Какая часть мозга отвечает за речь: языковая сеть
Как показывают, что набор областей занят языком, а не общей трудностью задачи
Языковую сеть образуют участки левой лобной и левой височной коры, отвечающие на связный языковой материал в разы сильнее, чем на подобранный неязыковой контроль. Стандартный контраст предложила Эвелина Федоренко с коллегами в 2010 году: предложения против списков произносимых псевдослов, совпадающих с ними по вводу, длине, произносимости и заданию и отличающихся только отсутствием значений и грамматической связи.
MIT 9.13, лекции о языке · Fedorenko и др., 2010-2013 · Malik-Moraleda и др., 2022 · 45 мин · обновлено 01.10.2026
После урока вы сможете
- Восстанавливать логику контроля: чем контрольное условие должно совпадать с основным и чем отличаться
- Объяснять, почему направление эффекта закрывает объяснение через трудность задачи
- Отличать проверку «отвечает ли область на X» от проверки «отвечает ли она на всё остальное»
- Формулировать, чем установлена независимость языковой сети от канала (речи, чтения, жеста)
- Называть выводы, которые из этих данных не следуют
Человек лежит в томографе и читает с экрана два вида материала. Сначала обычные предложения: «в четверг рабочие закончили ремонт моста». Потом списки произносимых бессмыслиц, собранных по правилам русской фонетики, но ничего не значащих: «лывор плугеть намиса зерокль». Задание в обоих случаях одно и то же. Прочесть, удержать, а потом сказать, была ли в наборе вот эта единица.
В левой лобной и левой височной коре есть участки, где сигнал в первом случае в несколько раз выше, чем во втором. Этот набор участков и называют языковой сетью.
Урок не о том, где она лежит. Урок о том, откуда известно, что она занята языком, а не чем-то другим. Другое здесь это внимание, удержание в памяти, осмысленность вообще или просто то, что одно из двух условий требует больше усилий. Из картинки с цветными пятнами это не следует ни в какой мере. Следует это из устройства сравнения и из нескольких дополнительных проверок, каждая из которых закрывает свою лазейку. Разбор этих проверок и есть содержание урока, сама сеть тут только повод.
Почему область ищут в каждом мозге отдельно
Первая техническая деталь оказывается содержательной. Языковые области у разных людей лежат не в одних и тех же координатах: разброс их положения сопоставим с их собственным размером. Если сложить данные двадцати человек в общее пространство и усреднить, то в каждой точке усреднённого мозга окажется смесь. У кого-то там языковая область, у кого-то соседняя, у кого-то ничего. Слабый размытый результат в такой процедуре означает не слабый эффект, а несовпадение адресов.
Отсюда приём, который для языка был описан как отдельный метод: функциональный локализатор. Эвелина Федоренко и коллеги (2010) предложили короткое стандартное задание из тех самых предложений против списков псевдослов, которым область очерчивается у каждого участника отдельно. Дальше всё измеряется внутри этих индивидуальных границ, а групповое усреднение делается уже над числами, а не над картинками.
Второе требование не менее важно: границы области и измерение отклика должны браться из разных данных. Если очертить область по тому же прогону, в котором потом считается величина эффекта, эффект окажется завышен автоматически. Это то самое двойное погружение, которое в курсе психологии разобрано на примере воодуистских корреляций. Поэтому часть прогонов уходит на разметку, а остальные на измерение.
Эта процедура даёт воспроизводимый набор участков в левой лобной коре и вдоль левой височной доли. У подавляющего большинства обследованных он находится и находится там же при повторном обследовании. И отвечает на связный текст сильнее, чем на бессмыслицу.
Короткое задание с известным контрастом, нужное только затем, чтобы очертить область в конкретном мозге. Само по себе оно ничего не открывает: открытие делается тем, что измеряют внутри очерченных границ дальше. Тот же приём применяется к областям лиц, мест и тел. Для языка он был описан отдельно, потому что разброс положения здесь особенно велик.
Чего требует контрольное условие
Теперь главное. Разница между двумя условиями годится в доказательство ровно в той мере, в какой условия совпадают во всём, кроме проверяемого свойства. Это правило простое на словах и трудное на деле, потому что «во всём» включает вещи, о которых экспериментатор не думал.
Посмотрим, чем список псевдослов совпадает с предложением. Зрительный ввод тот же, буквы кириллицы того же размера и той же длины строки. Та же скорость предъявления. Задание то же, прочесть и удержать. Та же произносимость: псевдослова собраны так, чтобы их можно было прочесть вслух по-русски. Объём тот же, столько же единиц. Не совпадают они в двух вещах: у слов в предложении есть значения, и они связаны грамматически.
Значит, разница отклика может идти от значения, от структуры или от того и другого сразу. Уже отсюда видно ограничение: один контраст никогда не разделяет два свойства, которые в нём меняются вместе. Разделение значения и структуры требует отдельной работы, и она сделана другими контрастами.
Но есть возражение серьёзнее, и оно обязательно возникает: любые два условия отличаются ещё и трудностью, а трудность сама по себе даёт отклик во многих местах коры. Может быть, никакого языка тут нет, а есть просто более нагруженное условие?
Возражение проверяемо, и в этом его достоинство. Оно даёт определённое предсказание: чем труднее условие, тем сильнее должен быть отклик. Теперь спросим, какое из двух условий труднее. Связное предложение читается легко и запоминается целиком, а список бессмыслиц не связывается ни во что, требует усилия на каждой единице и удерживается плохо. Труднее оказываются псевдослова. А отклик на них меньше. Знак эффекта противоположен предсказанному, и объяснение через усилие для этих областей отпадает.
Это не риторический ход, а прямая проверка, и она подкреплена с другой стороны. Система, отвечающая на трудность как таковую, действительно существует и описана независимо. Федоренко, Дункан и Канвишер (2013) дали участникам семь разнородных требовательных заданий, от арифметики до удержания в памяти и подавления помех. И показали: при анализе внутри отдельного человека все семь активируют одни и те же воксели лобной и теменной коры. Эту систему называют сетью общей нагрузки. На контрасте «предложения против псевдослов» она даёт обратный знак: псевдослова для неё сильнее. Один и тот же материал разводит две системы в противоположные стороны.
Возражение «Может быть, дело просто в трудности» звучит к любому контрасту. Оно не отбивается словами: его надо превратить в предсказание и посмотреть на знак. Если труднее то условие, где отклик больше, объяснение через усилие остаётся живым, и работа его не исключила. Если труднее противоположное условие, то исключила.
Проверка с другой стороны: чего сеть не делает
Показать, что область отвечает на язык, недостаточно. Сильное утверждение звучит иначе: она отвечает на язык и не отвечает на то, чем её работу пытались объяснить. Это проверяется прямо.
Федоренко, Бер и Канвишер (2011) очертили языковые области у каждого участника локализатором. Затем они предъявили тем же людям четыре занятия: арифметику, удержание в рабочей памяти, задачу на когнитивный контроль и музыку. Именно эти четыре в литературе чаще всего назывались объяснением активации этих участков. Отклик языковых областей на всё это оказался, по формулировке авторов, малым или отсутствующим.
Обратите внимание на форму вывода. Это не «мы нашли, что область отвечает на язык», а «мы взяли конкурирующие объяснения по одному и проверили каждое там, где оно должно было сработать». Именно такая конструкция и делает вывод об избирательности, а не единственный удачный контраст.
И одновременно это отрицательный результат, а отрицательные результаты требуют осторожности. Отсутствие превышения порога в косвенном сосудистом сигнале не доказывает неучастия. Читать такие данные надо по величине эффекта. Отклик на язык здесь в разы больше, чем на что угодно другое. Решает именно это соотношение, а не то, перешагнул ли какой-то из откликов черту значимости. К границам такого вывода урок вернётся в двенадцатом занятии, где на нём держится гораздо более крупное утверждение.
Ещё одна деталь пригодится в следующем уроке. Те же авторы (2012) показали, что внутри участка, который принято называть зоной Брока, избирательно языковая область и часть сети общей нагрузки лежат бок о бок. Групповое усреднение их смешивает, и ровно поэтому ранние работы сообщали, что «зона Брока участвует и в арифметике, и в музыке, и в контроле». Участвует, но не та её часть.
Один язык в трёх каналах
Второе крупное свойство сети: она отвечает на язык независимо от того, каким каналом он пришёл. Это утверждение сильнее, чем кажется, и установлено оно тремя разными способами.
Слух и чтение. Дениз и коллеги (2019) давали участникам одни и те же рассказы: в одном опыте на слух, в другом в чтении. По каждому набору данных они строили повоксельные модели семантической избирательности. Карты, полученные из слушания и из чтения, оказались практически одинаковыми. Канал ввода разный, распределение отклика по коре одно.
Жестовый язык. Максуини и коллеги (2002) обследовали глухих и слышащих носителей британского жестового языка. Области, отвечавшие на жестовые предложения у глухих носителей, включали нижнюю лобную кору и верхние височные области, те самые, что отвечали на звучащий английский у слышащих участников. Матчин и коллеги (2022) пошли дальше и предъявили тринадцати глухим носителям американского жестового языка цепочки из шести жестов трёх уровней структуры: список без связи, короткое предложение, сложное предложение. Чувствительность к структуре обнаружилась в левых передней и задней верхних височных бороздах, тех же, что чувствительны к структуре в звучащем и письменном языке.
Проговорим, что здесь проверяется. Если бы эти участки были частью слухоречевого аппарата, у людей, никогда не слышавших речи, язык обслуживался бы другими областями либо не обслуживался бы ими вовсе. Наблюдается противоположное. При этом различия между группами есть, и о них надо говорить. Отклик левой верхней височной извилины на жестовый язык у глухих носителей был сильнее, чем у слышащих носителей того же языка. Совпадение топографии не означает тождества.
Разные языки. Малик-Мораледа и коллеги (2022) применили локализатор к носителям 45 языков из 12 семей, включая баскский изолят. Расположение сети, её левосторонняя латерализация, связность между узлами и избирательность к языку воспроизвелись во всех случаях. Это закрывает подозрение, что вся картина построена на особенностях английского.
Чего эти данные не дают: они не показывают, что сеть занята «смыслом вообще». Все три канала несут именно язык. Вопрос о том, отвечает ли она на неязыковое содержание, требует неязыкового материала, и это отдельный сюжет.
Чем эта сеть не является
Соберём отрицания, потому что в пересказах именно они теряются первыми.
Это не точка на карте. Речь о наборе участков в лобной и височной коре, связанных между собой. Их границы в каждом мозге свои, а в усреднённой картинке их вообще нет как отдельных объектов.
Это не аппарат звучащей речи. Он отвечает на жест и на текст так же, как на звук.
Это не система звуков и слогов. Псевдослова содержат ту же фонологию и дают меньший отклик.
Это не машина трудного мышления. Арифметика, удержание в памяти, контроль и музыка почти не вызывают в ней отклика. На трудность отвечает соседняя система с противоположным знаком.
И это не центр смысла в том виде, в каком его любят заголовки. «Область активировалась» означает ровно одно: усреднённый сигнал в наборе вокселей в условии A превысил сигнал в условии B после обработки и поправок. Обратного хода нет: из «язык вызывает отклик» не следует «отклик означает язык», и тем более не следует, что по отклику можно узнать содержание мысли. Разбору этой ошибки посвящён девятнадцатый урок.
