Как работает наш мозг, когда мы читаем книги

Для учёных это не праздное любопытство, а возможность помочь людям с дислексией.

Многие знают, каково это — погрузиться в интересную книгу с головой. Иногда вымышленные персонажи и эмоции могут восприниматься совсем как настоящие. Но что происходит с нашим мозгом, когда мы проглатываем страницу за страницей? Чем эта его работа отличается от работы в другие моменты обычной жизни? И существует ли вообще хоть какая‑нибудь разница?

На эти вопросы частично дала ответы команда под руководством специалистов из Университета Карнеги — Меллона. Они разбирались, как мы читаем литературу, с помощью алгоритма машинного обучения.

Как учёные исследуют активность мозга во время чтения

Восприятие и осознание прочитанного невероятно сложный процесс. Именно поэтому во время ранних исследований специалисты пытались разбивать его на части и фокусироваться на каждом аспекте по отдельности. Например, с помощью функциональной магнито‑резонансной томографии следили за тем, какие структуры мозга участвуют в обработке одного слова или предложения.

Однако эти строго контролируемые эксперименты были мало похожи на обычный процесс чтения. В качестве стимулов мозговой активности в них использовались предложения вне всякого контекста, составленные специально для исследования. И хотя такие труды действительно давали полезную информацию о некоторых аспектах процесса усвоения прочитанного, они не помогали составить полную картину.

Специалисты по машинному обучению использовали другой подход. Волонтёры читали главу увлекательного романа. Учёные в это время сканировали их мозг, а затем разбивали процесс его работы на составляющие. В результате, по словам самих исследователей, они получили первую в мире интегрированную модель, которая показывает, как наш мозг обрабатывает написанные слова, грамматические конструкции и истории.

Исследователи собрали группу из восьми добровольцев и записали их мозговую активность с помощью томографа, пока участники в течение 45 минут читали главу из книги «Гарри Поттер и философский камень» (эпизод, когда герои только начинают учиться летать на мётлах).

На втором этапе учёные ввели полученные данные в компьютерную программу, которую написали сами. Разработанный ими алгоритм искал закономерности мозговой активности, которые проявляются, когда участники читают определённые слова, грамматические конструкции, имена конкретных персонажей и так далее. Всего таких «элементов истории» было 195.

Программа учёных определяла, какую часть главы читал участник, опираясь исключительно на активность мозга. Чтобы делать такие выводы, алгоритм использовал модели активности мозга, которые он научился связывать с каждым элементом истории. Когда исследователи применили их все сразу, программа смогла определить, какой из двух отрывков читал человек, с точностью 74%. Этот показатель значительно выше того, который могло бы дать случайное предположение.

Наконец, учёные повторили тест для каждого типа элементов истории в каждой области мозга. Это позволило найти связи между ними, а затем точно определить, какие структуры мозга обрабатывают те или иные типы информации. Полученные результаты в чём‑то соответствовали ожиданиям специалистов, а в чём‑то, наоборот, оказались весьма неожиданными.

Как всё это может пригодиться в жизни

Как и предполагали авторы исследования, наш мозг пропускает отдельные слова через начальный этап в зрительной коре, которая обрабатывает всю визуальную информацию, и затем через области обработки более высокого уровня. Это извилины в лобной и теменной долях мозга, которые вовлечены в процессы, связанные с языком, пониманием речи, интерпретацией написанного, рефлексией и так далее. Но это ещё не всё.

Когда участники исследования читали описания физических движений в книге, у них изменялась активность задней части височной доли и угловой извилины. Эти области мозга задействуются при восприятии реальных движений в жизни.

Личности разных персонажей истории коррелировали с активностью нейронов в правой задней верхней и средней частях височной области. Её структуры важны для восприятия речи, зрительной памяти и эмоций.

Диалоги были связаны с правым височно‑теменным узлом. Этот участок мозга играет ключевую роль в процессе, благодаря которому мы представляем мысли и цели других людей.

При этом некоторые из перечисленных областей даже не считаются частью языковой системы мозга. Мы используем их каждый день, когда взаимодействуем с реальным миром, а теперь оказывается, что они также подключаются, когда мы представляем точку зрения разных персонажей из книг.

Всё это, по‑видимому, подтверждает существование явления, которое учёные называют «сеть интерпретатора точки зрения главного героя». Другими словами, это сеть областей мозга, которые позволяют нам «стать» персонажем истории, которую мы читаем.

Если эти гипотезы верны, наука может быть на пути не только к тому, чтобы создать более точную нейронную модель обработки языка, но и к тому, чтобы более ясно понимать, как и почему она может дать сбой.

Учёных интересуют различные варианты того, как процесс восприятия речи может нарушиться. Если у специалистов будет достаточно большой объём данных, то получится разобраться, чем механизм работы одного мозга, например человека с дислексией, отличается от механизма работы любого другого.

Исследователи надеются, что подобные диагностические инструменты однажды пригодятся для того, чтобы создавать индивидуальные неврологические методы коррекции дислексии и других нарушений чтения. И если эти методы докажут свою эффективность, многим людям будет гораздо легче погружаться в хорошие книги с головой.