Для многих билингв переключение между языками не требует усилий. Теперь ученые выяснили, как мозг справляется с этой задачей на уровне отдельных нейронов.
Исследователям повезло — помочь науке согласились четверо пациенток-билингв (английский и испанский) с эпилепсией, которым временно имплантировали микроэлектроды в мозг. Результаты экспериментов опубликованы в журнале Cell.
«Это первое в своем роде исследование, в котором работа мозга билингв изучается в реальном времени на уровне одиночных нейронов», — говорит когнитивный нейробиолог Синьюань Янь из Медицинского колледжа Бейлора в Хьюстоне, первый автор исследования.
Будучи сама билингвом, она давно интересовалась тем, как мозг обрабатывает разные языки.
«В мозге должна существовать внутренняя модель для представления слов. В мире насчитывается около 7000 языков, и эта модель, вероятно, лежит в основе нашего общего понимания мира», — полагает Янь.
Предыдущие исследования показывали, что при прослушивании эквивалентных слов на разных языках у билингв схожим образом активируются одни и те же области мозга. Однако в них не объяснялось, как мозг организует связи между словами внутри каждого языка и между аналогичными понятиями в разных языках.
Активность мозга трех участниц записывали, пока те слушали, читали и разговаривали на английском и испанском, у одной ограничились слушанием, потому что она была под наркозом.
Оказалось, совсем мало нейронов гиппокампа — до 19,4%, в зависимости от заданий — одинаково реагируют на одно и то же слово на разных языках (например, dog и perro). Это означает, что большинство нейронов в значительной степени «заточены» под конкретный язык, отмечают авторы.
Карта понятий
В то же время они обратили внимание, что мозг размещает слова на некоей «карте», состоящей из группы таких специфичных для конкретного языка нейронов, и упорядочивает их по смыслу. На этой карте близкие по значению слова, например dog и wolf, располагаются рядом, а, скажем, fork, семантически далекое от обоих животных, находится значительно дальше. При этом структура карты сохраняется при переходе с одного языка на другой.
«Именно так мозг кодирует значение слов на разных языках. Дело не в том, что отдельные нейроны переводят слова друг в друга, а в том, что группы нейронов согласованно меняют свою активность, создавая сходные паттерны для эквивалентных слов в обоих языках», — объясняет исследовательница.
Чтобы проверить, насколько глубока общность семантической карты между языками, попробовали предсказывать положение испанского слова в семантическом пространстве, ориентируясь на английскую карту. И это удалось — по близким по смыслу словам, например, по расположенным вокруг dog словам можно узнать, где в нейронной карте испанского окажется perro.
«Это как смотреть на комнату из другого окна — все внутри то же самое, но ракурс другой», — сравнивает старший автор работы Семир Шет из Медицинского колледжа Бейлора.
По его мнению, словам, считывая семантическую карту под разными углами, мозг может пользоваться разными языками, не путая их.
А как у искусственной нейросети?
Результаты сравнили также с работой нейросети mBERT, обученной понимать более 100 языков. Оказалось, что mBERT выстраивает отношения между словами в виде семантической карты, удивительно похожей на ту, что формируется в гиппокампе. Однако все условные нейроны большой языковой модели обладают кроссязыковыми свойствами.
«Наше исследование показывает, что мозг изначально предрасположен к изучению нескольких языков. Как только он усваивает взаимосвязи между словами, он может применять эти же взаимосвязи и к другим языкам. Потенциал стать билингвом, или даже трилингвом, заложен в каждом из нас», — заключил профессор Бенджамин Хейден, руководивший исследованием.
Ученые выяснили, почему взрослым лучше учить язык на слух
Дети-билингвы быстрее развивают свои когнитивные навыки
Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX