Мозг ведёт диалог на двух скоростях

Учёные выяснили, как мозг справляется с главным испытанием обычного разговора: человек одновременно должен слушать собеседника, понимать его смысл, помнить контекст и готовить собственный ответ. Исследование японских нейробиологов показало: при коротких репликах мозг использует частично общие нейронные коды для речи и её восприятия, а при обсуждении более масштабных мыслей переключается на разные временные и индивидуальные стратегии.

Разговор — это не просто обмен словами. Мозгу приходится работать сразу на нескольких уровнях: распознавать отдельные слова, улавливать смысл фразы, учитывать уже сказанное и строить общую картину того, что имеет в виду собеседник. Ранее языковые процессы часто изучали на изолированных предложениях или заранее подготовленных рассказах. Но такой подход плохо отражает живую беседу, где участники постоянно меняются ролями и реагируют друг на друга без сценария.

Команда Masahiro Yamashita и Shinji Nishimoto из Osaka University и National Institute of Information and Communications Technology решила проверить, совпадают ли мозговые представления при говорении и слушании. В исследовании участвовали восемь носителей японского языка. Каждый доброволец около трёх часов находился в аппарате функциональной магнитно-резонансной томографии — он отслеживает изменения кровотока, связанные с активностью мозга — и разговаривал с исследователем через микрофон и наушники. Темы были бытовыми: знакомство, любимые занятия и учебные курсы.

Чтобы превратить спонтанную речь в данные для анализа, учёные использовали большую языковую модель на архитектуре GPT. Она обработала расшифровки разговоров и создала математические представления смысла текста — контекстные эмбеддинги. Исследователи сравнивали разные объёмы контекста: от одной секунды до 32 секунд.

На коротком отрезке — примерно от одной до четырёх секунд — нейронные представления речи и слушания заметно перекрывались. Общие коды обнаружили в префронтальной, височной и теменной коре. Иными словами, когда человек быстро формулирует мысль или воспринимает короткую реплику, мозг частично пользуется одной и той же системой смысловой обработки.

Но при анализе контекста длиной 16–32 секунды картина менялась. Общие паттерны становились разрозненными и сильно различались у разных участников. Иногда активировались области, связанные с предположением о мыслях другого человека и с извлечением воспоминаний. Это говорит о том, что для немедленной реакции мозг применяет более универсальный механизм, а для понимания общей линии разговора каждый человек может опираться на собственную стратегию.

Отдельный анализ процессов говорения и слушания выявил противоположные предпочтения по времени. Системы, связанные с производством речи, сильнее реагировали на короткий контекст: говорящему нужно быстро учесть последнюю реплику и подобрать слова. А области, участвующие в понимании речи собеседника, активнее использовали длинный контекст, чтобы связать несколько предложений в цельную модель смысла.

Учёные также нашли двунаправленные, или бимодальные, зоны мозга. Они реагировали и на говорение, и на слушание, но не одинаковыми нейронными узорами. Особенно заметной их активность становилась при контексте от восьми секунд и более. Вероятно, такие области помогают разделять собственную точку зрения и знания собеседника — то есть отслеживать, кто что уже сказал и кому что известно.

Особое внимание исследователи уделили коротким словам-подтверждениям и словам-паразитам вроде «да», «угу» и «эм». Несмотря на минимальную смысловую нагрузку, они вызывали характерные нейронные реакции. Такие реплики почти не требуют сложного планирования, зато поддерживают ритм разговора и показывают, что контакт не оборвался. Мозг, похоже, обрабатывает их как отдельный класс социальных сигналов, а не как обычные фактические высказывания.

У исследования есть важное ограничение: в нём участвовали всего восемь человек. Кроме того, учёные не проводили специальные предварительные тесты для точного определения отдельных мозговых сетей, например тех, что связаны с пониманием мыслей других людей. Поэтому результаты пока нельзя считать окончательной картой разговорных механизмов. Для проверки выводов понадобятся более крупные группы участников и дополнительные методы картирования мозга.

Работа опубликована в Nature Human Behaviour под названием «Conversational content is organized across multiple timescales in the brain». Авторы — Masahiro Yamashita, Rieko Kubo и Shinji Nishimoto.