Kitobni o'qish: «Поймать вавилонскую рыбку: Человеческий мозг, нейронные сети и изучение иностранных языков»

Научный редактор: Елизавета Носова

Редактор: Анна Щелкунова

Издатель: Павел Подкосов

Руководитель проекта: Александра Шувалова

Ассистент редакции: Мария Короченская

Художественное оформление и макет: Юрий Буга

Корректоры: Елена Рудницкая, Елена Сметанникова

Верстка: Андрей Ларионов

Все права защищены. Данная электронная книга предназначена исключительно для частного использования в личных (некоммерческих) целях. Электронная книга, ее части, фрагменты и элементы, включая текст, изображения и иное, не подлежат копированию и любому другому использованию без разрешения правообладателя. В частности, запрещено такое использование, в результате которого электронная книга, ее часть, фрагмент или элемент станут доступными ограниченному или неопределенному кругу лиц, в том числе посредством сети интернет, независимо от того, будет предоставляться доступ за плату или безвозмездно.

Копирование, воспроизведение и иное использование электронной книги, ее частей, фрагментов и элементов, выходящее за пределы частного использования в личных (некоммерческих) целях, без согласия правообладателя является незаконным и влечет уголовную, административную и гражданскую ответственность.

© Хлюстова Я., 2024

© ООО «Альпина нон-фикшн», 2024

* * *

Введение

Искусственный интеллект все глубже проникает в нашу жизнь, вписываясь в нее настолько органично, что мы порой даже не задумываемся об этом. Например, ставшие привычными нам «умные» колонки и часы, голосовые помощники в смартфонах, навигаторы, системы рекомендации фильмов и сериалов в киносервисах – все это основано на искусственном интеллекте. Технология может решать и гораздо более серьезные задачи. Так, основанные на искусственном интеллекте программы по анализу снимков помогают врачам ставить диагнозы. Специалисты из Гарвардского университета научили компьютер выполнять необходимые для прогнозирования землетрясений расчеты. Причем делает он это примерно в 500 раз быстрее человека, работающего с обычным программным обеспечением, – значит, у жителей опасных районов будет намного больше времени на эвакуацию. Благодаря искусственному интеллекту время, в течение которого пилоты управляют самолетом в ручном режиме, измеряется минутами, а не часами. Беспилотные автомобили уже ездят по улицам некоторых городов мира. Нейросети пишут музыку и создают картины.

Но что вообще мы называем искусственным интеллектом? Умение компьютера думать? Если так, то сможет ли он заменить или превзойти человека в творческих сферах? Как тогда изменится наша жизнь?

Эти вопросы волнуют людей не одно десятилетие, и я не дам на них исчерпывающего ответа – думаю, для этого понадобится слишком много страниц. Мы посмотрим на искусственный интеллект применительно всего лишь к единственной сфере – переводу письменной и устной речи.

Итак, сократим список вопросов до одного: заменит ли компьютер переводчика? Чтобы найти ответ, сначала мы разберемся в том, как вообще люди (и животные) осваивают языки, узнаем, где они «хранятся» и как работает мозг синхронного переводчика. А потом поговорим про искусственный интеллект – затронем историю разработки систем машинного перевода и поймем, на каком этапе развития эти системы находятся сейчас. И конечно, дадим слово переводчикам, лингвистам и специалистам по машинному обучению – они расскажут о том, каково, на их взгляд, будущее перевода.

Лично я думаю, что по крайней мере до конца века компьютеры не заменят людей в этой сфере. Не исключаю, что я излишне оптимистична (или пессимистична – как посмотреть), но мне нравится думать, что изучать разные языки и говорить на них – это уникальный навык, присущий только человеку. Не отрицаю, что мое отношение к этой теме предвзято: благодаря родителям я начала учить английский язык в три года. К концу школы свободно владела английским и французским. В университете моей специальностью был китайский язык: за четыре года мы прошли длинный путь от освоения тонового произношения и прописей (в китайском они необходимы, поверьте) до синхронного перевода отрывков из выступлений китайских политиков и биржевых сводок. (Работать с китайским я, правда, так и не начала, поняв на втором курсе, что ни эта специальность, ни регион меня не привлекают.) Потом я начала учить немецкий и испанский – просто так, потому что хотелось. Сегодня последним в этом списке стоит карельский (да, это не опечатка: недавно я начала учить собственно-карельское наречие, одно из трех основных наречий карельского языка).

Так что сейчас я с разной степенью уверенности могу говорить на шести языках, не считая родного русского. Для работы мне постоянно пригождается только английский, еще я преподаю французский, испанский и русский как иностранный, но в целом весь мой языковой арсенал приобретался не для каких-то определенных практических целей. Я учу языки, потому что они помогают мне чувствовать себя комфортно во многих странах мира. Мне нравится читать книги, видя оригинальную игру слов и понимая оттенки эмоций автора. Я люблю сравнивать языки: находить фразеологизмы с общей структурой, проводить параллели между грамматическими конструкциями, видеть различия в том, как люди из разных стран говорят об одних и тех же вещах.

Но представьте на минуту: что, если в один прекрасный день все эти знания и навыки станут ненужными? Если появятся программы для перевода текстов – не привычные нам, встроенные в браузер и делающие смешные ошибки, а настолько качественные, что они смогут переводить художественные книги и стихи не только без потери смысла, но и с сохранением красоты авторского слога? Если станет возможным купить устройство, которое будет не хуже профессионального синхрониста переводить устную речь? Перестанем ли мы тогда нуждаться в переводчиках, пропадет ли целый пласт профессий, связанных с адаптацией лингвистических реалий носителей одного языка для носителей другого?

В книге я попробовала ответить на эти вопросы, и думаю, что у меня получилось. Но мне трудно было бы справиться без помощи тех людей, которые поделились со мной своими знаниями и опытом. Я хочу поблагодарить:

● полиглотов Викторию, Кристину, Анастасию, Евгению и Максима;

● переводчиков и экспертов по межкультурной коммуникации Кристину Роппельт, Викторию Волошину, Марию Кленницкую, Риту Ключак;

● переводчиков и специалистов по машинному переводу Руслана Мурашкина и Дениса Лазука;

● профессора Женевского и Венского университетов, руководителя исследовательского центра «Лаборатория по изучению мозга и языка» (Brain and Language Lab) Нэрли Голестани;

● научного журналиста и специалиста по нейронаукам, главного редактора портала Neuronovosti.ru Алексея Паевского;

● научного редактора книги Елизавету Носову – специалиста по компьютерной лингвистике, занимающуюся обучением и внедрением моделей для обработки естественного языка;

● друга и коллегу Николая Подорванюка, из дискуссии с которым родилась идея этой книги;

● моего мужа Алексея Шередегу, ставшего первым читателем и критиком книги, а также моих родителей Светлану и Игоря Хлюстовых за поддержку во всех начинаниях.

ГЛАВА 1
Что такое язык?

Начнем разговор с совсем, казалось бы, простого вопроса: что такое язык? Базовое и очень короткое определение может звучать так: это инструмент коммуникации, который мы используем, чтобы обмениваться информацией.

Такое определение, однако, в свою очередь вызовет множество вопросов и замечаний, и первое из них будет таким: но ведь информацией обмениваются не только люди. Мы прекрасно знаем, что животные постоянно взаимодействуют между собой. Они координируют свои действия (например, птицы, стаей летящие на юг, или косатки во время охоты на тюленей) и передают важную информацию (пчелы, обнаружившие нектар, сообщают об этом другим обитателям улья, исполняя специальный танец). А что насчет наших домашних питомцев? Любой владелец собаки знает, как красноречиво пес может заявить о своем желании пойти на прогулку или получить внеочередную порцию угощения. Значит ли это, что язык не привилегия людей?

«Говорящие» обезьяны

Обезьяны максимально похожи на человека, поэтому логично, что именно они стали основными участниками экспериментов по обучению животных языку. Особенности строения голосовых связок, гортани и челюсти не позволяют обезьянам управлять своим голосом так же, как это делаем мы, и произносить те же звуки. Впрочем, эксперименты по обучению обезьян говорению все же проводились. Так, например, шимпанзе Вики за несколько лет научилась произносить четыре английских слова: mama (мама), papa (папа), cup (чашка), up (вверх). И это самые значительные достижения, потому что остальные участники таких опытов (шимпанзе Джонни, Рената и Кокомо) могли выговорить лишь слово mama. После этих неудачных экспериментов ученые сконцентрировались на обучении животных американскому жестовому языку – амслену. Его используют глухие люди в США, некоторых частях Канады, ряде стран Западной Африки и Юго-Восточной Азии. Каковы же были результаты?

Горилла Коко

Наверное, одной из самых известных в мире обезьян, говорящих на амслене, стала горилла Коко. Она родилась в 1971 году в зоопарке Сан-Франциско и прожила бóльшую часть жизни на западе Калифорнии, в заповеднике Санта-Круз.

Приматолог Франсин Паттерсон начала обучение Коко жестовому языку, когда той был один год. Через две недели горилла научилась использовать жесты, чтобы говорить о еде и напитках. Организаторы эксперимента утверждают, что через 40 лет словарный запас Коко составлял более тысячи слов – согласно исследованиям, примерно таким же лексиконом владеют трехлетние дети. Паттерсон также сообщала, что вдобавок к этому Коко понимала на слух около 2000 слов на английском языке.

Горилла была в состоянии не просто уведомить сотрудников заповедника о своих базовых потребностях или поддерживать с ними разговор на простые темы. Паттерсон рассказывает, что однажды Коко показали скелет и спросили, живой это объект или мертвый. Горилла ответила: «Мертвый». Потом ее спросили: «Куда попадают животные после смерти?» На это Коко, продемонстрировав прощальный поцелуй, ответила: «В удобную нору».

Паттерсон поясняет, что к этому моменту горилла была знакома с концепцией смерти: на прогулках смотрители заповедника обращали ее внимание на погибших птиц и мелких зверьков, которые иногда встречались на дороге. В понимании того, что такое смерть, Коко не была уникальной. Ученые отмечают, что гориллы в зоопарках иногда хоронят мертвых животных.

Коко обладала способностью самостоятельно расширять свой словарный запас: так, однажды она сконструировала слово «кольцо» при помощи комбинации жестов, обозначающих «палец» и «браслет». На Рождество горилла попросила подарить ей котенка (Коко понимала, что такое праздники, и с нетерпением ждала дня рождения и подарков). Получив игрушечного кота, Коко расстроилась и продолжала сообщать о своем желании сотрудникам заповедника. В конце концов ей разрешили завести настоящего котенка, которого она очень любила, пытаясь заботиться о нем так же, как о собственном детеныше. Не обходилось и без забавных случаев: однажды Коко разозлилась и в приступе гнева вырвала из стены своей комнаты умывальник. Когда смотритель спросил, зачем она это сделала, горилла попыталась свалить вину на кота, сказав жестами, что это натворил он.

К несчастью, жизнь кота оборвалась трагически: он сбежал из вольера и попал под машину. Коко очень расстраивалась и скучала по нему, и сотрудники заповедника разрешили завести ей новых любимцев – двух котов, которых горилла назвала Липс (Lips) и Смоуки (Smoky).

Шимпанзе Уошо

Впрочем, пальма первенства в освоении амслена принадлежит не всемирно известной Коко (которая дважды появлялась на обложке журнала National Geographic). Первопроходцем стала шимпанзе Уошо. В 1967 году, когда ей было около двух лет, американские зоологи Аллен и Беатрис Гарднер начали учить ее жестовому языку, причем делали это максимально естественным образом. Они обращались с Уошо почти как с ребенком: обезьяна часто носила одежду, ела за столом, с ней гуляли и брали на автомобильные прогулки. У нее был свой небольшой домик с кроватью, другой мебелью и даже холодильником. Гарднеры, в отличие от Франсин Паттерсон, общались с Уошо только на амслене, не используя обычную английскую речь: они считали, что без смешивания двух языков шимпанзе будет проще.

Эксперимент Аллена и Беатрис длился пять лет, за это время Уошо освоила около 350 слов, что было подтверждено независимыми специалистами в ряде экспериментов. (Слово считалось выученным, если Уошо использовала его на протяжении 14 дней подряд в спонтанной речи и в уместной ситуации.) Как и Коко, Уошо демонстрировала не только отличные умственные способности, но и незаурядный эмоциональный интеллект. Так, например, когда однажды к ней пришли студенты, шимпанзе разговаривала с ними на языке жестов нарочито медленно, как бы предполагая, что у них не хватит опыта, чтобы понять ее беглую речь. Была и еще одна примечательная история: Кэт, одна из смотрительниц, работавших с Уошо, несколько недель не появлялась на работе – у нее случился выкидыш. Когда женщина наконец-то пришла к шимпанзе, та дала ей понять, что обижена – ведь Кэт так давно ее не навещала. Смотрительница извинилась и показала на языке жестов: «Мой ребенок умер». Уошо опустила глаза, потом посмотрела на Кэт и показала слово «плакать», а затем провела пальцем по собственной щеке, изображая текущую слезу (физиологически шимпанзе не способны плакать). Позже Кэт отмечала, что один этот жест сказал ей о способностях Уошо гораздо больше, чем все составленные шимпанзе длинные фразы.

Шимпанзе Лана

Для обучения шимпанзе использовались и искусственные языки. Шимпанзе Лана стала первой обезьяной, которая освоила язык йеркиш (такое название он получил в честь Роберта Йеркса, специалиста в области поведения животных и одного из основоположников зоопсихологии). Ученые разработали йеркиш специально для того, чтобы учить обезьян речи. В нем применяются лексиграммы – небольшие картинки-символы, обозначающие слова и комбинирующиеся по определенным правилам (рис. 1). Лексиграммы специально сделали непохожими на предметы, которые они обозначают, и сгруппировали по классам: неодушевленные объекты, приматы, другие живые существа, разные типы действий и т. п.

Лексиграммы размещались на устройстве, похожем на клавиатуру. Положение каждой клавиши не было фиксированным – иногда их меняли местами, чтобы обезьяна запоминала не расположение лексиграммы, а ее значение. Когда шимпанзе нажимала на клавиши, символы выводились на экран.

Грамматика йеркиша различает три типа предложений: утверждение, просьба, вопрос. Каждый из них оформляется по своим правилам (например, просьба начинается с лексиграммы «пожалуйста», вопрос – с лексиграммы «вопрос»). В конце предложения должна ставиться точка. Эти правила были введены для того, чтобы объективно оценивать действия шимпанзе и четко различать сознательно выстроенные фразы и случайные комбинации символов, которые могут нести какой-то смысл.

Рис. 1 A, B. Примеры лексиграмм

Шимпанзе Лану начали учить йеркишу в 1971 году. Она довольно быстро научилась просить еду или, например, сообщать исследователям, что хочет посмотреть слайд-шоу из фотографий. Если Лана делала ошибку в процессе написания предложения и понимала это, то сразу нажимала кнопку для стирания фразы, после чего могла начать заново.

Рис. 2. Шимпанзе Лана печатает предложения из лексиграмм

Источник: Georgia State University

К 1974 году Лана выучила около сотни лексиграмм и составляла предложения длиной до семи символов. Она могла называть цвета предметов, спрашивала у работавшего с ней исследователя Тима, как называется тот или иной объект. Шимпанзе научилась читать лексиграммы на экране компьютера – так ученые получили возможность задавать ей вопросы. Иногда, если Лану спрашивали одно и то же несколько раз подряд (чтобы проверить, что она действительно понимает вопрос, а не случайно жмет на клавиши), она раздражалась и могла ответить фразой: «Тим, пожалуйста, выйди из комнаты».

Результаты этих и других подобных экспериментов отражены в десятках научных публикаций и подтверждены многими учеными. Значит ли это, что говорить могут не только люди?

Речь или не речь?

Несмотря на впечатляющие успехи обезьян, далеко не все ученые согласны с тем, что описанные опыты демонстрируют освоение этими приматами речи. Так, профессор Дьюэйн Румбо, руководитель эксперимента с йеркишем, полагал, что употребление Ланой языка имело ограничения. «Она никогда не использовала силу своих языковых навыков для расширения своего понимания мира», – писал Румбо¹.

Хотя шимпанзе и научилась самостоятельно читать проецируемые на экран строки лексиграмм, а также могла комбинировать символы, чтобы просить предметы, названия которых она не знала (например, называя огурец «банан, который зеленый»), она никогда не понимала аналогичного словотворчества экспериментаторов.

Ряд всемирно известных ученых, например лингвист Ноам Хомский и психолингвист Стивен Пинкер, также скептически относятся к «говорящим» обезьянам. Они отмечают невозможность точно установить, действительно ли обезьяны сознательно поддерживают разговор, понимают ли суть синтаксиса и значение жестов, которыми овладевают. И лингвисты, и обычные люди, говорящие на амслене, утверждают одно: запомнить значение отдельных жестов не то же самое, что выучить жестовый язык (равно как и знание сотни японских слов не делает нас способными поддержать разговор на японском языке). Возможно, что беседа для обезьян – это имитация действий ученых, выполнение определенных трюков, пусть и весьма сложных, ради получения награды или похвалы.

Кроме того, приматологи работают с животными годами, даже десятилетиями, ежедневно общаются с ними. Нет ли у экспериментаторов предвзятого отношения к своим подопечным, которое приводит к тому, что ученые видят речь там, где ее нет? За необъективность критиковали и Гарднеров, которые относились к Уошо как к своему ребенку, и Паттерсон, также выстроившую личные отношения с Коко. Наверняка играет определенную роль и эмоциональный интеллект обезьян: когда шимпанзе выражает сочувствие потерявшей ребенка женщине, а горилла заботится о котенке и почти философски рассуждает о смерти, это не может оставить экспериментаторов равнодушными. Кроме того, вспомните, как двигаются обезьяны, – ведь действительно довольно сложно определить, где заканчивается один их жест и начинается другой.

Еще один аргумент противников (в том числе и Ноама Хомского) идеи о том, что обезьяны могут освоить речь, звучит так: человек осваивает родной язык очень легко и быстро по сравнению с другими приматами, обезьянам же на это требуются годы специального обучения, и его результаты весьма ограничены.

Не значит ли это, что способность к речи – врожденное качество, присущее только людям? С другой стороны, если изолировать ребенка от общества, он не заговорит сам по себе. Так где же правда? Это мы обсудим в следующей главе, а пока продолжим разговор о животных.

Как общаются не приматы

Пока что мы говорили только о приматах – людях и обезьянах. Но ведь и другие животные используют системы коммуникации, подчас не менее сложные, чем настоящий язык.

Танец пчел

В самом начале этой главы я уже упоминала танец пчел. Главную роль в его расшифровке и «переводе» на человеческий язык сыграл австрийский специалист по поведению животных Карл фон Фриш. Совместно с Конрадом Лоренцем и Николасом Тинбергеном он получил Нобелевскую премию по физиологии или медицине 1973 года с формулировкой «за открытия, связанные с созданием и установлением моделей индивидуального и группового поведения животных».

Свое главное открытие фон Фриш сделал в январе 1919 года. К тому времени он занимался изучением пчел уже семь лет, и в новом эксперименте исследователь обратил внимание на поведение пчелы, которая нашла пищу и вернулась в улей.

«Я едва мог поверить своим глазам, когда она исполнила круговой танец на медовых сотах, чем привела в сильнейшее возбуждение находящихся рядом с ней пчел, помеченных краской, которые немедленно полетели к месту кормежки… Это было, как я думаю, наиболее важное наблюдение в моей жизни, во всяком случае имеющее самые далеко идущие последствия»², – писал ученый.

Фон Фриш исследовал танцы пчел всю свою жизнь. Он узнал, что движениями пчелы передают информацию о расстоянии до источника пищи (если он близко, то танец круговой, если далеко – «вихляющий», в виде восьмерки), о том, каков угол между местонахождением пищи и солнцем. Выяснил, что при переменной облачности пчелы ориентируются по плоскости поляризации света от просветов чистого неба. Во время танца пчела может издавать разные звуки, которые зависят от количества еды, и выделяет особые вещества.

Впечатляет, правда? Вот только с точки зрения лингвистики, семиотики и прочих связанных с языком наук такой тип общения правильнее будет назвать системой коммуникации, а не языком. В «речи» пчел нет ни синтаксиса (правил, согласно которым отдельные слова объединяются в словосочетания и предложения), ни наборов символов, которые обозначают звуки или объекты.

Общение морских львов

Огромный вклад в изучение когнитивных способностей морских львов внес морской биолог, специалист по поведению животных и сравнительной психологии Рональд Шустерман. В 1970-х годах он начал работу с этими тюленями и на протяжении следующих десятилетий сделал ряд важнейших открытий.

Те из вас, кто встречался с морскими львами, наверняка слышали разнообразные звуки, которые они издают: рычание, лай, писк, щелчки, рев. Весь этот арсенал животные используют, чтобы общаться с сородичами (например, самцы лают, устанавливая границы своей территории, а самки и детеныши узнают друг друга по голосу). Дополнительным средством коммуникации им служит язык тела.

Однако биологам удалось выяснить, что морские львы способны на гораздо большее. Оказалось, что они могут осваивать определенные логические операции, которые считаются «предшественниками» овладения языком. Более того, в 1992 году Шустерман и его коллеги обучали самку калифорнийского морского льва по имени Рокки понимать язык жестов – Рокки оказалась в состоянии не только запомнить значения жестов, но и усвоила базовые правила, по которым жесты следовали друг за другом.

Шустерман приводит такой пример. Дрессировщик показывал Рокки знаки, обозначавшие слова: вода, белая маленькая бутылка, принеси. Последовательность действий была следующей:

Дрессировщик: показывает знак «вода».

Рокки, находящаяся в бассейне: оглядывается в поисках источника воды (питьевой фонтанчик).

Дрессировщик: делает паузу, необходимую для разделения двух понятий.

Рокки: ждет.

Дрессировщик: показывает прилагательное «белый».

Рокки: слегка поворачивается налево, но не двигается с места и не осматривает бассейн.

Дрессировщик: показывает прилагательное «маленький».

Рокки: снова посматривает налево, но продолжает ждать.

Дрессировщик: показывает существительное «бутылка».

Рокки: плывет за маленькой белой бутылкой, которая находится слева от нее.

Дрессировщик: показывает глагол «приносить».

Рокки: остается на месте, ожидая продолжения.

Дрессировщик: опускает ногу в воду, обозначая конец предложения.

Рокки: берет бутылку, плывет к фонтанчику, подставляет бутылку под струю воды, наполняет емкость, приносит ее дрессировщику.

По мнению ученых, поведение Рокки демонстрировало, что она действительно смогла уяснить базовые правила синтаксиса. Тем не менее сам Шустерман не считал это доказательством именно лингвистических способностей морских львов. В статье о данном эксперименте он пишет, что успехи Рокки можно объяснить ее общими способностями к логическому мышлению и обучению (оговаривая, правда, что эти способности требуются и для освоения языка).

Логические же способности морских львов не подле-жат сомнению. В 1993 году ученым удалось проде-монстрировать, что эти животные понимают абстрактные концепции: симметрия, тождество³ и транзитивность⁴.

Общение собак с человеком

Говоря о «языках» животных, я не могла обойти вниманием наших лучших друзей – собак (любители кошек, простите, но мое сердце отдано псам). Многие владельцы собак утверждают, что понимают своего питомца «с полуслова», а пес отвечает им тем же: реагирует на интонации, выражение лица, взгляд. Так ли это на самом деле, или мы, как и исследователи приматов, «очеловечиваем» наших любимцев и приписываем им способности, которыми они не обладают?

Ученые сходятся во мнении, что собаки и люди в течение многих тысяч лет следовали по пути конвергентной эволюции – это процесс, в ходе которого у организмов, относящихся к разным систематическим группам, формируются сходные признаки. Собаки сопровождали людей при переселении на новые территории, вместе с ними адаптировались к новым условиям жизни и типам питания. И речь здесь идет не только о сходстве в физическом развитии (например, гены, регулирующие процессы пищеварения у людей и собак, эволюционировали сходным образом), но и об общении.

В процессе эволюции у собак появились навыки «считывания» нашего социального и коммуникативного поведения (выражения лица, жестов). Более того, есть основания полагать, что четвероногие друзья понимают нас лучше, чем близкие родственники приматы – бонобо, шимпанзе и другие. Ученые подтвердили способность собак отличать радостное выражение человеческого лица от сердитого, причем животные справляются с этой задачей даже тогда, когда им показывают только верхнюю или только нижнюю его половину. Собаки могут интерпретировать указывающие жесты (между прочим, исключительно человеческий способ передачи информации). В экспериментах собаки и двухлетние дети показали примерно одинаковые результаты по интерпретации таких жестов, продемонстрировав к тому же способность обобщать ранее полученную информацию и успешно трактовать новые, не виденные ранее знаки.

А еще собаки могут нами манипулировать (вряд ли это станет новостью для владельцев четвероногих друзей). Многие знают «щенячий взгляд», который они устремляют на нас, пытаясь что-то выпросить: поднятые вверх брови, округленные глаза. Ученые выяснили, что собаки «строят глазки» гораздо чаще, если знают, что на них смотрит человек. При этом они активно используют особую небольшую мышцу – у волков и суровых северных псов хаски она почти не развита. Анатомия мышц меняется крайне медленно, так что эти произошедшие за несколько десятков тысяч лет изменения можно считать довольно значительными. Судя по всему, собаки, у которых получалось приподнять брови и вызвать желание позаботиться о них, получали эволюционное преимущество перед своими менее способными собратьями.

Это значит, что собаки действительно могут передавать нам некоторую информацию: сообщать о своих желаниях, недовольстве, хорошем настроении. Их мозг обладает чертами, схожими с нашими (и возможностями, требующимися для освоения речи, – об этом подробнее поговорим в следующей главе). И тем не менее все перечисленное – еще не язык.

Пение птиц

Наверное, один из самых очевидных примеров коммуникации животных – пение птиц. Орнитологи делят издаваемые птицами звуки на две большие группы: позывы и собственно пение.

