Quiroga R. & Kreiman G. (2010). Postscript: About Grandmother Cells and Jennifer Aniston Neurons. Psychological Review, 117(1), 297–299. https://doi.org/10.1037/0033-295X.117.1.297