Грамматика в мозге детей

Новое исследование объясняет, почему в возрасте от трёх до четырёх лет дети словно просыпаются с внезапной способностью складывать слова в аккуратные грамматические конструкции. Учёные обнаружили, что этот скачок напрямую связан с созреванием определённых нейронных путей в мозге – белого вещества, через которое разные зоны мозга обмениваются информацией. В этом возрасте верхние маршруты мозга, так называемые дорсальные пути, «дозревают» до состояния, позволяющего ребёнку осваивать грамматические правила буквально на лету.

Чтобы дети выучили родной язык, им приходится освоить огромный словарь и научиться комбинировать слова по сложным схемам. Хорошо известно, как с этим справляется взрослый мозг, но то, как маленькие дети проходят этот путь, до сих пор оставалось загадкой.

Белое вещество мозга – это как сеть высокоскоростных кабелей. Именно по ним мозг передаёт информацию между зонами, отвечающими за слух, речь, движение и осмысление. У взрослых грамматика «живёт» в верхнем маршруте — дорсальном пути. Но этот путь формируется позднее других. Исследователи из Института когнитивных и мозговых наук Макса Планка решили проверить, начинают ли дети использовать эти поздно созревающие пути уже в раннем возрасте или обходятся альтернативными, более ранними структурами.

В исследовании участвовали 120 детей из Германии, говорящих только на немецком языке: 47 трёхлеток и 73 ребёнка четырёх–пяти лет. С помощью безопасной магнитно-резонансной томографии (МРТ) учёные изучали структуру их белого вещества. Они измеряли, как молекулы воды движутся вдоль нервных волокон: чем лучше организованы и «изолированы» эти кабели, тем зрелее структура.

Перед МРТ детям давали языковой тест. Им показывали картинки и просили назвать слово во множественном числе. В немецком языке несколько способов образования множественного числа, поэтому ребёнку нужно не просто вспомнить форму, а применить правило. Дети часто ошибаются, добавляя неправильное окончание, но именно эти ошибки показывают, что они пытаются применять правило, а не повторять механически. Для детей старшего возраста добавили вымышленные слова, чтобы проверить, могут ли они применять грамматику к совершенно новым словам.

Затем исследователи сравнили эти результаты с уровнем зрелости различных нервных путей. Особое внимание уделили двум дорсальным маршрутам. Один ведёт к области Брока — зоне, которая у взрослых отвечает за грамматику. Второй связывает слуховые зоны с премоторной корой, управляющей движениями органов речи. Также оценивался нижний, вентральный путь, связанный со значением слов и памятью. Для контроля проверили и нейронный путь, отвечающий лишь за движения тела.

Результат оказался впечатляющим. У детей четырёх–пяти лет успехи в тесте напрямую зависели от зрелости обоих верхних путей. То есть именно в этом возрасте мозг начинает активно использовать эти структуры для обработки грамматических правил и перевода звука в артикуляцию. У трёхлеток такой связи обнаружено не было — их грамматика, по всей видимости, опирается на другие, более ранние структуры.

Учёные также заметили слабую связь между грамматическими успехами и нижним вентральным путём у детей постарше. Вероятно, он помогал им использовать уже знакомые слова, чтобы догадаться, как склонять придуманные.

Контрольный путь, отвечающий за движение тела, никак не был связан с языковыми навыками — что подтверждает, что изученные изменения действительно связаны с освоением грамматики.

Вывод исследователей прост: между тремя и четырьмя годами происходит качественный скачок — дорсальные пути созревают и берут на себя работу по освоению грамматических правил. Это подтверждает наблюдение, знакомое многим родителям: ребёнок в этом возрасте начинает говорить заметно сложнее и правильнее.

Эта работа продолжает предыдущее исследование команды, в котором изучалась уже «серая материя» — зоны обработки языка. Тогда выяснилось: в три года дети используют нижние отделы височной доли, но к четырём годам активность переселяется в лобную долю — туда, где у взрослых обрабатывается сложная грамматика. Теперь стало ясно, что одновременно с этим созревают и пути связи между этими областями.

Тем не менее остаются вопросы. Пока непонятно, какие структуры отвечают за грамматику до четырёх лет. Кроме того, исследование касалось только образования множественного числа, а глагольные формы могут развиваться иначе. Будущие работы должны исследовать грамматику предложений и другие аспекты развития речи.

Авторы подчёркивают, что такие исследования невероятно сложны: работа с маленькими детьми в МРТ требует огромных усилий и терпения семей. Их вклад позволил продвинуть понимание того, как развивается мозг человека.

Исследование проведено Cheslie C. Klein, Philipp Berger, Charlotte Grosse Wiesmann и Angela D. Friederici.