Остаётся неудобный вопрос, ради которого весь модуль и затеян. Раз есть отдельное оборудование для языка, то что бывает, когда оно сломано, и совпадает ли сломанное с тем, о чём сто пятьдесят лет пишут учебники? Об этом следующий урок. А потом придётся спросить, что остаётся от мышления, когда эта сеть молчит.
Показано: набор областей отвечает на язык в любой модальности сильнее, чем на подобранный контроль, и почти не отвечает на четыре проверенные неязыковые задачи. Не показано: что эти области делают внутри, какие именно операции языка на них лежат и в каком порядке. Специализация установлена, а механизм нет.
Ключевые работы
| Fedorenko, Hsieh, Nieto-Castañón, Whitfield-Gabrieli, Kanwisher, «New method for fMRI investigations of language: defining ROIs functionally in individual subjects», Journal of Neurophysiology 104(2) | 2010 | Локализатор языка: контраст «предложения минус списки псевдослов» очерчивает сеть в отдельно взятом мозге, а не только в групповом среднем. |
| Fedorenko, Behr, Kanwisher, «Functional specificity for high-level linguistic processing in the human brain», PNAS 108(39) | 2011 | В языковых областях, очерченных у каждого участника, отклик на арифметику, рабочую память, когнитивный контроль и музыку мал или отсутствует. |
| Fedorenko, Duncan, Kanwisher, «Language-selective and domain-general regions lie side by side within Broca's area», Current Biology 22(21) | 2012 | Внутри участка, называемого зоной Брока, соседствуют избирательно языковая область и часть сети общей нагрузки. Групповое усреднение их смешивает. |
| Fedorenko, Duncan, Kanwisher, «Broad domain generality in focal regions of frontal and parietal cortex», PNAS 110(41) | 2013 | Семь разнородных требовательных задач активируют одни и те же воксели лобной и теменной коры при анализе внутри отдельного участника. |
| Deniz, Nunez-Elizalde, Huth, Gallant, Journal of Neuroscience 39(39) | 2019 | Повоксельные карты семантической избирательности, построенные по слушанию и по чтению одних и тех же рассказов, практически совпадают. |
| Matchin, İlkbaşaran, Hatrak и коллеги, Journal of Cognitive Neuroscience 34(2) | 2022 | У тринадцати глухих носителей американского жестового языка чувствительность к синтаксической структуре обнаружена в тех же левых верхних височных бороздах, что и для звучащего языка. |
| Malik-Moraleda, Ayyash, Gallée и коллеги, Nature Neuroscience 25 | 2022 | Топография, левосторонняя латерализация, связность и избирательность языковой сети воспроизводятся на 45 языках 12 семей. |
Что подтвердилось, а что нет
Объяснение даёт проверяемое предсказание и проваливает его по знаку: список псевдослов труднее связного предложения, а отклик на него ниже. Кроме того, система, отвечающая на трудность как таковую, описана отдельно. Семь разнородных требовательных задач активируют одни и те же лобные и теменные воксели (Федоренко, Дункан и Канвишер, 2013), и на том же контрасте она даёт обратный знак. Наконец, четыре главных кандидата на объяснение, а именно арифметика, рабочая память, контроль и музыка, почти не вызывают отклика в языковых областях (Федоренко, Бер и Канвишер, 2011).
Карты семантической избирательности при слушании и при чтении одних и тех же текстов практически совпадают (Дениз и др., 2019). У глухих носителей жестовых языков жестовые предложения задействуют нижнюю лобную и верхние височные области (Максуини и др., 2002), а чувствительность к синтаксической структуре обнаруживается в тех же левых верхних височных бороздах, что и для звучащего языка (Матчин и др., 2022). Различия между группами при этом остаются и заслуживают отдельного разговора: совпадение топографии не означает тождества.
Верно для крупных структур с устойчивым положением. Для языка положение областей у разных людей расходится на величину, сопоставимую с их размером, поэтому усреднение размывает границы и смешивает соседей, а соседями здесь оказываются языковая система и система общей нагрузки, лежащие бок о бок в лобной коре (Федоренко, Дункан и Канвишер, 2012). Именно из усреднённых данных выросли сообщения о том, что «зона Брока участвует и в арифметике, и в музыке». Корректная процедура такова: очерчивать область в каждом мозге локализатором и усреднять уже числа.
Проверка устроена от противного: если сеть языковая, она обязана молчать там, где трудно, но языка нет. Федоренко, Бер и Канвишер (2011) очертили области у каждого участника и подали арифметику, рабочую память, когнитивный контроль и музыку. Отклик мал или отсутствует. Устойчивость проверена и вширь: топография, левосторонняя латерализация, связность и избирательность воспроизводятся на 45 языках 12 семей (Малик-Мораледа и коллеги, 2022). Оговорка обязательна, и она же метод: избирательность видна только при индивидуальном очерчивании. Групповое усреднение смешивает языковую область с соседней частью сети общей нагрузки внутри одного и того же участка коры, и на усреднённой карте вывод рассыпается.
Термины
- языковая сетьlanguage network
- Набор связанных между собой участков левой лобной и левой височной коры, отвечающих на связный языковой материал сильнее, чем на подобранный неязыковой контроль.
- функциональный локализаторfunctional localizer
- Известный контраст условий, которым у конкретного испытуемого очерчивается конкретная область. Все дальнейшие проверки идут внутри неё и на других данных.
- языковая избирательностьlanguage selectivity
- Свойство области отвечать на языковой материал в разы сильнее, чем на неязыковые занятия: арифметику, удержание в памяти, контроль, музыку. Утверждение о соотношении величин, а не о полном молчании области.
- список псевдословnonword list
- Контрольное условие из произносимых бессмысленных единиц: совпадает с предложением по вводу, длине, произносимости и заданию, отличается отсутствием значений и грамматической связи.
- контрольное условиеcontrol condition
- Условие сравнения, совпадающее с основным во всём, кроме проверяемого свойства. Если различие не одно, вывод из контраста не следует.
- сеть общей нагрузкиmultiple-demand network
- Участки лобной и теменной коры, активируемые широким кругом требовательных задач независимо от их содержания. Отвечает на трудность как таковую.
- независимость от модальностиmodality independence
- Свойство системы отвечать на содержание независимо от канала ввода: у языка звучащая речь, письменный текст и жестовый язык дают одинаковый отклик.
- перисильвиева кораperisylvian cortex
- Кора, окружающая сильвиеву борозду: нижняя лобная, верхняя височная и нижняя теменная области. В левом полушарии здесь сосредоточена языковая сеть.
Практикум · Соберите контроль заново
Задача в том, чтобы взять готовое утверждение «область X занята Y» и восстановить, чем оно показано и чего в доказательстве не хватает. Работа на живом материале: годится любая новость о мозге со ссылкой на статью. 30-40 минут.
- Найдите сообщение вида «нашли область, отвечающую за X», и по ссылке или названию журнала откройте первоисточник. Выпишите из методов два условия, которые сравнивались, дословно.
- Составьте список всех различий между условиями, а не только заявленного. Считаются: модальность ввода, длина, знакомость материала, задание испытуемого, темп, объём удерживаемого. Обычно различий выходит три-четыре.
- Для каждого лишнего различия допишите одну фразу: что мы увидели бы, если бы весь эффект давало именно оно. Если такая картина неотличима от опубликованной, различие не контролировано.
- Отдельно ответьте на вопрос о трудности: какое из двух условий требует больше усилий и совпадает ли направление трудности с направлением эффекта. Если совпадает, объяснение через нагрузку не исключено. Если расходится, исключено, и это сильный аргумент, который стоит записать.
