Как в головном мозге слова складываются в предложения?
07.12.2011
1909
0
19090
Результаты обследования пациентов с нарушениями речи, вызванными нейродегенеративными заболеваниями, позволили установить, что разные проводящие пути нервной системы выполняют различные функции в процессе обработки лингвистической информации. Результаты исследования были опубликованы в журнале Neuron.
Известно, что за понимание человеческой речи и способность составлять предложения ответственны определенные области левого полушария головного мозга. До проведения настоящего исследования не было установлено, как именно в головном мозге происходит разделение сложных процессов, необходимых для понимания речи и ее создания.
За последнее десятилетие технологии визуализации головного мозга были значительно усовершенствованы. Это позволило установить, что чрезвычайно сложные когнитивные процессы, например, обработка лингвистической информации, происходят не только в определенных областях головного мозга, представленных скоплениями нервных клеток (сером веществе), но и в проводящих нервных путях, соединяющих эти области (белом веществе).
«Применение новых технологий помогло ученым выяснить, что в «языковой» сети головного мозга участвует большее количество проводящих нервных путей, чем считалось ранее . Предполагалось, что эти проводящие нервные пути имеют различные функции, однако особенности информации, передаваемой по этим нервным путям, ученым не были известны», - говорит руководитель исследования Стефен Вилсон (Stephen Wilson), доцент с кафедры речи, языка и слуха Университета Аризоны ([url=http://www.arizona.edu/ ]University of Arizona[/url], США).
Совместно с коллегами из Университета Аризоны, а также учеными с кафедры неврологии Университета Калифорнии в Сан-Франциско (University of California, США) и Научного Института и Университетской Больницы Сан-Рафаэля в Милане (Scientific Institute and University Hospital San Raffaele, Италия), Вилсон подтвердил важную роль проводящих нервных путей в процессе формирования речи, а также установил значимость их функциональной специализации.
Два центра головного мозга под названием область Брока и область Вернике являются главными центрами обработки лингвистической информации. Эти области соединены между собой плотными пучками нервных волокон – верхними и нижними проводящими нервными путями, представляющими собой белое вещество. Они напоминают оптический кабель, соединяющий компьютерные серверы. Однако большинство исследований до сих пор было посвящено изучению нервных клеток непосредственно внутри областей Брока и Вернике.
Команда ученых под руководством Вилсона обследовала пациентов, страдающих различными нарушениями речи, вызванными разными нейродегенеративными заболеваниями. Все пациенты – 15 мужчин и 12 женщин в возрасте около 66 лет – наблюдались в Центре Памяти и Старения (Memory and Aging Center) при Университете Калифорнии в Сан-Франциско. Для того чтобы определить функции двух основных проводящих нервных путей, пациентам проводили сканирование головного мозга и предлагали выполнить ряд языковых тестов.
«Выяснилось, что при повреждении нижнего проводящего нервного пути у пациента страдает лексика и семантика. Эти больные забывают названия предметов и значения слов, но, к удивлению, они хорошо выстраивают слова в предложениях, - объяснил Вилсон, - Пациенты с повреждением верхнего проводящего нервного пути, наоборот, хорошо помнят названия предметов, помнят слова, понимают их значение, но не способны понимать смысл сложных предложений».
Ученые отмечают, что в их исследовании впервые было продемонстрировано, что верхний и нижний проводящие нервные пути имеют разные функции при обработке лингвистической информации. В обработке информации о синтаксической структуре предложения основная роль принадлежит верхнему проводящему нервному пути.
В отличие от многих других исследований, посвященных изучению приобретенных нарушений речи – афазий, возникающих чаще всего вследствие повреждений головного мозга, команда ученых под руководством Вилсона имела уникальную возможность обследовать больных с крайне специфичными повреждениями головного мозга различной степени тяжести.
«Большинство афазий вызвано инсультами. Чаще всего при инсультах страдают области головного мозга, ответственные за речь, что, вероятно, приводит к повреждению обоих проводящих нервных путей, - говорит Вилсон, – В противоположность этому, пациенты с прогрессирующими афазиями, с которыми мы работали, имели очень редкие и крайне специфические нейродегенеративные заболевания, связанные с поражением специфичных областей головного мозга, что позволило нам точно определить, какие функции имеют два проводящих нервных пути в процессе обработки лингвистической информации».
С целью определения функций каждого пучка нервных волокон в процессе обработки лингвистической информации ученые одновременно использовали метод магнитно-резонансной томографии (МРТ), позволяющий визуализировать поврежденные области головного мозга, и языковые функциональные тесты, предназначенные для оценки способности участников исследования составлять предложения и понимать их смысл.
«Мы предлагали участникам исследования небольшую ситуационную задачу, а затем просили их описать логичный вариант развития событий. Например, если бы я вас спросил: «Что должно случиться с человеком, который гулял вдоль железнодорожных путей и не услышал приближающегося поезда?», вы бы ответили, что его сбил поезд. Однако пациент с повреждением верхнего проводящего нервного пути может сказать: «Поезд, человек, сбит». Мы выяснили, что нижний проводящий нервный путь имеет иную функцию, которая заключается в понимании отдельных слов», – говорит Вилсон.
Для оценки понимания смысла предложения экспериментаторы предлагали участникам исследования решить другие задачи. Предлагалась ситуация: «Девочка, толкающая мальчика, зеленая». Затем ученые спрашивали, какая из двух предложенных фотографий более правильно отражает эту ситуацию.
«На одной картинке зеленая девочка толкает мальчика, на другой – девочка толкает зеленого мальчика. В ситуации задействованы одинаковые цвета и действующие лица, описано аналогичное действие. Разница предлагаемой ситуации заключалась в том, какой цвет имеет действующее лицо. Пациенты, у которых поврежден только нижний проводящий нервный путь, хорошо справились с этой задачей. Таким образом, повреждение нижнего проводящего нервного пути не влияет на способность пациента использовать небольшие служебные слова или служебные окончания слов для установления взаимосвязи между словами в предложении», - рассказал Вилсон.
«Результаты нашего исследования демонстрируют, что нарушения способности анализировать предложения не могут быть объяснены только потерей серого вещества. Нами было впервые установлено, что специфический недостаток одного из компонентов речи ассоциирован с повреждением одного из двух главных проводящих нервных путей, связывающих центры обработки лингвистической информации в головном мозге», - добавил Вилсон.
С помощью магнитно-резонансной томографии головного мозга ученые могут визуализировать две главных области обработки лингвистической информации – область Брока (выделена желтым цветом) и область Вернике (выделена малиновым цветом) (фото: Stephen Wilson)
По материалам University of Arizona
Оригинальная статья:
Stephen M. Wilson, Sebastiano Galantucci, Maria Carmela Tartaglia, Kindle Rising, Dianne K. Patterson, Maya L. Henry, Jennifer M. Ogar, Jessica DeLeon, Bruce L. Miller, Maria Luisa Gorno-Tempini. Syntactic Processing Depends on Dorsal Language Tracts. Neuron, 2011; 72 (2): 397 DOI: 10.1016/j.neuron.2011.09.014
Известно, что за понимание человеческой речи и способность составлять предложения ответственны определенные области левого полушария головного мозга. До проведения настоящего исследования не было установлено, как именно в головном мозге происходит разделение сложных процессов, необходимых для понимания речи и ее создания.
За последнее десятилетие технологии визуализации головного мозга были значительно усовершенствованы. Это позволило установить, что чрезвычайно сложные когнитивные процессы, например, обработка лингвистической информации, происходят не только в определенных областях головного мозга, представленных скоплениями нервных клеток (сером веществе), но и в проводящих нервных путях, соединяющих эти области (белом веществе).
«Применение новых технологий помогло ученым выяснить, что в «языковой» сети головного мозга участвует большее количество проводящих нервных путей, чем считалось ранее . Предполагалось, что эти проводящие нервные пути имеют различные функции, однако особенности информации, передаваемой по этим нервным путям, ученым не были известны», - говорит руководитель исследования Стефен Вилсон (Stephen Wilson), доцент с кафедры речи, языка и слуха Университета Аризоны ([url=http://www.arizona.edu/ ]University of Arizona[/url], США).
Совместно с коллегами из Университета Аризоны, а также учеными с кафедры неврологии Университета Калифорнии в Сан-Франциско (University of California, США) и Научного Института и Университетской Больницы Сан-Рафаэля в Милане (Scientific Institute and University Hospital San Raffaele, Италия), Вилсон подтвердил важную роль проводящих нервных путей в процессе формирования речи, а также установил значимость их функциональной специализации.
Два центра головного мозга под названием область Брока и область Вернике являются главными центрами обработки лингвистической информации. Эти области соединены между собой плотными пучками нервных волокон – верхними и нижними проводящими нервными путями, представляющими собой белое вещество. Они напоминают оптический кабель, соединяющий компьютерные серверы. Однако большинство исследований до сих пор было посвящено изучению нервных клеток непосредственно внутри областей Брока и Вернике.
