Традиционная нейробиология всегда отводила главную роль вокального контроля лобным моторным областям, которые управляют мышцами лица, рта и голосового тракта. Новые данные убедительно доказывают, что слуховая и соматосенсорная системы критически важны для усвоения и удержания новых речевых паттернов. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Исследование мозга показывает, что в процессе освоения речи сенсорные зоны важнее моторных центров
Новое исследование ученых из Университета Макгилла с коллегами показало, что ключевую роль в обучении речи и сохранении языковой памяти играют не моторные центры, а области мозга, отвечающие за восприятие звуков и физических ощущений. Ученые считают, что точное понимание процесса поможет восстановлению речи после инсульта.
Композитное изображение голосового тракта человека в искусственных цветах, демонстрирующее положение губ и языка при произношении различных гласных. David Ostry
Транскраниальная магнитная стимуляция, примененная в эксперименте, работает за счет направленных магнитных импульсов, которые безболезненно проникают сквозь череп и на время меняют электрическую активность нейронов. Этот метод незаменим в современной науке: он позволяет деликатно «выключать» отдельные участки мозга прямо во время выполнения задач, чтобы точно определить их функции у человека.
Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи провели эксперимент: они изменяли голос участников в реальном времени и транслировали его обратно через наушники. Это заставляло людей на ходу корректировать свою речь, запуская процесс моторного обучения.
Затем ученые применили транскраниальную магнитную стимуляцию, чтобы временно снизить активность трех зон: слуховой, соматосенсорной и моторной коры. Проверка через сутки показала, что нарушение работы моторной коры практически не повлияло на память, а вот блокировка слуховой или соматосенсорной зон привела к резкому ухудшению сохранения выученных речевых движений.
Профессор психологии Дэвид Остри подчеркнул, что работа кардинально меняет понимание сенсомоторной интеграции, демонстрируя исключительно сенсорную природу человеческого речевого обучения.
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
Экспериментальная установка. (A) Участник задания по моторному обучению речи. (B) На примере словесного стимула «dep»: на верхнем графике показан сигнал во временной области; на нижнем графике — спектрограмма того же сигнала, где кривые отображают схематические значения частот первого и второго формантов. (C) Схема эксперимента, в которой прямоугольные серые области обозначают пробы с шумовой обратной связью, а цифры в скобках — количество проб в данном блоке. (D, слева) Места стимуляции ТМС для условий M1, S1 и STG; (справа) увеличенный вид прямоугольной области, показанной слева (cs: центральная бороздка, prcs: прецентральная бороздка, pocs: постцентральная бороздка, ls: латеральная бороздка, sts: верхняя височная бороздка). (E) Моторный вызванный потенциал (правая мышца genioglossus) из моторной коры языковой зоны левого полушария. Сплошная линия и заштрихованная область обозначают соответственно среднее значение и стандартную ошибку, вертикальная стрелка указывает на одиночный импульс стимуляции ТМС. Панели A и B адаптированы из источника 12, который лицензирован по лицензии CC BY 4.0.
Сенсорная пластичность и восстановление после инсульта
Это открытие является частью масштабного проекта по изучению того, как пластичность сенсорных систем мозга влияет на долговременную память. Ранее та же научная группа проводила тесты с движениями рук и обнаружила аналогичную закономерность: вмешательство в работу сенсорных зон мешало освоению новых моторных навыков.
В будущем авторы планируют детально описать конкретные корковые цепи, участвующие в обучении, и заняться разработкой методов лечения двигательных и речевых расстройств, основанных на стимуляции чувственного восприятия. Пересмотр механизмов работы мозга позволит значительно улучшить технологии распознавания речи и усовершенствовать интерфейсы «мозг-компьютер».
Но главное практическое применение ученые видят в медицине. Новые данные помогут создать эффективные программы реабилитации пациентов, переживших инсульт, и ускорить возвращение им способности говорить за счет активации слуховых и тактильных рецепторов.
Загружаем