Позывы – это короткие звуковые сигналы, которыми птица владеет от рождения. У позывов достаточно широкий спектр звуковых частот, резкое начало и окончание. Они служат для базовой коммуникации: предупреждают об опасности, удерживают членов одной стаи вместе. Позывы достаточно индивидуальны. По ним птицы могут узнавать друг друга (более того, в некоторых случаях это удавалось даже ученым-орнитологам). Но что интересно: с помощью этих коротких криков общаться могут даже представители разных видов, например буроголовые гаички и японские синицы. Птиц, которые издают позывы, можно сравнить с представителями разных национальностей, говорящих на одном языке: у них разный тембр голоса, манера речи и акценты, но при этом они используют одинаковые слова и грамматические конструкции.

С пением все гораздо сложнее. Его основные функции – это привлечение партнера, обозначение границ территории и ее защита. Орнитологи утверждают, что по «репертуару» птицы ее сородичи могут сделать выводы о здоровье и физическом состоянии исполнителя, а значит, принять более обоснованное решение насчет образования пары, вступления в драку или избегания конфликта.

Вокализации птицы учатся, и исследователи выделяют в этом процессе две стадии. На первой птенцы слушают голосовые сигналы, издаваемые взрослыми (как правило, родителями), и запоминают их, на второй начинают воспроизводить. Начало этого процесса, когда звуки еще не структурированы, орнитологи сравнивают с осваиванием слогов маленькими детьми. Затем голосовые сигналы становятся все более оформленными, и в конце концов через 2–3 месяца птенец начинает исполнять их не хуже родителей.

Особенности песен, исполняемых птицами, передаются из поколения в поколение – у семей и стай есть собственные вокальные и мелодические вариации. Это позволяет орнитологам выделять птичьи диалекты – отличительные признаки пения, характерные для представителей вида, которые живут в определенной местности.

Более того, птицы могут обучаться и «чужому» пению – совсем как дети, которые на ходу осваивают иностранные языки, оказавшись в новой среде. В ходе одного опыта орнитологи отдали птенца зяблика «на воспитание» семейству канареек. В итоге в пении зяблика отчетливо стали слышны мотивы, характерные для его приемных родителей. Но, в отличие от детей, птицы могут научиться пению и будучи изолированными от семьи, что было подтверждено экспериментами. Правда, в этом случае их трели существенно отличаются от пения пернатых того же вида, бравших пример со старших товарищей. Учитывая такие особенности освоения птицами пения, многие ученые, во-первых, сравнивают его с процессом изучения людьми языка, а во-вторых, рассматривают как аналог человеческой передачи культурных ценностей и семейных традиций из поколения в поколение.

Но можно ли считать пение птиц языком? На этот вопрос у специалистов нет однозначного ответа. С одной стороны, нельзя, потому что, как мы уже знаем, язык предполагает словарный запас, синтаксис, возможность создавать новые фразы из имеющегося словаря и по правилам грамматики. С другой стороны, отдельные ученые утверждают, что в пении птиц встречаются все эти элементы. Так, исследовательница Ирэн Пепперберг, занимавшаяся изучением лингвистических способностей серых попугаев жако, убеждена, что они способны понимать и использовать грамматические конструкции. Правда, Пепперберг исследовала не естественное общение попугаев, а обучение их человеческому языку. В частности, ее подопечный, жако по имени Алекс, выучил несколько десятков английских слов, обозначавших предметы и их характеристики (цвет, размер, форму). Ирэн сообщала, что Алекс мог отвечать на вопросы об этих предметах и выражать свои желания. Но эксперимент подвергся такой же критике, как и опыты с «говорящими» обезьянами: исследовательница могла быть необъективной и переоценивать способности Алекса.

Однако есть и другие свидетельства того, что птицы демонстрируют способности, похожие на лингвистические. Так, черношапочные гаички в своих песнях комбинируют сочетания звуков, выстраивая из них новые музыкальные фразы, а у галок, живущих в стае, есть «имена». Выдающийся зоопсихолог Конрад Лоренц показал: эти птицы используют определенные сочетания звуков, чтобы идентифицировать каждого члена стаи. Например, перед перелетом галки произносят «имена» своих товарищей, чтобы выстроиться в цепь. Более того, нейроученые обнаружили поразительное сходство между областями головного мозга, которые отвечают за речь у людей и за пение у птиц.

Конечно, на основе этого мы не можем утверждать, что у птиц есть язык. И тем не менее они точно обладают способностями к использованию инструментов коммуникации, похожих на человеческую речь.

Так что же такое язык?

Давайте снова вернемся к вопросу, заданному в самом начале: что такое язык? Первую часть определения можно оставить: это инструмент коммуникации, который мы используем, чтобы обмениваться информацией. Однако, как мы уже поняли, такая формулировка неполна. Человеческий язык отличается от способов коммуникации животных несколькими важными особенностями:

1. У языка есть грамматика. Это набор правил, по которым строятся слова, словосочетания и фразы.

2. У языка есть словарь. Это совокупность слов – минимальных языковых единиц, обозначающих понятия или отношения между ними.

3. Язык обладает продуктивностью. Это значит, что владеющие языком люди могут, используя имеющиеся у них знания, образовывать новые слова и формы слов.

4. Владение языком – это навык, который можно получить только в процессе взаимодействия с другими людьми. Если ребенок с рождения будет изолирован от общества, он не начнет говорить сам по себе.

5. Язык служит не только для коммуникации (эту функцию могут выполнять жесты, мимика, поведение и даже стиль одежды), но и для мышления. Попробуйте ни о чем не думать – то есть совсем ни о чем. Для этого потребуются немалые усилия. Некоторые исследователи полагают, что язык эволюционировал вообще не как коммуникативная система, а как инструмент мышления, который нужен нам для построения образа реального мира. (Обратите особое внимание на этот последний пункт – мы подробнее обсудим его во второй главе.)

Разумеется, профессиональные лингвисты могут выделить еще ряд признаков, отличающих человеческий язык от способов коммуникации животных. Мы же, чтобы не погружаться в пучины языкознания, остановимся на этих пяти.

«Но где же письменность?» – можете спросить вы, и будете отчасти правы. Письменность – однозначная привилегия человека, ни одна естественная форма коммуникации животных не является ее аналогом. Она не вошла в список по очень простой причине: далеко не все человеческие языки имеют письменную форму. Впрочем, это не помешает нам поговорить о ней подробнее.

Что такое письмо?

Письменность – одна из форм существования человеческого языка, которая представляет собой систему знаков (символов). Письменность всегда ассоциируется с конкретным языком и устной речью на этом языке, и это отличает ее от, например, наскальных рисунков.

Раньше ученые полагали, что письменность возникла в Шумере (древней области на территории современного Ирака) между 3400 и 3100 годами до нашей эры. Дальнейшие исследования, однако, показали, что этот навык люди приобрели независимо друг от друга сразу в нескольких местах: в Шумере, Египте (около 3250 года до нашей эры), Китае (около 1200 года до нашей эры), а также на территории Мексики и Гватемалы (около 500 года до нашей эры). Но возникновение письменности не было одномоментным событием. Системам записи устной речи предшествовали более простые заметки, например глиняные жетоны (плоские таблички более правильной формы появятся позже), на которых символами указывалось количество голов домашнего скота.

Постепенно символы, использовавшиеся для обозначения объектов, эволюционировали. Древняя шумерская поэма «Энмеркар и правитель Аратты», созданная около XXI века до нашей эры, рассказывает нам, как правитель Урука (древнейшего города-государства шумеров) изобрел письменность: «Для посла слова были трудными, и не мог он их повторить, тогда верховный жрец Кулаба прикоснулся к глине и слова на табличке написал. До этого дня не умели слова писать на глине, а теперь, о Уту, воистину стало так!»⁵.

Какие же типы письменности существуют сегодня?

Нам ближе всего алфавитное письмо – именно оно свойственно русскому и европейским языкам, которые мы чаще всего изучаем. В основе алфавита лежат буквы; каждая из них обозначает один или несколько звуков, или фонему. В подавляющем большинстве случаев буквами обозначаются и гласные, и согласные звуки, но бывают языки с так называемым консонантным алфавитом: в нем буквы «отвечают» только за согласные звуки, а гласные могут обозначаться при помощи специальных диакритических знаков. К таким алфавитам можно отнести, например, древнюю финикийскую и современную арабскую письменности.

Еще один современный тип письма – слоговое, или силлабическое. В этом случае один знак (буква) обозначает не звук, а целый слог. Самый яркий пример такого письма – японские системы катакана и хирагана. Первая используется для записи заимствованных слов, иностранных имен и названий, а вторая вместе с иероглифической системой кандзи применяется для записи исконно японских слов.

Самый необычный современный тип – иероглифическая письменность, которую все мы знаем на примере китайского языка (его иероглифы используются также в японском и частично в корейском языках). Иероглиф – это знак, обозначающий целое слово.

