Устная и мысленная речь формируются по одинаковым мозговых механизмам

Речь — важнейшее средство коммуникации, без которого сложно представить повседневную жизнь. Из-за травм, инсульта и нейродегенеративных заболеваний человек может утрать способность вербального самовыражения, даже если сохраняется интеллект и мысленная речь. Очень заманчивой видится идея превратить связанную с ней активность нейронов во внешний сигнал, например, транслируемый при помощи «умной» колонки, однако осуществить это достаточно трудно: пришлось бы внедрить электроды в мозг пациента, что небезопасно. Альтернативой, пусть и не столь эффективной, может стать применение электроэнцефалографии (ЭЭГ), которая считывает мозговые сигналы с поверхности кожи головы. Метод достаточно дешев, прост, чувствителен и не требует проведения операции.

Взяв ЭЭГ за основу, ученые из Южного федерального университета оценили степень взаимодействия различных областей мозга в условиях реального и мысленного проговаривания различных слов, обозначающих направления в пространстве, например, вверх, вниз, вправо, влево, вперед, назад. На первом этапе в исследованиях приняли участие студенты и магистранты университета.

Результаты показали, что в условиях реального проговаривания различных слов уровень синхронизации и взаимодействия различных структур мозга заметно повышался, причем наиболее существенно — на частотах гамма-2-ритма (55-70 Гц). Этим частотам отводят ведущую роль в реализации когнитивных, то есть познавательных функций головного мозга.

Интересно, что и в условиях мысленного произношения тех же самых слов в левом речевом полушарии мозга также наблюдалось формирование особых пространственных паттернов когерентности, отражающих связь проекционных речевых областей неокортекса, прежде всего, зон Брока и Вернике.

Применение моделей машинного обучения и нейросетевой классификации продемонстрировало значительное сходство мозговых механизмов формирования устной и мысленной речи.

«Основная задача на данном этапе — увеличить количество распознаваемых слов, а также усовершенствовать методы анализа мозговой активности, в том числе за счет алгоритмов искусственного интеллекта. Использование показателей, полученных в рамках проведенного исследования, может помочь в разработке так называемых речевых «протезов» для парализованных лиц, мысленную речь которых в перспективе станет возможно воспроизвести, например, через «умную» колонку, подключенную к интерфейсу мозг-компьютер», — отметил руководитель проекта Дмитрий Шапошников, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник Научно-исследовательского технологического Центра нейротехнологий ЮФУ.

Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ).