Kitabı oku: «Прямо сейчас ваш мозг совершает подвиг. Как человек научился читать и превращать слова на бумаге в миры и смыслы», sayfa 6

От поведения к мозговым механизмам

В этой главе мы убедились, что процесс чтения можно разложить на несколько последовательных этапов обработки информации. Все механизмы чтения, которые свойственны человеку – от обработки изображения в сетчатке и инвариантного распознавания букв до доступа к произношению, распознавания морфем и разрешения лексических конфликтов – невероятно эффективны. За доли секунды, без всяких видимых усилий, наш мозг решает задачу, которая не по силам ни одной современной компьютерной программе. Параллельная обработка всех знаков слова, искусное устранение двусмысленностей, мгновенный доступ к одному из 50 000 слов в ментальном лексиконе – все это указывает на то, что наш мозг идеально приспособлен к чтению.

Потрясающая эффективность процесса чтения только сгущает таинственный мрак, окутывающий его истоки. Как нашему мозгу удалось так хорошо адаптироваться к задаче, для которой он не был предназначен изначально? Каким образом всего за несколько тысяч лет структура мозга двуногого примата, превратившегося в охотника-собирателя, сумела приспособиться к функции зрительного распознавания слов? Чтобы найти ответ, обратимся к нейронным сетям, отвечающим за чтение. Как показывают недавние исследования, в коре нашего мозга имеется особая зона для письменных слов, очень похожая на первичную слуховую область или моторную кору, которые есть у каждого из нас. Но самое интересное, что эта область чтения одинакова у носителей английского, японского, итальянского и других языков. Значит ли это, что церебральные механизмы чтения универсальны?

2
«Буквенная касса» мозга

В 1892 году французский невролог Жозеф Жюль Дежерин обнаружил, что инсульт, поражающий небольшой участок зрительной коры в левом полушарии, ведет к частичному или полному нарушению чтения. Современные нейровизуализационные исследования подтверждают: эта зона играет такую важную роль в чтении, что ее по праву можно назвать «буквенной кассой» мозга. Она расположена в одном и том же месте у читателей по всему миру и автоматически реагирует на письменную речь. Менее чем за одну пятую долю секунды – слишком малый промежуток времени для сознательного восприятия – эта область распознает буквенную цепочку независимо от поверхностных изменений в размерах, форме или положении букв и передает информацию центрам в височной и лобной долях. Первые кодируют звуковой паттерн, вторые – значение.

Сколь несуразно привычно для нас волшебство, в силу которого несколько писанных знаков вмещают бессмертные вымыслы, замысловатые похожденья ума, новые миры, населенные живыми людьми, беседующими, плачущими, смеющимися… Что как в один прекрасный день мы, мы все, проснемся и обнаружим, что вовсе не умеем читать?

ВЛАДИМИР НАБОКОВ, «БЛЕДНЫЙ ОГОНЬ»¹⁰⁴

Открытие жозефа жюля дежерина

Одним погожим парижским утром в октябре 1887 года месье К., бывший торговец и ценитель музыки, сидел в кресле и читал книгу, как вдруг с ужасом обнаружил, что больше не может прочесть ни единого слова! За несколько дней до этого он чувствовал слабость и онемение то в правой руке, то в правой ноге, а также иногда запинался при разговоре. Эти приступы дискомфорта длились недолго и не слишком его беспокоили. Теперь проблема была гораздо серьезнее: читать было просто невозможно! Как ни странно, месье К. по-прежнему мог говорить, распознавать предметы и людей вокруг и даже писать. Что же могло спровоцировать возникновение этой неприятной ситуации?

Месье К. рассудил, что ему просто нужны новые очки, и отправился на прием к известному офтальмологу Эдмунду Ландольту. Доктор Ландольт быстро понял, что, к сожалению, очки не решат проблему. Заподозрив инсульт, он обратился за помощью к выдающемуся французскому неврологу Жозефу Жюлю Дежерину из Королевской больницы Бисетр. Встреча с месье К. состоялась 15 ноября 1887 года. После тщательного психологического и анатомического обследования доктор Дежерин сумел поставить правильный диагноз и сделать первые научные выводы о мозговых основах чтения¹⁰⁵. Состояние месье К. он назвал «чистой словесной слепотой», имея в виду частичную утрату способности к зрительному распознаванию букв. Само существование такой болезни подразумевало наличие в мозге специализированного «зрительного центра для букв», отвечающего за чтение.