О письме и его истории можно говорить еще очень долго. Я не буду останавливаться на письменности древних цивилизаций – шумерской, египетской, китайской. О расшифровке текстов и языках, на которых они основаны, написана не одна книга. Не буду углубляться и в историю языков, описывать их морфологические типы и эволюцию. К тому же специалисты могут существенно дополнить то, что я уже рассказала о типах письменности. Например, отметить, что существуют языки, письмо которых в строгом смысле не входит ни в одну из перечисленных мной трех основных групп. Так, эфиопское письмо относится к системе абугида – когда слоги с одинаковым согласным, но разными гласными звуками обозначаются видоизмененными формами одного базового знака. Или сказать, что иероглиф может обозначать не только целое слово, но и звук или слог – все зависит от того, о каком языке мы говорим (так, в древнеегипетском существовало несколько десятков иероглифов, обозначавших исключительно звуки, а не понятия). Все это, безусловно, интересно, но в рамках нашей книги не так важно.

Итак, мы обсудили, что такое язык, и узнали, чем он отличается от систем коммуникации, которые используют животные. В результате мы пришли к выводу: имеющиеся научные данные говорят о том, что язык – привилегия человека. Но мы так и не ответили на вопрос: только ли люди обладают лингвистическими способностями? Мы попытаемся выяснить это во второй главе, но сначала нам придется разобраться с тем, как устроен мозг.

ГЛАВА 2
Где «живет» язык?

Объяснить, как появился язык и благодаря каким биологическим механизмам это произошло, – непростая задача для ученых. И не до конца решенная. Овладение языком выглядит как биологический рывок, подъем на качественно новую ступень развития человечества. При этом для выживания человека как вида он вовсе не нужен – все остальные живые существа, населяющие нашу планету, прекрасно обходятся без него.

О том, что невозможно представить такую биологическую функцию, которую не мог бы выполнять лишенный языка вид, первым заявил биолог и натуралист Альфред Рассел Уоллес (одновременно с Чарльзом Дарвином и независимо от него он открыл эволюцию путем естественного отбора). И в самом деле, как мы уже знаем, все живые существа, кроме человека, прекрасно обходятся базовыми системами коммуникации. Более того, у языка еще и нет никаких эволюционных предшественников, «демоверсий»: он либо есть (у человека), либо его нет (у всех остальных животных).

Язык (не) против эволюции

Такое отсутствие «промежуточных вариантов» на первый взгляд нарушает принцип эволюции, который звучит как «природа не делает скачков». Дарвин писал: «Естественный отбор действует, только пользуясь слабыми последовательными вариациями; он никогда не может делать внезапных, больших скачков, а всегда продвигается короткими, но верными, хотя и медленными шагами»⁶.

На самом деле этот кажущийся очевидным принцип вовсе не так однозначен. Вопрос о том, как же все-таки эволюционируют живые организмы – постепенно или скачкообразно, – долгое время был предметом полемики ученых. Теперь же понятно, что на самом деле верно и то и другое. Иногда адаптивные изменения происходят очень медленно – в полном соответствии с концепцией Дарвина. Например, динозавры за несколько десятков миллионов лет эволюционировали в птиц. Да, вы всё правильно поняли: современные куры или голуби не просто ближайшие ныне живущие родственники динозавров. С недавних пор ученые относят птиц не к потомкам «ужасных ящеров» (именно так переводится слово «динозавр»), а непосредственно к подотряду тероподов – двуногих динозавров, как правило хищных. Самый известный представитель тероподов – тираннозавр; впрочем, существовали и всеядные, и травоядные тероподы.

Но бывает, что эволюционное изменение происходит очень быстро, и какой-либо признак появляется практически внезапно. Обычно это результат генетических мутаций. По всей видимости, так появился глаз.

Для функционирования простейшего глаза нужны два компонента. Первый – пигментные клетки. Они придают нашим глазам цвет, а еще выполняют множество функций: поглощают свет, перераспределяют питательные вещества, отводят лишние воду и тепло, запасают витамин А… Второй – клетки-фоторецепторы, известные нам еще из школьной программы палочки и колбочки. Так вот, ученые полагают, что первоначальное образование фоторецептора – случайное событие. Не было никакого естественного отбора, проб и ошибок. Просто в какой-то момент в клетках появились чувствительные к свету молекулы, а позднее этот процесс стал регулироваться при помощи генов. Конечно, затем молекулам-фоторецепторам пришлось пройти через естественный отбор, они изменялись и развивались, но это было уже после первого, ключевого, события. Подобные «сюрпризы» – естественное явление, вписывающееся в концепцию эволюции. И если проследить за процессом развития человека, станет ясно, что глаз не единственный пример эволюционных скачков.

В конце предыдущей главы мы упомянули, что ряд ученых рассматривают язык в первую очередь как инструмент мышления, с помощью которого мы осознаем мир. Наличие мышления – это признак интеллекта, то есть способности обучаться, запоминать информацию, анализировать свой опыт, понимать и применять абстрактные концепции, использовать знания для преобразования мира. Эрнст Майр, один из ведущих эволюционных биологов ХХ века, полагал, что человеческий интеллект – как сам по себе, так и применительно к языку – возник именно вследствие эволюционного скачка. Майр писал:

«Ничто не демонстрирует невероятность возникновения развитого интеллекта лучше, чем миллионы ветвей наследования, которые так и не смогли его достичь. С момента возникновения жизни существовали миллиарды, возможно, целых 50 млрд видов. Только один из них сумел достичь такого уровня развития интеллекта, чтобы создать цивилизацию… Я могу представить себе только две возможные причины такой исключительности. Первая заключается в том, что развитый интеллект, вопреки нашим ожиданиям, вовсе не является преимуществом при естественном отборе. По сути, все остальные виды живых организмов, миллионы видов, прекрасно обходятся без высокоразвитого интеллекта. Вторая возможная причина столь малой распространенности интеллекта – это то, что его очень сложно обрести… что неудивительно, поскольку головному мозгу требуется очень много энергии… Большой мозг, допускающий появление интеллекта, развился менее чем у 6﹪ живых существ по линии гоминидов. Вероятно, для высокого уровня развития интеллекта необходимо сочетание редких благоприятных обстоятельств»⁷.

Важно отметить, что эволюционным скачком в этом примере следует считать именно появление интеллекта, а не увеличение размеров мозга. Во-первых, он рос постепенно, а во-вторых, прямой связи между объемом мозга и уровнем умственного развития нет. Так, емкость черепа неандертальца в среднем была больше, чем у современных людей, но при этом неандертальцы исчезли, а современные люди выжили и завоевали планету. Более того, масса и объем мозга у взрослых людей может различаться вдвое (таковы границы нормы), никак не коррелируя с интеллектом: у Анатоля Франса мозг был чуть тяжелее килограмма, у Ивана Тургенева – чуть тяжелее двух. И мы же не скажем, что Тургенев вдвое умнее и талантливее Франса? А самый тяжелый зарегистрированный мозг весом 2850 г вообще принадлежал идиоту. Нет, мы не ругаемся: человек страдал самой глубокой формой умственной отсталости, которая именуется идиотией.

Сванте Паабо, один из ведущих мировых специалистов по эволюционной генетике, полагает: что-то должно было отделить человека разумного от неандертальцев и способствовать его распространению по всей планете (ведь изначально наши предки не покидали пределов Африки). Насчет сущности этого «секретного ингредиента» ученые расходятся. Паабо считает, что человека разумного отличало стремление к совместной деятельности и способность учиться – перенимать сложные навыки у соплеменников (при этом Паабо все-таки рассматривает язык как один из аспектов всех этих процессов). А вот Ноам Хомский, которого иногда называют отцом современной лингвистики, полагает, что «секретным ингредиентом» был именно язык.

Получается, что внезапное появление языка, хотя и не было жизненно важной необходимостью, не нарушало законы эволюции. Язык возник, потому что так сложились обстоятельства. Тем не менее он не родился «из ниоткуда» – Хомский и его коллеги отмечают, что эволюция в ходе естественного отбора всегда берет существующие черты и по-новому их применяет. Это значит, что элементы, которые предшествовали появлению языка и стали его составляющими, на тот момент уже были. Давайте посмотрим, что это за элементы. Для этого нам придется поговорить о генетике, отделах головного мозга и нейронных связях внутри него.

Генетика языка

Одной из важнейших составляющих языка является «система вывода информации», объединяющая механизмы вокального научения и продуцирования речи. Вокальное научение – это процесс, в ходе которого ребенок учится извлекать звуки, похожие на те, что используют взрослые. Но к вокальному научению способны, конечно, не только люди. Звукам, издаваемым взрослыми, учатся подражать птенцы, детеныши китообразных, морских котиков и морских львов, слонов, летучих мышей и других животных.