- Назовите положительную проверку, которой в работе нет: какое неязыковое (или иное постороннее) занятие область не должна вызывать, если утверждение авторов верно. Проверьте по тексту, ставился ли такой опыт. Одной строкой сформулируйте, что́ работа показала и что́ осталось непроверенным.
Вопросы для самопроверки
Почему список произносимых псевдослов оказывается удачным контрольным условием для предложений?
- Он заметно проще предложений, поэтому разница в отклике видна отчётливее, а чем крупнее разница, тем надёжнее вывод о том, чем занята сеть
- Он не требует чтения и тем самым убирает вклад зрительной системы из разности двух условий
- Он совпадает с предложениями по вводу, длине, произносимости и заданию, а отличается значениями слов и грамматической связью
- Он предъявляется на слух, тогда как предложения читаются глазами, и это разводит два канала входа
Критик говорит: языковые области просто отвечают на трудность задачи, а никакого языка тут нет. Что в самих данных этому противоречит?
- Список псевдослов труднее связного предложения, а отклик на него ниже, и знак эффекта обратен предсказанному
- Трудность задачи измерить в томографе нельзя, поэтому возражение о трудности непроверяемо и обсуждать его бессмысленно
- Испытуемые сообщали, что оба условия даются им одинаково легко и разницы в затраченном усилии между ними нет никакой
- Отклик на предложения оказался статистически значимым, а на список псевдослов нет, и одно это решает спор
Семь разнородных требовательных заданий, от арифметики до подавления помех, активируют одни и те же воксели лобной и теменной коры. Чем это полезно именно для разбора языковой сети?
- Показывает, что язык и арифметика опираются на одну и ту же способность к разбору структуры
- Показывает, что усреднения по группе достаточно, чтобы разделить соседние системы в лобной коре и не смешать их
- Показывает, что фМРТ вообще не различает задачи разного типа: любой требовательный контраст даёт одни и те же воксели лобной и теменной коры
- Даёт независимо описанную систему, отвечающую на трудность, с которой языковую сеть можно прямо сопоставить
У глухих носителей жестового языка с рождения жестовые предложения задействуют левые лобные и верхние височные области, а чувствительность к синтаксической структуре обнаруживается в тех же височных участках, что и для звучащего языка. Что отсюда следует?
- Что жестовый язык идёт через зрительную кору так же, как звучащий через слуховую
- Что сеть отвечает на язык независимо от канала, которым он приходит
- Что у глухих мозг перестроился и организован принципиально иначе, чем у слышащих
- Что жестовый язык проще звучащего и потому требует от мозга меньше ресурсов
Что из перечисленного НЕ следует из того, что языковая сеть отвечает на язык в любой модальности и почти не отвечает на арифметику, музыку и удержание в памяти?
- Что объяснение работы этих областей через общую трудность задачи не проходит
- Что эти области не являются частью слухового аппарата, обслуживающего восприятие речи
- Что различение языка и прочих процессов имеет опору в устройстве коры, а не только в привычках речи
- Что по активности этих областей можно определить, о чём человек думает
Ответы и разбор открываются в самопроверке урока: она считает результат и отмечает урок пройденным. Пройти самопроверку.
Что читать
- Fedorenko, Behr, Kanwisher, «Functional specificity for high-level linguistic processing in the human brain», PNAS, 2011: Короткая статья, целиком построенная на разбираемой логике: сначала очертить область, потом проверить на ней конкурирующие объяснения по одному.
- Fedorenko, Hsieh, Nieto-Castañón, Whitfield-Gabrieli, Kanwisher, Journal of Neurophysiology, 2010: Описание локализатора. Читать ради раздела методов: там видно, чем именно уравнивали условия и почему анализ делается в индивидуальных границах.
- Malik-Moraleda, Ayyash, Gallée и коллеги, Nature Neuroscience, 2022: Проверка на 45 языках 12 семей. Полезно как образец того, как закрывают подозрение, что вся картина построена на одном языке и одной культуре.