Дежерин и Ландольт установили, что их пациент больше не распознавал отдельные буквы и слова:

…он думает, что сошел с ума: он понимает, что эти знаки – буквы, но не может их распознать, хотя настаивает, что прекрасно их видит, и способен обвести форму рукой. Если попросить его перерисовать слово, это дается ему с большим трудом. Он медленно копирует каждую букву по одному элементу зараз, словно работает над чертежом, и проверяет каждую деталь, дабы убедиться в точности своего рисунка. Несмотря на все усилия, он по-прежнему не может назвать ни единой буквы.

В этом и заключается парадокс словесной слепоты: пациент слеп только к буквам и словам. Острота зрения остается превосходной, распознавание предметов и лиц не нарушено. Больной по-прежнему может ориентироваться в новой обстановке и понимает изображения:

Когда ему показывают предметы, он называет их, не задумываясь. Он может назвать части всех инструментов в каталоге промышленных товаров. Ни разу во время этого обследования память не подвела его; рисунки мгновенно подсказывают нужное слово и способ использования каждого предмета… Когда ему дают его любимую газету Le Matin, пациент говорит: «Это Le Matin, я узнаю ее по форме», – но не может прочитать ни единой буквы в названии.

Однако в ходе клинического обследования Дежерину все же удалось выявить некоторые нарушения зрения. Справа от месье К. зрительный мир выглядел размытым: «Помещенные в правую половину поля зрения объекты кажутся более темными и менее четкими, чем в другой половине». (В неврологии это называется частичной правой гемианопсией.) Кроме того, месье К. больше не различал цвета справа (гемиахроматопсия): эта сторона мира представлялась ему в черно-белом цвете или в оттенках серого.

Впрочем, ни то ни другое не могло объяснить трудности с чтением. Месье К. осознавал свою зрительную ограниченность, а потому автоматически старался сделать так, чтобы слова, которые он пытался прочесть, оказывались левее точки фиксации. К сожалению, это не помогало – читать он все равно не мог.

Вероятно, лучшим доказательством избирательного нарушения способности к чтению служил один любопытный факт: хотя месье К. не мог читать буквы, он по-прежнему был способен распознавать цифры. Месье К. без труда читал последовательности арабских цифр и выполнял сложные вычисления. Это важное наблюдение подразумевает, что чтение цифр опирается на анатомические пути, частично отличные от тех, которые используются для чтения букв и слов.

С другой стороны, цифры и буквы похожи по форме; и те и другие произвольны и взаимозаменяемы. Действительно, многие культуры представляют числа с помощью буквенных знаков – в арабском языке, например, символы и , которые выглядят как греческие буквы, обозначают цифры 8, 7, 6, 5 и 4. Следовательно, любая диссоциация между цифрами и буквами не может быть объяснена исключительно потерей остроты зрения. Никакие очки, сколь бы совершенными они ни были, не могли излечить дефицит чтения у месье К. Его недуг проистекал из мозга. Это значит, что за чтение буквенных цепочек должна отвечать определенная область коры.

Другие наблюдения только подтвердили уникальность проблемы месье К. Доктор Дежерин настаивает, что интеллект и речь его пациента были сохранены. Месье К. ясно выражал свои мысли и после инсульта имел такой же обширный словарный запас, как и раньше. Не пострадала и письменная речь:

По своей инициативе больной пишет так же хорошо, как и говорит. Когда я сравниваю многочисленные образцы его письма, я не нахожу в них никаких недочетов, никаких орфографических ошибок, никакой перестановки букв… Под диктовку он пишет легко и бегло, но не может прочитать то, что записал всего минуту назад… Из-за этого пациент раздражается, пишет несколько букв одну за другой и восклицает: «Если я смог написать эти буквы, почему я не могу их прочесть?».

