Чеширская улыбка кота Шрёдингера: мозг, язык и сознание

Для изучения функционального картирования мозга стали использоваться методы неинвазивного объемного сканирования, такие как позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) и функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ), что позволило перейти к исследованиям точной локализации активаций мозговых областей, отвечающих за просодическую обработку, в том числе и у здоровых испытуемых. В работах с использованием томографических методов было подтверждено участие правого полушария, и в частности правой нижнефронтальной коры, в восприятии эмоциональной просодики, тогда как левая нижнефронтальная область активировалась главным образом в задачах на фонетический анализ [Buchanan et al., 2000]. В отношении левополушарной нижнефронтальной области (зоны Брока) было обнаружено, что она активируется и в задачах на анализ тонов, но только у представителей так называемых тональных языков (тайского и китайского), для которых разница в тоне меняет смысл слова. Подобная активация зоны Брока, однако, не наблюдалась у испытуемых, говорящих на нетональном английском языке [Gandour et al., 2000].

Естественным развитием этих исследований стало изучение вопроса о мозговых механизмах восприятия отдельных вариантов просодики. Здесь стоит отметить, что большинство исследований мозговых механизмов просодической обработки рассматривает лишь эмоциональную просодику, тогда как работы, посвященные другому аспекту просодики – лингвистическому, тесно связанному с синтаксической структурой фраз, являются немногочисленными.

Настоящая работа посвящена одной из важнейших составляющих лингвистической просодики – синтагматическому членению, которое функционирует как ключ для восприятия синтаксических границ во фразе, то есть является фонетическим механизмом, позволяющим выделять структуру предложений в устной речи. Основная цель данной работы состояла в локализации зон мозга, участвующих в этом процессе, с использованием метода ПЭТ.

Методы

В данной работе использовался метод позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) для регистрации изменений скорости локального мозгового кровотока, пропорциональных изменениям локального уровня возбуждающей или тормозящей нейрональной активности [Raichle, 1979].

Исследование проводилось на группе из двенадцати добровольцев-мужчин в возрасте от восемнадцати до тридцати пяти лет, с нормальным зрением, праворуких (согласно Эдинбургскому опроснику [Oldfield, 1971]) и образованием не ниже среднего. Родной язык у всех – русский. Здоровье испытуемых было подтверждено результатами медицинских осмотров и анализов. Все условия ПЭТ-исследования соответствовали нормам Минздрава и были утверждены Этической комиссией ИМЧ РАН. Все отобранные добровольцы подписали информированное согласие на участие в исследовании.

Для сбора данных об изменениях мозгового кровотока использовалась ПЭТ-камера PC2048-15B, регистрирующая пятнадцать аксиальных срезов мозга с пространственным разрешением 5–6 мм [Holte, Eriksson, Dahlbom, 1989]. Временное разрешение (длина скана, то есть время сбора данных) составляло в наших исследованиях 60 с.

После инструкции и начала выполнения испытуемым психологического задания, через заранее установленный в локтевую вену катетер болюсом вводилось 1,5 мл меченой радиоактивным кислородом-15 воды (период полураспада 123 с) в дозировке 0,86 мКи/кг. В момент прихода достаточного количества меченого вещества в мозг (15–20 с после введения) автоматически включалось сканирование. Предъявление стимулов начиналось за 10 с до инъекции (то есть примерно за 25–30 с до начала сбора данных) и продолжалось еще 10–15 с после его окончания для исключения процессов, связанных с началом или окончанием исследуемой деятельности. Моменты начала и конца сканирования были незаметны для испытуемого. Интервал между периодами сканирования составлял 15–20 мин. В помещении поддерживалась тишина и минимально необходимое освещение. Испытуемые были инструктированы расслабленно лежать в комфортной позе, максимально сосредоточиться на выполнении тестовых задач и совершать движения только пальцами правой руки при нажатии кнопок компьютерной мыши.

Поскольку нас интересовали только относительные изменения уровня мозгового кровотока при выполнении различных заданий, то, в соответствии с [Fox et al., 1984], мы ограничились регистрацией распределения изотопа без взятия проб крови.

После реконструкции ПЭТ-изображений они обрабатывались по методу Statistical Parametric Mapping (SPM99), который является одним из стандартных методов для обработки физиологических ПЭТ-данных [Friston, 1996] и позволяет выделять области активации, то есть места увеличения скорости мозгового кровотока в одном состоянии относительно другого, взятого в качестве контрольного. При этом активация не позволяет судить о преобладании процессов возбуждения или торможения в данной популяции нейронов [Jueptner, Weiller, 1995].