Остановимся на птицах – как мы помним из первой главы, они обладают очень развитой системой коммуникации. От птиц нас отделяют несколько сотен миллионов лет параллельной эволюции, но, несмотря на это, отделы мозга, контролирующие птичье пение, функционально соответствуют речевым областям мозга человека (о них мы еще поговорим).

Кроме того, масштабное исследование геномов 48 видов птиц показало: есть примерно 50 генов, которые сходным образом включаются и выключаются в специализированных «голосовых» областях мозга людей и пернатых. Каждый из этой полусотни генов требует пристального изучения, ведь если его работа необходима для обслуживания и человеческого языка, и птичьих песен, значит, он – вероятный кандидат на то, чтобы быть одним из ключевых звеньев эволюции речи.

Сегодня в научно-популярных книгах и СМИ геном языка, как правило, называют FOXP2. Он был открыт в 1998 году в ходе генетического обследования членов одной британской семьи, которая фигурирует в научной литературе под псевдонимом «семья КЕ». Примерно половина членов этой семьи страдала от заболевания, известного как вербальная апраксия. При этом расстройстве пациент испытывает сложности в произнесении сочетаний звуков, потому что его мозг не может нормально контролировать движения челюстей, губ и языка. Человек знает, что хочет сказать, но физически не может этого сделать.

Семья КЕ попала в поле зрения врачей в конце 1980-х годов. В течение нескольких лет ее обследовали разные специалисты, и в конце концов ученые из Оксфордского университета пришли к выводу: болезнь имеет генетические причины. А в 1998 году было установлено, что проблема – в мутации гена FOXP2.

Этот ген не является чем-то уникальным – он есть у многих позвоночных животных, включая обезьян, птиц и летучих мышей (у них FOXP2 контролирует эхолокацию); был он и у неандертальцев⁸. Вот только все эти FOXP2 неодинаковы: тот, который присутствует в геноме современных людей, отличается двумя аминокислотными заменами от соответствующего гена у бонобо, шимпанзе и горилл. Какие именно изменения и различия влекут за собой эти замены, сказать, конечно, нельзя: генетика еще не достигла такого уровня развития.

Несмотря на все это, называть именно FOXP2 геном языка пока преждевременно. Он в первую очередь всего лишь часть «системы вывода» речевой информации, о которой мы начали говорить несколько абзацев назад. Ученые пришли к этому заключению на основе такого эксперимента: они вставляли «очеловеченный» вариант FOXP2 в геном мышей и наблюдали за тем, как изменится их поведение. Оказалось, что генетически модифицированные грызуны могут быстрее переключаться с декларативного обучения на процедурное.

Разница между ними очень простая: декларативное обучение осуществляется сознательно, а процедурное происходит механически, путем многократного повторения одного и того же действия, без понимания, зачем и почему это действие нужно выполнять. Исследователи построили для мышей небольшой крестообразный лабиринт, в который грызуна можно было запускать с «северного» или «южного» входа, и учили их находить в лабиринте еду. При процедурном обучении мышка всегда находила угощение при повороте направо – при этом поворачивала она механически, без учета своего местонахождения. При декларативном же обучении угощение помещалось в конкретном месте лабиринта, и мышке приходилось сначала понять, где она находится, а потом выбрать, куда повернуть – налево или направо.

Выяснилось, что если мышей учат по одному определенному типу – либо декларативному, либо процедурному, то разница между обычными и генетически модифицированными грызунами не проявляется. Но мыши с «очеловеченным» FOXP2 быстрее переключались с декларативного обучения на процедурное. Это значит, что по крайней мере одна из функций гена – переведение новых моторно-двигательных навыков в долговременную память, чтобы впоследствии человек или животное могли совершать какие-то действия «на автомате», бессознательно. Пример этого – плавание или езда на велосипеде. Сначала мы в течение какого-то времени осваиваем эти умения, но, раз приобретя их, потерять уже не можем. То же самое делают и дети, которые учатся говорить: сначала они с трудом выговаривают звуки, но постепенно движения губ, языка и челюстей становятся привычными и естественными.

Последние исследования гена FOXP2 показывают, что он контролирует не только мышцы – регуляторы речи. Его функция направлена на координацию целого каскада генов и белков, необходимых для развития и нормальной работы мозга.

Про остальные гены, связанные с речью, мы пока знаем не так много. Например, Сванте Паабо в своих работах упоминает гены, которые есть у нас, но отсутствуют у неандертальцев: CASC5, SPAG5 и KIF18А. Они задействованы в зоне, где происходит деление стволовых клеток для формирования мозга. Однако еще неизвестно, влияют кодируемые этими генами белки на умственные различия Homo sapiens и Homo neanderthalensis или же только на физические, например размер мозга. Так что пока язык – одна из основных проблем, исследуемых эволюционной генетикой человека.

Операция соединения

Теперь, когда мы установили, что связи языка и генетики все еще неясны, хотя и очень интересны, поговорим о мозге. Палеоантрополог Иэн Таттерсаль пишет: «…после долгого – и не особо понятного – периода хаотичного увеличения и реорганизации мозга в человеческой истории случилось что-то, что подготовило почву для усвоения языка»⁹. Этим «чем-то» было, скорее всего, некое изменение в нейронных связях – Ноам Хомский считает, что возникла «операция соединения».

Операция соединения – это способность человеческого мозга принимать «на вход» некие понятия (слова) и создавать из них самые разные структурированные выражения. Это можно сравнить с тем, как композитор, комбинируя ноты, может написать любую новую мелодию. Операция соединения – сложнейший процесс, который происходит мгновенно и служит, по сути, инструментом мышления (это еще раз подтверждает, что коммуникация – лишь вторичная специализация языка).

Ученые полагают, что операция соединения возникла около 80 000 лет назад у гоминидов, живших на территории Восточной Африки, – тогда люди получили способность мыслить. На этот вывод специалистов навели археологические находки, демонстрирующие радикальные изменения в поведении человека. Наряду с примитивными инструментами появились предметы, которые выполняли чисто символические функции: сделанные из ракушек украшения для тела, кусочки охры, кости, покрытые геометрическими орнаментами. А позже этот внутренний язык мысли «подключился» к сенсомоторной системе «вывода речи».

Что такое нейролингвистика и как заглянуть в мозг

В системе «вывода речи», помимо генетической, есть и физиологическая составляющая. Еще в XVIII веке люди начали задаваться вопросом: как именно способности человека к мышлению и языку соотносятся со структурой мозга?

Ответ на него ищет наука нейролингвистика. Это дисциплина, которая изучает устройство языка методами нейронаук – другими словами, выясняет, где, когда и как языковая информация обрабатывается в мозге. Кроме того, нейролингвисты пытаются выяснить, как можно бороться с афазиями – расстройствами речи, возникающими при поражениях головного мозга в результате травм, опухолей, инсультов, воспалительных процессов и при некоторых психических заболеваниях.

Чтобы «увидеть» происходящие в мозге процессы, нейролингвисты используют различные методы нейровизуализации. К ним относятся, например:

● компьютерная томография (КТ), при которой голова человека обследуется с помощью серии рентгеновских лучей с разных направлений, после чего воссоздается трехмерное изображение мозга. Обычно этот метод используют для быстрой визуализации черепно-мозговых травм;

● магнитно-резонансная томография (МРТ) – работает за счет ядерного магнитного резонанса, то есть использует действующие на атомы водорода магнитные поля, а также радиоволны для получения двумерных и трехмерных изображений структур головного мозга. Рентгеновские лучи или ионизирующее излучение при этом не применяются;

● функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) – особый режим МРТ, который фиксирует изменения интенсивности кровотока в разных частях головного мозга. Когда какая-то область активизируется, приток крови к ней усиливается – так ученые могут выявить зоны мозга, отвечающие за разные типы активности;

● магнитоэнцефалография (МЭГ) – измеряет магнитные поля, которые возникают вследствие электрической активности мозга. Этот метод фиксирует электрическую активность нейронов. С его помощью можно получать более точные во временном разрешении, чем при использовании фМРТ, данные об активности мозга;

● позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) – использует введение в кровоток пациента глюкозы с радиоактивным изотопом фтора. Они достигают мозга и скапливаются в разных его структурах – именно это регистрирует ПЭТ. Метод используется как для диагностики заболеваний (например, в онкологии для выявления метастазов опухолей), так и для изучения уровня активности в разных участках здорового мозга;

● электроэнцефалограмма (ЭЭГ) – также измеряет электрическую активность и позволяет получить ее изображение в течение определенного периода времени. Это очень чувствительный метод исследования, отражающий малейшие изменения функционирования коры головного мозга и глубинных структур в миллисекундном временном разрешении (гораздо точнее, чем ПЭТ и фМРТ). Однако пространственное разрешение у этого метода ниже, поэтому он лучше подходит для измерения скорости нейронной реакции, а не для определения ее точного местоположения.

А теперь, наконец, настало время поговорить о том, в каких же именно зонах человеческого мозга «живет» язык.

Зона Брока

11 апреля 1861 года французскому хирургу и антропологу Полю Брока поручили лечение нового пациента. 51-летнего мужчину звали Луи-Виктор Леборн, у него была гангрена, а еще он не говорил на протяжении 21 года.

Проблемы со здоровьем у Леборна появились в молодости. Сначала начались эпилептические припадки, а затем в возрасте 30 лет мужчина потерял способность к речи. Он решил, что проблема исчезнет сама собой, и не обращался к врачам, но затем все-таки отправился в госпиталь Бисетр. Врачи госпитализировали его в психиатрическое отделение.

Никаких внешних повреждений или травм у Леборна не наблюдалось. Единственным симптомом недуга было то, что мужчина мог четко произносить всего лишь один слог – «тан», активно при этом жестикулируя. Но его умственные способности находились в норме: он прекрасно понимал, что ему говорят, и общался при помощи жестов. По сообщениям его лечащих врачей (которые не понимали, что с ним), иногда, разозлившись, он мог выговорить ругательство.

В 40 лет у Леборна возникли новые проблемы: сначала появилась слабость в правой руке, затем конечность парализовало. То же самое случилось с правой ногой, и в 44 года Леборн оказался прикованным к постели (левая половина тела сохраняла подвижность). Его умственные способности также стали ухудшаться, падало зрение. В апреле 1861 года правую ногу поразила гангрена, началось заражение крови, и пациента перевели к хирургу Полю Брока.

Брока, как и многие врачи того времени, имел достаточно разносторонние научные интересы: от гистологии до антропологии. Именно Поль Брока выявил наследственную предрасположенность к раку молочной железы, описав десять случаев этого заболевания в семье своей жены на протяжении четырех поколений. Кроме того, его работы касались лечения аневризм (истончений стенок кровеносных сосудов), также он исследовал строение хрящей и мозга.

Во второй половине XIX века мозг был малоизученным органом. Поль Брока и еще 19 ученых основали Парижское антропологическое общество – оно стало главной площадкой того времени, на которой велись научные дискуссии о строении, функционировании и эволюции головного мозга. Исследователи делились на два лагеря: одни полагали, что мозг работает как единое целое, другие считали, что в этом органе есть специализированные зоны, отвечающие за разные аспекты нашей деятельности – движение, речь и так далее.

Брока очень заинтересовался случаем Луи Леборна, и гангрена тут была ни при чем. Хирург внимательно обследовал мужчину, поговорил с его родителями и врачами и сделал вывод: «Такая потеря речи у людей, не страдающих от паралича и не являющихся умственно отсталыми, представляет собой настолько своеобразный симптом, что мне кажется целесообразным дать ему особое наименование. Я назову его афемией¹⁰»¹¹.

17 апреля 1861 года Луи-Виктор Леборн скончался. Спустя сутки Поль Брока произвел вскрытие тела, и главным объектом внимания хирурга стал головной мозг пациента. Врач пришел к выводу, что Леборн, скорее всего, перенес два инсульта (острое нарушение кровообращения в мозге, которое приводит к повреждению тканей). А еще у него оказалась сильно пораженной левая лобная доля – в ней была полость размером с куриное яйцо, заполненная серозной жидкостью. Брока решил, что именно в этом месте и находится наш речевой центр, то есть зона, ответственная за способность говорить, и сделал соответствующий доклад на очередном собрании Парижского антропологического общества.

Спустя несколько месяцев после смерти Леборна Полю Брока встретился еще один интересный пациент – 84-летний садовник Лазар Лелон с диагнозом «деменция». При общении с Лелоном врач отметил ярко выраженные проблемы с речью – садовник произносил лишь пять слов: собственное имя, «да», «нет», «всегда», «три» (этим числительным он заменял все остальные). После смерти Лелона хирург исследовал его мозг и обнаружил, что лобные доли были сильно повреждены в том же месте, что и у Луи Леборна. Это укрепило исследователя во мнении, что здесь и находится речевой центр – сегодня он называется зоной Брока (рис. 3).

Рис. 3. Мозг Луи Леборна (А, В) и Лазара Лелона (С, D). Хорошо видны физические повреждения левой лобной доли

Источник: Dronkers et al., 2007

Оба головных мозга были заспиртованы и сейчас хранятся в Париже, в Музее патологической анатомии (Музее Дюпюитрена). Их исследования, проведенные с использованием современных методов, подтвердили и расширили выводы Поля Брока (о том, как изучают мозг в XXI веке, мы поговорим немного позже).

Зона Брока стала первым известным науке участком головного мозга, отвечающим за речь. Она расположена в лобной доле доминирующего полушария (то есть в левом у правшей и в правом у левшей). Ранее считалось, что ее главная функция – продуцирование речи (говорение), но теперь ученые выяснили, что зона Брока задействована и в восприятии языка. Кроме того, она активируется при выполнении и других сложных когнитивных процессов, например осуществлении движений (каждому движению предшествует его представление), интерпретации действий окружающих.

Зона Вернике

В 1872 году к врачу-психоневрологу Карлу Вернике поступил пациент, перенесший инсульт. Он все слышал и бегло говорил – вот только не понимал значения сказанного, и его собственная речь тоже не имела смысла. Заболевание, при котором нарушается речь, называется афазией, а именно эта его разновидность позднее стала известна как «афазия Вернике». Ее симптомами является то, что пациент не понимает смысла слов, они не вызывают у него ассоциаций. Речь больного может быть грамматически правильной, но при этом лишенной смысла: он произносит несуществующие в языке слова, использует много предлогов, союзов. Сам он, как правило, не осознает проблемы и раздражается оттого, что его не понимают.

После смерти своего пациента Вернике произвел вскрытие тела и обнаружил, что задняя теменная и височная доли левого полушария повреждены. Ученый, которому тогда было всего 26 лет, сделал вывод, что этот участок, расположенный рядом со слуховой корой, задействован в понимании устной и письменной речи. В 1874 году Вернике опубликовал свою самую важную работу – «Афонический симптомокомплекс», связав в ней афазию с повреждениями в головном мозге конкретного участка. Он получил название зоны Вернике, а подобные случаи стали называться афазией Вернике.

Кроме того, Вернике сформулировал так называемую теорию локализации. Он предположил, что разные области мозга контролируют разные типы поведения и взаимодействуют между собой, что приводит к появлению других, более сложных видов деятельности. Так, например, при обмене информацией между зонами Брока и Вернике «рождается» язык.

Аркуатный пучок

Как же взаимодействуют зоны Брока и Вернике? Это происходит при помощи аркуатного, или дугообразного, пучка – группы нервных волокон, по которым информация от слуховой коры поступает к моторной и обратно (рис. 4). Впервые этот путь коммуникации между речевыми центрами мозга описал американский невролог Норман Гешвинд, живший в середине ХХ века.

Рис. 4. Схематичное изображение зоны Брока, зоны Вернике и соединяющего их аркуатного пучка

Если аркуатный пучок повредить, то у человека появятся проблемы: сохраняя способность понимать устную и письменную речь, он не сможет повторить слова, которые услышал или прочитал. Такой пациент будет говорить с ошибками, и, осознавая это, самостоятельно исправить их он не сможет.

Модель неврологической основы речи, согласно которой способность человека владеть языком обеспечивают зоны Брока и Вернике, соединенные аркуатным пучком, называют классической моделью Вернике – Гешвинда. В свое время она стала революцией в науке и до сих описывается во многих учебниках. Но значит ли это, что она так же верна, как считалось десятилетия назад?

Рис. 5. 3D-модель аркуатного пучка, соединяющего зоны Брока и Вернике. Метод, при помощи которого сделано изображение, называется диффузионно-тензорной трактографией (разновидность МРТ). Снимок стал финалистом конкурса научной фотографии Wellcome Image Award в 2017 году.

Источники: Stephanie J Forkel and Ahmad Beyh, Natbrainlab, King's College London; Alfonso de Lara Rubio, King's College London

Не все так просто

Время шло, ученые открывали всё новые зоны мозга, вовлеченные в процесс обработки и продуцирования речи, и узнавали все больше о взаимодействии областей Брока и Вернике. Так, например, дискуссии о том, есть ли у нас в мозге специальная область, отвечающая за чтение, ведутся почти 200 лет. На этот вопрос пытались ответить и Карл Вернике, и Жан-Мартен Шарко – всемирно известный специалист по неврологическим болезням, живший в XIX веке.

В 2016 году ученые исследовали головной мозг пациентов, проходивших лечение от эпилепсии, – для поиска эпилептического очага им вживили электроды в область левой срединной веретенообразной извилины. Можете не запоминать ее название. Для нас важно лишь то, что эта извилина находится в том месте, которое называют областью визуальной словоформы (англ. visual word form area). Предполагалось, что эта область участвует в распознавании письменной речи – помогает связывать изображения букв и слов с их звучанием и значением.