На самом деле Дежерин наблюдал незначительные нарушения письменной речи, но связал их с низкоуровневым зрительным дефицитом:

Если во время письма под диктовку его отвлекают, он запутывается и уже не знает, где остановился; допустив ошибку, он уже не может ее отыскать. Раньше он писал быстрее и лучше, теперь же буквы стали более крупными, а контуры менее уверенными. Сам больной объясняет это тем, что больше не может полагаться на зрение. И действительно, вид слов, написанных им, не только не помогает, но и, кажется, так сильно беспокоит его, что он предпочитает писать с закрытыми глазами.

Сохранность способности писать была связана с мышечной памятью. Месье К. по-прежнему мог читать буквы, если ему разрешали проследить их контуры пальцем: «Посему именно мышечное чувство пробуждает название буквы. Лучшим доказательством тому является его способность произносить слова с закрытыми глазами, когда я вожу его рукой в воздухе, дабы он мог проследить очертания букв». Годы спустя другие неврологи показали, что в таких случаях сохранным остается и тактильное чтение: пациент лучше расшифровывает буквы, когда их выводят у него на ладони, чем когда они представлены зрительно! Это ясно указывает на уровень, где возникает дефицит: моторная память буквенных форм не повреждена; нарушено только их зрительное распознавание.

Чистая алексия

Симптомы месье К. были настолько странные, что многие не восприняли их всерьез. Как он мог писать и даже произносить по слогам самые сложные слова, но не мог читать буквы? Может, он просто симулянт или истерик? Нет, говорил Дежерин, потому что «у нас есть несколько прекрасных клинических описаний этой разновидности словесной слепоты». И действительно, современная неврология подтвердила все первоначальные наблюдения Дежерина. В настоящее время описаны сотни подобных случаев¹⁰⁶. Изменилась только терминология: сегодня этот синдром называется «алексия без аграфии» (нарушение чтения без нарушения письма) или «чистая алексия».

Почему «чистая»? Как минимум по четырем причинам, причем все они были перечислены Дежерином еще в 1892 году:

• Устная речь сохранена.

• Способность писать не утрачена.

• Зрительное распознавание объектов, лиц, рисунков и даже цифр в основном соответствует норме¹⁰⁷.

• Тактильное (или моторное) распознавание букв не нарушено.

Хотя в дальнейшем чистая алексия была диагностирована у многих людей, современные анализы показали, что пациенты с этим заболеванием делятся на две категории¹⁰⁸. Некоторые, как и месье К., не могут прочесть ни единой буквы, а иногда – даже сопоставить верхний и нижний регистры. Такие люди не осознают, что «А» и «а» – это одна и та же буква, только в разных формах¹⁰⁹.

Другие способны распознавать буквы, но по отдельности. Этот простой факт имеет важное значение в повседневной жизни. Медленно идентифицируя все буквы слова одну за другой, такие больные, как правило, могут расшифровывать слова.

В этих случаях единственное проявление чистой алексии заключается в чрезвычайно медленном чтении. В отличие от обычных людей, которым достаточно одного взгляда, чтобы прочесть слово любой длины, пациентам с чистой алексией может потребоваться до 5–10 секунд, причем время чтения увеличивается прямо пропорционально количеству букв (см. рис. 2.1; цветные иллюстрации приведены на сайте readinginthebrain.com). Этот характерный паттерн нарушений называется «побуквенное чтение» и иллюстрирует природу дефицита. Пациенты с чистой алексией не способны одновременно обрабатывать все буквы слова¹¹⁰.

Тайна раскрыта

Случай месье К. свидетельствует о том, что наш мозг содержит особые области для чтения, которые передают информацию о буквенной цепочке в речевые центры. Дежерин понимал: только вскрытие поможет безошибочно локализовать соответствующие участки и придать его наблюдениям «строгость физиологического эксперимента». 16 января 1892 года, спустя четыре года после первого инсульта, месье К. умер от второго мозгового кровоизлияния. Заново научиться читать он так и не сумел. Как отмечал наблюдавший его невролог, «несмотря на все его терпение, усердие и регулярные занятия, восстановить значения букв и слов не удалось». Теперь Дежерин мог произвести вскрытие. Через несколько недель на собрании Французского биологического общества он рассказал о том, что обнаружил. Вскрытие показало, что правое полушарие месье К. было полностью сохранно: первый инсульт произошел в задней части левого полушария. Были поражены «затылочная доля, особенно затылочный полюс, начиная от основания клина, а также области язычной и веретенообразной извилин». (Эти и другие области мозга изображены на иллюстрации «Как устроен мозг» в начале книги.) Факсимиле оригинального рисунка Дежерина приведено на рис. 2.1. Контуры больших желтых атрофических бляшек явственно проступают в местах коры, затронутых первым инфарктом, который случился четырьмя годами ранее и навсегда лишил месье К. способности читать.