Команда ученых под руководством Вилсона обследовала пациентов, страдающих различными нарушениями речи, вызванными разными нейродегенеративными заболеваниями. Все пациенты – 15 мужчин и 12 женщин в возрасте около 66 лет – наблюдались в Центре Памяти и Старения (Memory and Aging Center) при Университете Калифорнии в Сан-Франциско. Для того чтобы определить функции двух основных проводящих нервных путей, пациентам проводили сканирование головного мозга и предлагали выполнить ряд языковых тестов.
«Выяснилось, что при повреждении нижнего проводящего нервного пути у пациента страдает лексика и семантика. Эти больные забывают названия предметов и значения слов, но, к удивлению, они хорошо выстраивают слова в предложениях, - объяснил Вилсон, - Пациенты с повреждением верхнего проводящего нервного пути, наоборот, хорошо помнят названия предметов, помнят слова, понимают их значение, но не способны понимать смысл сложных предложений».
Ученые отмечают, что в их исследовании впервые было продемонстрировано, что верхний и нижний проводящие нервные пути имеют разные функции при обработке лингвистической информации. В обработке информации о синтаксической структуре предложения основная роль принадлежит верхнему проводящему нервному пути.
В отличие от многих других исследований, посвященных изучению приобретенных нарушений речи – афазий, возникающих чаще всего вследствие повреждений головного мозга, команда ученых под руководством Вилсона имела уникальную возможность обследовать больных с крайне специфичными повреждениями головного мозга различной степени тяжести.
«Большинство афазий вызвано инсультами. Чаще всего при инсультах страдают области головного мозга, ответственные за речь, что, вероятно, приводит к повреждению обоих проводящих нервных путей, - говорит Вилсон, – В противоположность этому, пациенты с прогрессирующими афазиями, с которыми мы работали, имели очень редкие и крайне специфические нейродегенеративные заболевания, связанные с поражением специфичных областей головного мозга, что позволило нам точно определить, какие функции имеют два проводящих нервных пути в процессе обработки лингвистической информации».
С целью определения функций каждого пучка нервных волокон в процессе обработки лингвистической информации ученые одновременно использовали метод магнитно-резонансной томографии (МРТ), позволяющий визуализировать поврежденные области головного мозга, и языковые функциональные тесты, предназначенные для оценки способности участников исследования составлять предложения и понимать их смысл.
«Мы предлагали участникам исследования небольшую ситуационную задачу, а затем просили их описать логичный вариант развития событий. Например, если бы я вас спросил: «Что должно случиться с человеком, который гулял вдоль железнодорожных путей и не услышал приближающегося поезда?», вы бы ответили, что его сбил поезд. Однако пациент с повреждением верхнего проводящего нервного пути может сказать: «Поезд, человек, сбит». Мы выяснили, что нижний проводящий нервный путь имеет иную функцию, которая заключается в понимании отдельных слов», – говорит Вилсон.
Для оценки понимания смысла предложения экспериментаторы предлагали участникам исследования решить другие задачи. Предлагалась ситуация: «Девочка, толкающая мальчика, зеленая». Затем ученые спрашивали, какая из двух предложенных фотографий более правильно отражает эту ситуацию.
«На одной картинке зеленая девочка толкает мальчика, на другой – девочка толкает зеленого мальчика. В ситуации задействованы одинаковые цвета и действующие лица, описано аналогичное действие. Разница предлагаемой ситуации заключалась в том, какой цвет имеет действующее лицо. Пациенты, у которых поврежден только нижний проводящий нервный путь, хорошо справились с этой задачей. Таким образом, повреждение нижнего проводящего нервного пути не влияет на способность пациента использовать небольшие служебные слова или служебные окончания слов для установления взаимосвязи между словами в предложении», - рассказал Вилсон.
«Результаты нашего исследования демонстрируют, что нарушения способности анализировать предложения не могут быть объяснены только потерей серого вещества. Нами было впервые установлено, что специфический недостаток одного из компонентов речи ассоциирован с повреждением одного из двух главных проводящих нервных путей, связывающих центры обработки лингвистической информации в головном мозге», - добавил Вилсон.
С помощью магнитно-резонансной томографии головного мозга ученые могут визуализировать две главных области обработки лингвистической информации – область Брока (выделена желтым цветом) и область Вернике (выделена малиновым цветом) (фото: Stephen Wilson)
По материалам University of Arizona
Оригинальная статья:
Stephen M. Wilson, Sebastiano Galantucci, Maria Carmela Tartaglia, Kindle Rising, Dianne K. Patterson, Maya L. Henry, Jennifer M. Ogar, Jessica DeLeon, Bruce L. Miller, Maria Luisa Gorno-Tempini. Syntactic Processing Depends on Dorsal Language Tracts. Neuron, 2011; 72 (2): 397 DOI: 10.1016/j.neuron.2011.09.014
Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Последние комментарии