При помощи электродов ученые получили возможность напрямую воздействовать на нужную область, стимулируя нейроны электрическим током и тем самым нарушая их работу. Оказалось, что, если мешать веретенообразной извилине нормально функционировать, пациент теряет способность понимать написанный текст. При этом неврологи отмечали, что он по-прежнему мог называть предметы и распознавать лица. Тем самым ученые подтвердили, что область визуальной словоформы действительно очень точно «настроена» именно на распознавание символов письменной речи.

Но это еще не все. Исследователи также выяснили, что «настройка» этой области работает только у грамотных людей – тех, кто умеет читать и писать. Поэтому в ученом сообществе бытовала гипотеза, что в начале жизни человека область визуальной словоформы ничем не отличается от других частей зрительной коры головного мозга, отвечающих за распознавание любых окружающих нас объектов и лиц. Специализация же на тексте возникает по мере того, как ребенок учится говорить, читать и писать.

Работа, выполненная в 2020 году учеными Университета штата Огайо, показала, что эта гипотеза неверна. В эксперименте были задействованы 40 взрослых людей и 40 новорожденных, возрастом менее недели. При помощи фМРТ у них измерили функциональную связность мозга – проще говоря, согласованность работы его отделов. Она часто нарушена у людей с аутизмом, болезнью Альцгеймера и рассеянным склерозом – в результате человеку становится сложнее как выполнять привычные действия, так и учиться новому.

Результаты фМРТ показали, что и у младенцев, и у взрослых область визуальной словоформы гораздо теснее связана с языковыми центрами мозга, чем со всеми остальными его частями. А это значит, что предрасположенность к чтению у нас есть уже при рождении, задолго до того, как мы начинаем говорить. Впрочем, с возрастом эта область все же меняется, развиваясь по мере взросления человека.

Но вернемся к классической модели Вернике – Гешвинда. Несмотря на то, что ее основы заложены в середине XIX века, а сама она была дополнена огромным количеством новых сведений, эта модель до сих пор широко распространена в научном сообществе. Студенты нейропсихологи и неврологи часто изучают устаревшие идеи, не соотнося их с последними открытиями в этой области. В подавляющем большинстве учебников по нейробиологии сказано, что две языковых зоны (Брока и Вернике) соединены лишь аркуатным пучком. Тем не менее уже известно, что таких связующих путей гораздо больше (крючковатый, задний лобно-затылочный, задний продольный и нижний продолговатый пучки), да и анатомические границы самих зон Брока и Вернике подвергаются пересмотру. Кроме того, доказано, что локализация языковых функций нашего мозга выходит за пределы зон Брока и Вернике, распространяясь, например, в лобную, теменную и височную доли, на медиальную поверхность полушарий, а также в базальные ганглии, таламус и мозжечок.

Конечно, ученых волнует такое несоответствие реальных данных и традиционной модели, которую продолжают освещать как в учебных пособиях, так и в научных публикациях. В 2016 году канадские исследователи заявили о своей позиции на страницах научного журнала Brain and Language. Они опросили 159 экспертов, задав им вопрос о том, может ли модель Вернике – Гешвинда использоваться в качестве рабочей. Положительный ответ дали лишь 2﹪ опрошенных, а остальные признали, что классическая модель не просто устарела – ее использование в исследовательской и медицинской практике препятствует прогрессу. Статья, к слову, называлась «Брока и Вернике мертвы»¹².

Чтобы еще нагляднее показать, насколько широки лингвистические связи в нашем мозге, расскажу про исследование нейролингвистов из Калифорнийского университета в Беркли. В эксперименте приняли участие семь англоговорящих добровольцев, включая руководителя исследования Александра Гута. Каждый из них два часа находился в томографе, слушая радиопередачи на английском языке, а исследователи в это время проводили функциональную магнитно-резонансную томографию и фиксировали реакцию мозга на каждое услышанное слово.

Затем ученые выполнили огромную работу с текстами. Не будем погружаться в ее подробности, скажем лишь только, что авторы исследования составили список из 10 470 слов, которые прозвучали в радиопередачах. Они использовали 985 базовых слов английского языка, а также проанализировали, сколько раз каждое из 10 470 слов появляется в корпусе текстов (туда вошли, например, 604 книги, 2 405 569 страниц «Википедии» и 36 333 459 комментариев пользователей сайта Reddit).

В итоге исследователи расшифровали реакцию коры головного мозга на каждое услышанное испытуемыми слово и выяснили, что в их обработку вовлечено более трети поверхности коры головного мозга. Кроме того, они смогли выделить «лингвистические зоны», реагирующие на слова с похожими по смыслу значениями. По сути, авторы работы составили карту областей, в которые мозг «обращается» за значением той или иной лексической единицы (например, слова «неделя» и «месяц» будут обрабатываться в одной части мозга, слова «желтый» и «круглый» – в другой, а если слово имеет несколько значений, то на него среагируют сразу несколько областей).

Исследователи смогли выделить 12 категорий, на которые наш мозг делит слова: тактильное (кластер содержит такие слова, как, например, «палец»), визуальное («желтый»), числовое («четыре»), пространственное («стадион»), абстрактное («естественный»), временнóе («минута»), профессиональное («совещание»), жестокое («смертельный»), общественное («школа»), ментальное («спать»), эмоциональное («презираемый») и социальное («ребенок»).

А теперь давайте посмотрим на карту, которая получилась у ученых. Цветами на ней отмечены участки коры мозга, реагировавшие на разные типы слов, и мы видим, что в этом процессе была задействована ее бóльшая часть. Впечатляет, правда?

Этот эксперимент показал, что обработка речи действительно не ограничена зонами Брока, Вернике и аркуатным пучком.

Рис. 6. Карта коры мозга, на которой выделены зоны, участвующие в обработке речи

Источник: Alexander G. Huth, Wendy A. de Heer, Thomas L. Griffiths, Frédéric E. Theunissen and Jack L. Gallant. Natural speech reveals the semantic maps that tile human cerebral cortex. Nature. April 27, 2016. doi:10.1038/nature17637

И напоследок еще одна история, которая окончательно убедит вас в этом. Весной 2022 года ученые рассказали миру о необычной пациентке. На первый взгляд, у нее все было в порядке: девушка окончила университет и аспирантуру, прекрасно владела родным и иностранным языками. Когда ей было 25 лет, невролог назначил пациентке МРТ головного мозга, и выяснилось, что у девушки есть врожденная аномалия: полностью отсутствует левая височная доля. Та самая, в которой находится часть языковых центров нашего мозга, в том числе зона Вернике. «После получения снимков некоторые врачи говорили мне, что мой словарный запас должен быть не выше начальной школы, что у меня должна быть эпилепсия или хотя бы какие-то умственные расстройства, – рассказывает пациентка, имя которой авторы статьи зашифровали буквами EG. – Они казались разочарованными, даже разгневанными тем, что я не укладываюсь в их картину функциональной нейроанатомии. В дальнейшем меня никто не исследовал… Кусок ствола моего мозга также отсутствует. Один нейрохирург сказал мне, что много лет назад такой дефект обнаруживали только при вскрытии умерших младенцев»¹³.

Рис. 7. Мозг пациентки EG. Черный участок на снимке – «дыра» на месте левой височной доли

Источник: Evelina Fedorenko et al / Neuropsychologia 2022

Однако теперь очевидно, что такие нарушения не только не всегда приводят к смерти человека, но могут вообще не влиять на его состояние. В конце концов девушку пригласили в Массачусетский технологический институт, где исследовали, как обрабатывает речь ее мозг и мозг здоровых людей.

Выяснилось следующее: у всех добровольцев с нормальным мозгом лингвистический центр находился там, где ему и положено быть – в левом полушарии, в лобной и височной долях. А у EG языковой центр располагался справа – в том полушарии, где сохранились обе нужные «языковые» доли. При этом уцелевшая левая лобная доля никак не реагировала на языковые стимулы.

Чем же она занималась? Чтобы узнать это, участников эксперимента просили решать арифметические задания различной сложности. Оказалось, что у EG и у здоровых людей с этой задачей мозг справлялся одинаково: левая лобная доля активировалась во время счета. Ученые сделали вывод, что эта часть мозга у пациентки не смогла стать языковым центром, не потеряв при этом остальных своих функций.

В результате исследователи пришли к следующим заключениям. Во-первых, височная доля необходима для того, чтобы лобная сформировалась как речевой центр (если бы у пациентки не было височных долей в обоих полушариях, она точно не смогла бы говорить). Во-вторых, развитие языковых центров в левом и правом полушариях не зависит друг от друга. А в-третьих, правое полушарие (которое чаще всего не доминирует в языковой деятельности) вполне способно взять на себя соответствующие функции левого.