Чтобы объяснить, как повреждение некоторых зрительных областей может избирательно влиять на чтение, Дежерин обратился к понятию дисконнекции (разобщения, отсоединения). В своем докладе Биологическому обществу он подчеркнул, что в результате инсульта у месье К. частично пострадало белое вещество – пучки волокон, соединяющие отдаленные участки мозга.

Основной очаг поражения был локализован в затылочном полюсе, отвечающем за первичную обработку зрительной информации. Частично была затронута левая зрительная кора, а также разрушены некоторые проводящие пути мозолистого тела, передающие визуальную информацию из правосторонних центров зрения.

Опираясь на эти анатомические признаки, Дежерин предположил, что в результате инсульта у месье К. произошло отключение волокон, по которым визуальная информация поступает в так называемый зрительный центр для букв. На основании других наблюдений он ограничил его угловой извилиной – складкой в коре у основания левой теменной доли. Дежерин полагал, что сам зрительный центр для букв не поврежден. Это объясняло, почему месье К. мог читать, произносить и распознавать буквы, которые выводили у него на ладони. Однако эта область, лишенная зрительного ввода, оказалась в прямом смысле отключена от остального мозга и не могла применить свои знания к поступающим зрительным стимулам. Следовательно, месье К. вовсе не был слепым. Он по-прежнему мог видеть очертания букв и обрабатывать их, как любой другой зрительный объект, но не был способен распознавать их как буквы или слова и страдал синдромом под метким названием «словесная слепота».

Рис. 2.1. После инсульта больной может стать алексиком, утратив способность читать. Повреждения, выявленные во время вскрытия первого пациента с алексией и описанные Дежерином в 1892 году (вверху), аналогичны тем, которые наблюдаются у современных больных, обследованных с помощью магнитно-резонансной томографии (внизу, по материалам статьи Cohen et al., 2003). В обоих случаях затронуты нижняя и задняя части левого полушария. Сопоставление очагов поражения нескольких больных дает возможность установить точный участок, повреждение которого систематически влияет на чтение. Эта зона существует у любого грамотного человека и всегда лежит в левой вентральной затылочно-височной области (белые перекрестья). Некоторые пациенты с алексией могут расшифровывать слова побуквенно. Но даже в этом случае скорость их чтения остается крайне медленной и снижается с увеличением количества букв. Иначе говоря, они утратили способность к параллельному распознаванию буквенных цепочек. Использовано с разрешения Oxford University Press.

Современный анализ повреждений мозга

Через 100 лет после знаменательного открытия Дежерина мой коллега-невролог Лоран Коэн, я¹¹¹ и несколько других исследователей¹¹² вновь обратились к случаю месье К. Повреждения, которые описал Дежерин, оказались весьма распространенным явлением. У большинства наших пациентов с чистой алексией наблюдались поражения левой затылочно-височной области, причем в том же самом месте, что и у месье К. Такие повреждения часто возникают из-за тромба, блокирующего левую заднюю мозговую артерию, которая снабжает эту зону кровью. На рисунке 2.1 показаны контуры очагов поражения, зафиксированные у трех недавних пациентов. Все они затрагивают нижнюю поверхность задней части левого полушария.

