Мысли вслух: ученые нашли участки мозга, которые «думают» об угрозах
Ученые Курчатовского института впервые в истории науки смогли определить участки мозга, которые отвечают за осмысление 12 групп понятий русского языка — таких, как «угроза», «цель», «опыт», «событие» и других. В мире существует только одно подобное исследование для понятий английского языка, проведенное специалистами Калифорнийского университета в Беркли (США). В будущем исследователи надеются выделить отдельные кластеры в мозге человека, которые отвечают за представления о свете, времени, пространстве, разуме и эмоциях. Результаты работы ученых могут инициировать новое развитие области искусственного интеллекта.
В «черном ящике»
Человеческий мозг продолжает оставаться для ученых загадочным «черным ящиком». Функции, за которые он отвечает, хорошо известны, но как структурно они распределяются внутри мозга, пока не ясно. Поэтому локализация нейрокогнитивных процессов стала одним из основных направлений современной науки. В большинстве экспериментов из этой области регистрируется разница между восприятием двух типов различных раздражителей, например, картинок. Ученые Курчатовского института использовали методику иного рода. Они сравнили между собой целостную активность воспринимающего рассказ мозга в тот момент, когда участники исследования слышали то или иное слово.
НИЦ «Курчатовский институт» провел эксперимент при поддержке Российского научного фонда и с участием коллег из РГГУ и МФТИ. Испытуемыми стали 47 носителей русского языка. Им представили тексты трех типов: описания природы из произведений русских писателей, описания принципов работы технических устройств и рассказы о жизни от первого лица, включающие личные переживания автора. Наибольший отклик в мозгу каждого из участников исследования вызвали рассказы последнего типа, поэтому ученые сосредоточили свое внимание именно на них. Реакции мозга участников на озвученные диктором тексты регистрировались с помощью метода функциональной магнитно-резонансной томографии.
Исследователи обнаружили: близкие по значению слова обрабатываются находящимися рядом областями мозга. С помощью математических расчетов ученые определили участки, осмысляющие понятия в зависимости от их значения. Специалисты выделили в мозге 12 семантических кластеров, в каждый из которых вошли близкие по смыслу слова, а также слова других значений, но воспринимаемые в ситуативном контексте как близкие.
В число первых локализованных учеными в мозге понятий попали в том числе «перестройка», «город», «угроза», «коллектив», «война», «лишение», «опыт», «цель», «пространство», «порядок», «попытка» и «событие». Сотрудники Курчатовского института также просчитали, где относительно этих 12 «ячеек» будут располагаться участки, оперирующие тысячей наиболее часто употребляемых слов русского языка.
— Мы надеемся в будущем выделить отдельные кластеры, ответственные за представления о свете и цвете, механических операциях и перемещении объектов в пространстве и времени, — рассказал ведущий научный сотрудник Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» Артемий Котов.
Значение эксперимента для науки трудно переоценить. Специалисты НИЦ «Курчатовский институт» первыми в мире определили участки мозга, которые отвечают за восприятие понятий в контексте целостных рассказов, так называемых нарративов, разных тематик на русском языке. Ранее ученым удавалось выявлять только локальные области, реагирующие на отдельные слова или предложения, причем, прежде всего в левом полушарии. Оказалось, что в осмыслении текста задействованы не просто некоторые участки, а мозг в целом. В этом процессе участвуют элементы, расположенные буквально во всех его областях.
— В экспериментах мы постарались продолжить русскую и советскую гуманитарную традицию изучения понимания человеком сложных текстов, но с помощью самых передовых методов естественных наук, — рассказал «Известиям» руководитель группы ученых, выполнивших это исследование, главный научный сотрудник Отделения нейрокогнитивных и социогуманитарных наук НИЦ «Курчатовский институт», член-корреспондент РАН Борис Величковский. — По сути дела мы реконструировали индивидуальный взгляд человека на некоторую проблемную ситуацию. Нам даже удалось выделить те области мозга слушателя, в которых осуществляется моделирование самого автора рассказа.
По образу и подобию
В исследовании показано, что в ответ на слова осмысленного текста формируются определенные образы и им соответствуют обширные области головного мозга, которые по-разному активируются, пояснил проректор Томского политехнического университета по цифровизации Александр Фадеев. По мнению специалиста, похожая ситуация сложилась и в искусственных нейронных сетях.
— Сейчас нам всё еще неизвестно, что происходит внутри искусственной нейронной сети, — сказал Александр Фадеев. — И когда эта сеть принимает решение, она, как головной мозг человека, активирует различные зоны, которые сформировались в процессе обучения. Непонимание того, что происходит внутри сети, создает проблемы для развития нейроподобных технологий. Неизвестно, например, почему нейронная сеть, управляющая автомобилем, совершает тот или иной маневр.
По словам эксперта, вполне возможно, что методики, которые были применены для изучения мозга человека, можно использовать, чтобы понять процессы и в искусственных нейронных сетях.
Практическое применение результатов работы ученых Курчатовского института может заключаться в том, чтобы с помощью речевых инструментов влиять на различные участки мозга, например, для лечения и реабилитации больных с различными поражениями мозга, считает доцент кафедры автоматики и процессов управления СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Дмитрий Каплун.
— В дальнейшем на основании результатов исследования можно будет судить о восприятии русского языка нашим мозгом, что позволит создавать системы на основе искусственного интеллекта для распознавания речи, которые могли бы понимать не только саму речь, но и интонации, контекст, — сказал Дмитрий Каплун.
Как и любое фундаментальное открытие, результаты исследований ученых Курчатовского института в долгосрочной перспективе могут иметь множество практических применений.
В мире существует только одно подобное исследование для понятий английского языка, проведенное специалистами Калифорнийского университета в Беркли (США). Американские исследователи первыми обнаружили, что участки, осмысляющие понятия нарратива, необычно широко распределены по всей коре головного мозга.
