Багато хто знає, як це — поринути у цікаву книгу з головою. Іноді вигадані персонажі та емоції можуть сприйматися як справжні. Але що відбувається з нашим мозком, коли ми ковтаємо сторінку за сторінкою? Чим його робота відрізняється від роботи в інші моменти звичайного життя? І чи існує взагалі хоч якась різниця?
На ці питання частково дала відповіді команда під керівництвом фахівців з Університету Карнегі – Меллона. Вони розбиралися, як читаємо літературу, з допомогою алгоритму машинного навчання.
Як вчені досліджують активність мозку під час читання
Сприйняття та усвідомлення прочитаного неймовірно складного процесу. Саме тому під час ранніх досліджень фахівці намагалися розбивати його на частини та фокусуватись на кожному аспекті окремо. Наприклад, за допомогою функціональної магніторезонансної томографії стежили за тим, які структури мозку беруть участь в обробці одного слова або речення.
Однак ці строго контрольовані експерименти мало схожі на звичайний процес читання. Як стимули мозкової активності в них використовувалися пропозиції поза всяким контекстом, складені спеціально для дослідження. І хоча такі праці справді давали корисну інформацію про деякі аспекти процесу засвоєння прочитаного, вони не допомагали скласти повну картину.
Фахівці з машинного навчання використали інший підхід. Волонтери читали главу захоплюючого роману. Вчені в цей час сканували їхній мозок, а потім розбивали процес його роботи на складові. В результаті, за словами самих дослідників, вони отримали першу у світі інтегровану модель, яка показує, як наш мозок опрацьовує написані слова, граматичні конструкції та історії.
Дослідники зібрали групу з восьми добровольців і записали їхню мозкову активність за допомогою томографа, поки учасники протягом 45 хвилин читали розділ із книги «Гаррі Поттер і філософський камінь» (епізод, коли герої лише починають вчитися літати на мітлах).
На другому етапі вчені ввели отримані дані до комп’ютерної програми, яку написали самі. Розроблений ними алгоритм шукав закономірності мозкової активності, що виявляються, коли учасники читають певні слова, граматичні конструкції, імена конкретних персонажів тощо. Загалом таких «елементів історії» було 195.
Програма вчених визначала, яку частину глави читав учасник, спираючись виключно на активність мозку. Щоб робити такі висновки, алгоритм використовував моделі активності мозку, що він навчився пов’язувати з кожним елементом історії. Коли дослідники застосували їх усі одразу, програма змогла визначити, який із двох уривків читала людина, з точністю 74%. Цей показник значно вищий за той, який міг би дати випадкове припущення.
Нарешті, вчені повторили тест кожного типу елементів історії у кожній області мозку. Це дозволило знайти зв’язок між ними, та був точно визначити, які структури мозку обробляють ті чи інші типи інформації. Отримані результати в чомусь відповідали очікуванням фахівців, а в чомусь, навпаки, виявилися несподіваними.
Як все це може стати в нагоді в житті
Як і припускали автори дослідження, наш мозок пропускає окремі слова через початковий етап у зоровій корі, яка обробляє всю візуальну інформацію, а потім через області обробки вищого рівня. Це звивини у лобовій та тім’яній частках мозку, які залучені до процесів, пов’язаних з мовою, розумінням мови, інтерпретацією написаного, рефлексією тощо. Але це ще не все.
Коли учасники дослідження читали описи фізичних рухів у книзі, у них змінювалася активність задньої частини скроневої частки та кутової звивини. Ці області мозку задіяні при сприйнятті реальних рухів у житті.
Особи різних персонажів історії корелювали з активністю нейронів у правій задній верхній та середній частинах скроневої області. Її структури важливі для сприйняття мови, зорової пам’яті та емоцій.
Діалоги були пов’язані з правим скронево-тім’яним вузлом. Ця ділянка мозку відіграє ключову роль у процесі, завдяки якому ми представляємо думки та цілі інших людей.
При цьому деякі з цих областей навіть не вважаються частиною мовної системи мозку. Ми використовуємо їх щодня, коли взаємодіємо з реальним світом, а тепер виявляється, що вони також підключаються, коли ми представляємо думку різних персонажів з книг.
Усе це, мабуть, підтверджує існування явища, яке вчені називають «мережа інтерпретатора погляду головного героя». Іншими словами, це мережа областей мозку, які дозволяють нам стати персонажем історії, яку ми читаємо.
Якщо ці гіпотези вірні, наука може бути на шляху не тільки до того, щоб створити більш точну нейронну модель обробки мови, а й до того, щоб чіткіше розуміти, як і чому вона може дати збій.
Вчених цікавлять різні варіанти того, як процес сприйняття мови може порушитись. Якщо у фахівців буде досить великий обсяг даних, то вийде розібратися, чим механізм роботи одного мозку, наприклад, людини з дислексією, відрізняється від механізму роботи будь-якого іншого.
Дослідники сподіваються, що подібні діагностичні інструменти якось стануть у нагоді для того, щоб створювати індивідуальні неврологічні методи корекції дислексії та інших порушень читання. І якщо ці методи доведуть свою ефективність, багатьом людям буде набагато легше занурюватись у добрі книги з головою.