Магнитно-резонансная томография (МРТ) намного превосходит все инструменты, которые были доступны во времена Дежерина. Благодаря этому методу современный ученый не только не должен ждать вскрытия, чтобы заглянуть в череп больного, но и может создавать компьютерные изображения повреждений, наблюдаемых у разных пациентов, а затем объединить их в едином анатомическом пространстве, которое корректирует индивидуальные различия в размере и форме мозга. Это позволяет нам пойти дальше Дежерина: мы можем определить, какие части коры отвечают только за дефицит чтения, а какие вовлечены в другие сопутствующие нарушения, такие как утрата цветового зрения. Логика проста. Шаг 1: просканируйте большое количество пациентов с алексией и вычислите общий очаг поражения в трехмерном пространстве. Эта усредненная информация даст возможность устранить пространственную хаотичность, присущую инсульту, и изолировать области коры, чаще всего связанные с дефицитом чтения. Шаг 2: вычтите повреждения группы пациентов, не страдающих алексией. В итоге вы получите компьютерное изображение зон, повреждение которых частично провоцирует нарушение способности читать.

Подобный анализ, представленный на рис. 2.1, показывает, что большинство отделов в задней части левого полушария не играют избирательной роли в чтении. Поражение этих затылочных областей часто наблюдается не только у людей с чистой алексией, но и у пациентов без дефицита чтения. Согласно результатам исследований, они участвуют в ранних стадиях зрительного анализа, которые не являются важными для чтения, но вносят значимый вклад в визуальное распознавание любой формы, цвета или объекта. Таким образом, инсульт, затронувший только эти задние участки, вызывает общие нарушения зрения. Как правило, такие пациенты теряют зрение в области зрительного поля и могут полностью или частично утратить способность воспринимать любые стимулы справа от точки фиксации. Как следствие, возникают сложности с чтением правой части слов и программированием правосторонних движений глаз. Хотя эти зрительные дефекты могут существенно замедлять чтение, особенно в случае предложений, требующих нескольких саккад, их не следует путать с чистой алексией как таковой¹¹³.

Чистую алексию вызывают повреждения области, расположенной в нескольких сантиметрах спереди от затылочного полюса, на нижней поверхности левого полушария. Эта зона известна под разными названиями. Анатомы называют ее левой затылочно-височной областью, поскольку она находится на границе затылочной и височной долей, в пределах латеральной затылочно-височной борозды (см. рис. 2.2). Лоран Коэн и я предложили называть ее областью зрительной формы слова – термин, ставший стандартным в научной литературе и подчеркивающий ее важнейшую роль в визуальном анализе букв и слов¹¹⁴. Оба термина достаточно длинные и сложные, поэтому в нашей книге я буду называть ее просто – «буквенная касса» мозга. Хотя этот вариант звучит менее научно, он превосходно отражает главную функцию этой зоны: она занимается буквами! Как мы скоро убедимся, «буквенная касса» действительно играет решающую роль в быстрой идентификации буквенной цепочки и ее передаче в высшие области, вычисляющие произношение и смысл.

В отличие от Дежерина, мы полагаем, что зрительное распознавание букв главным образом происходит не в угловой извилине в верхней задней части мозга, а в области «буквенной кассы», которая расположена ниже. Ошибку Дежерина, вероятно, можно объяснить довольно необычными повреждениями у месье К. В отличие от большинства пациентов с чистой алексией, область «буквенной кассы» месье К., вероятно, была не полностью уничтожена, а лишь отключена, как предположил сам Дежерин. Он ошибся только в расположении отсоединенной зоны, которая на самом деле лежит в вентральной части зрительной системы, а не в дорсальной области угловой извилины.

Сегодня мы знаем, что существует по крайней мере три причины нарушения нормального функционирования области зрительной формы слова¹¹⁵. Самый простой случай – это полное уничтожение в результате прямого поражения. Кроме того, эта область может быть отключена от остального мозга за счет повреждения восходящих связей и тем самым лишена зрительного входа, как в случае месье К. Причиной также может являться поражение нисходящих связей, в результате чего передача исходящих сообщений другим отделам становится невозможной. И в том и в другом случае последствия одинаковы: пациент теряет способность распознать написанные слова.

Рис. 2.2. На смену классической неврологической модели чтения (вверху) пришла параллельная модель (внизу). Левая затылочно-височная область «буквенной кассы» идентифицирует визуальную форму слов, после чего передает эту зрительную информацию другим центрам левого полушария, кодирующим значение, звуковой паттерн и артикуляцию. Все области, выделенные зеленым и оранжевым, не являются специфичными для чтения: в основном они задействованы в обработке устной речи. Следовательно, овладение навыком чтения заключается в развитии эффективных взаимосвязей между зрительными и речевыми областями. Все связи являются двунаправленными. Их детальная организация пока изучена не до конца – по всей вероятности, связи между различными участками коры устроены гораздо сложнее, чем показано на этом рисунке.

