Сколько времени нужно человеческому мозгу, чтобы выучить новое слово? Исследователи Сколтеха и их коллеги проследили, как меняется активность мозга в процессе изучения новых слов, и обнаружили, что корковые репрезентации звучания и значения новых слов формируются всего за 1-2 часа. В предыдущих исследованиях подобные изменения регистрировались исключительно на второй день после эксперимента, после ночного сна. Полученные результаты могут найти применение в диагностике нарушений речи, а также использоваться для повышения эффективности учебных программ. Статья по итогам работы опубликована в журнале Frontiers in Neuroscience.
Рассмотрим в качестве примера слово престидижитатор, которое обозначает фокусника, отличающегося особой быстротой и ловкостью рук. Если вы никогда раньше этого слова не слышали, вам достаточно несколько раз его повторить, и считайте, что вы его выучили. Знакомство с новыми словами кажется очень простой задачей, мы успешно справляемся с ней в повседневной жизни. Однако нейрокогнитивные механизмы, отвечающие за этот процесс мало изучены. До сих пор неизвестно, как происходит трансформация эпизодического опыта в долговременное знание, и выученное слово сохраняется в нашей памяти спустя дни, недели и годы.
«Природа слова двояка: с одной стороны это фонетическая структура, т.е. определенное звучание, которое наш мозг учится распознавать, с другой -- семантика, связанная с этой структурой (в простом случае ассоциация с объектом или действием). Чтобы разобраться в механизме усвоения новых слов, необходимо учитывать оба эти аспекта: создавая псевдослово, нужно помнить, что оно должно иметь оригинальное звучание, т.е. не должно включать уже известные корни и другие морфемы, а также оригинальное значение, т.е. не должно быть синонимом какого-либо известного слова. Выполнить эти требования и добиться их соблюдения в экспериментальных условиях довольно сложно. Еще одна сложность заключается в разделении семантических и фонологических процессов, которые пересекаются как во времени, так и по локализации в мозге. Наконец, не менее сложно обеспечить эффективное обучение, то есть придумать такую задачу, которая мотивирует испытуемого «включить мозг» буквально», − поясняет соавтор статьи Александра Разоренова.
Исследователи из Центра Сколтеха по научным и инженерным вычислительным технологиям для задач с большими массивами данных (CDISE) Александра Разоренова и Анна Буторина в сотрудничестве со специалистами Московского центра нейрокогнитивных исследований (МЭГ Центр МГППУ) попытались разобраться в том, как мозг человека учится обрабатывать новые фонетические структуры (распознавать псевдослово) и присваивать им значение. Они также пытались обнаружить пластические изменения в коре больших полушарий непосредственно после знакомства с новым словом (без консолидации во время ночного сна). Проводившиеся ранее исследования в этом направлении были немногочисленны и не дают однозначного ответа на эти вопросы.
Исследователи провели эксперимент с участием 24 человек, которых просили выучить 8 псевдослов. Четырем словам в соответствие ставилось движение одной из четырех конечностей. Таким образом часть псевдослов приобретала оригинальную семантику, а оставшиеся псевдослова оставались без смысла. Для наблюдения за активностью мозга исследователи использовали метод магнитоэнцефалографии (МЭГ). В отличие от своих коллег, ранее проводивших подобные исследования, ученые Сколтеха не ограничились исследованием какой-либо конкретной области коры головного мозга или заданным временны́м интервалом, и провели широкий поиск изменений в нейронной активности, сопровождающих выучивание нового слова.
Исследователям удалось не только обнаружить изменения в активности коры головного мозга в течение короткого двухчасового эксперимента, но и показать, что эти изменения более выражены для псевдослов, связанных со значением (по сравнению с «бессмысленными» псевдословами).
«В первую очередь, наши результаты служат доказательством того, что слово усваивается непосредственно корой, минуя структуры кратковременной памяти (такие как гиппокамп). А существенное отличие между нейронными откликами на «значимые» - связанные с действием - и «бессмысленные» псевдослова до и после обучения, дает ответ на вопрос о локализации «семантической сети», а также о тесной связи между семантическим и фонологическим аспектами усвоения новых слов. Назначенный смысл делает один набор фонем более приоритетным сигналом по отношению к остальным. Это видно по дополнительным изменениям отклика в зонах, отвечающих за обработку фонетики. Проще говоря, наш мозг в первую очередь учится эффективно распознавать «значимые» псевдослова, дает этому сигналу приоритет над другими, больше ресурса», − рассказывает Разоренова.
Ученые полагают, что их экспериментальные подходы и методы анализа данных можно будет использовать для диагностики речевых расстройств, поскольку они позволяют отличать нарушения фонологических процессов, вызванные наличием у пациента сенсорной афазии, от нарушений в работе семантической сети.
«Если размышлять глобально, наши результаты указывают на чрезвычайно важную роль интерактивного обучения в отличие от процедур пассивного обучения, которые широко представлены в литературе. Ключевую роль играют как личный опыт взаимодействия, эмоции в ходе выполнения задачи, это отсылает нас к парадигме Павлова. Однако в методологии лингвистики метод подкрепления до сих пор недооценивается. Результаты нашего исследования можно использовать в качестве экспериментальной основы для совершенствования программ изучения иностранных языков для взрослых, а также коррекционных программ для детей с нарушениями развития языка и речи. Внедрение методик активного поиска и обучения с подкреплением существенно повысит эффективность освоения любого навыка, в том числе освоение языка», − отмечает Александра Разоренова.
В исследовании принимали участие специалисты Московского государственного психолого-педагогического университета (МГППУ), Высшей школы экономики (ВШЭ) и МГУ им. М. В. Ломоносова. Работа была поддержана грантом Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ № 17-29-02168)
*****
Сколтех – негосударственный международный университет. Созданный в 2011 году в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом (MIT), Сколтех готовит новое поколение лидеров в области науки, технологий и бизнеса, проводит исследования в прорывных областях и содействует технологическим инновациям с целью решения важнейших проблем, стоящих перед Россией и миром. Сколтех развивает шесть приоритетов: наука о данных и искусственный интеллект, науки о жизни и здоровье, современные методы проектирования и перспективные материалы, энергоэффективность, фотоника и квантовые технологии, перспективные исследования. Усилия Сколтеха призваны способствовать укреплению технологического превосходства России в приоритетных направлениях.