Дежерин ошибался и в другом, более фундаментальном, вопросе. Он сильно недооценил общую сложность структуры мозга для чтения. Дежерин и многие другие ученые после него, в частности гарвардский невролог Норман Гешвинд¹¹⁶, рассматривали обработку информации как простую цепочку последовательных операций. Они утверждали, что написанные слова поступают в затылочный полюс в виде визуальных паттернов, а затем отправляются в угловую извилину, где вступают в контакт со зрительными образами слов. После этого активация распространяется на область Вернике, где хранятся слуховые модели слов, затем на зону Брока, где извлекаются артикуляционные паттерны, и, наконец, на моторную кору, которая управляет мышцами. Такая последовательная схема напоминала конвейер на заводе и имела очевидный налет механистических аналогий XIX века, сравнивавших мозговую функцию с распространением электричества или работой паровой машины. Конечно, существовала прямая связь между первыми неврологическими моделями функционирования мозга и гидравлическими схемами, использованными Рене Декартом для описания рефлексов как «животных духов», циркулирующих в теле по особым трубкам. Рефлекторная дуга оставалась доминирующей метафорой для нескольких поколений ученых и философов.

Разумеется, нельзя винить Дежерина в том, что он не сумел предвидеть результаты целого столетия психологических и неврологических исследований. Сегодня на смену последовательной схеме пришла параллельная модель, в которой несколько функций реализуются одновременно. Попытавшись запрограммировать визуальное распознавание форм на компьютере, мы поняли, что зрение – сложный процесс, который нельзя свести к простой цепочке мозговых «образов». Для распознавания одного символа требуется несколько изощренных операций. А ведь зрительный анализ – это только первый шаг в чтении. Затем необходимо сопоставить множество отдельных репрезентаций: корни слов, их значения, звуковые паттерны, моторные схемы их артикуляции. Каждая из этих операций предполагает одновременную активацию нескольких областей коры, но их связи не организованы в линейные цепи. Все отделы мозга работают одновременно и в тандеме, а их сигналы постоянно пересекаются друг с другом. Все связи являются двунаправленными: как только область А подключается к области Б, автоматически возникает обратная проекция от Б до А.

На основе этих базовых анатомических принципов я составил новую схему того, как может выглядеть мозг читателя (рис. 2.2). Все области на этом рисунке задействованы в чтении слов. Конечно, мой эскиз следует рассматривать как предварительный, так как он слишком прост и, по всей вероятности, не отражает многие важные области и связи. В отличие от схемы Дежерина, иллюстрирующей последовательное представление об организации мозга, в моей модели несколько зон мозга могут быть активны одновременно. Точное влияние каждой из них обсуждается до сих пор. Хотя в нашем распоряжении имеется целый арсенал инструментов визуализации, определить конкретные функции каждой области сложно: все они работают параллельно и взаимодействуют на больших скоростях. В отличие от Дежерина, мы не можем просто «поместить» зрительные, слуховые и моторные образы в разные места на поверхности мозга. Безусловно, мы располагаем более точными представлениями о функционировании коры, но это только усложняет задачу нейропсихолога и заставляет задаться вопросом: наступит ли тот день, когда мы достигнем интуитивного понимания столь сложного устройства?

Неизвестно, смогут ли ученые до конца постичь мозг читателя. Пока можно сказать одно: за последнее время наше понимание организации нейронных сетей, отвечающих за чтение, в особенности «буквенной кассы», однозначно продвинулось вперед. Теперь мы знаем, что эта область зрительного ввода представляет собой воронку, через которую проходит вся визуальная информация о написанных словах, прежде чем распределиться по множеству центров левого полушария. Такая стратегическая позиция объясняет, почему повреждение этой области приводит, как в случае месье К., к полной утрате способности обрабатывать письменные слова. Но каковы же принципы, которые позволяют ей функционировать?