Mapa obszarów mózgu

Mapa obszarów mózgu odpowiedzialnych za rozumienie słów i zdań pomoże w terapii i nauce języków - pisze Krzysztof Urbański.

Publikacja: 28.11.2014 07:11

Foto: AFP

Krzysztof Urbański

Eksperyment przeprowadzony przez naukowców z amerykańskiego Uniwersytetu Carnegie Mellon pozwolił zobrazować obszary mózgu aktywne podczas czytania.

Ośmiu uczestników badań czytało rozdział powieści „Harry Potter i kamień filozoficzny". Komputer analizował pracę mózgu osoby biorącej udział w badaniu na podstawie obrazów otrzymanych z funkcjonalnego magnetycznego rezonansu jądrowego (fMRI).

Badacze otrzymali pierwszy model obliczeniowy czytania. Mogli określić, które części mózgu są odpowiedzialne za takie procesy, jak analiza zdań, rozpoznawanie znaczenia słów i zrozumienie relacji między postaciami powieści.

Model okazał się tak dokładny, że badacze byli w stanie przewidzieć rejon aktywności mózgu dla nowych fragmentów tekstu. Na podstawie obrazu uzyskanego przez fMRI byli nawet w stanie powiedzieć z 74-proc. dokładnością, który z dwóch różnych fragmentów tekstu czytał badany. Wyniki eksperymentu opublikowano w internetowym wydaniu magazynu „PLoS ONE".

– Analiza wielu cząstkowych procesów w mózgu w tym samym czasie nie ma precedensu w neurobiologii poznawczej – powiedział Tom Mitchell, jeden z prowadzących ten eksperyment. – Na początku byliśmy sceptyczni. Ale ku naszemu zaskoczeniu otrzymaliśmy wspaniałe mapy mózgu obrazujące skomplikowane procesy myślowe.

Naukowcy przyznają, że model jest wciąż niedokładny, ale może być przydatny w nauce czytania i diagnozowaniu zaburzeń, takich jak dysleksja. Będzie też służyć lekarzom w śledzeniu postępów leczenia pacjentów po udarze mózgu. Może być wykorzystywany także do rozwiązywania problemów podczas nauki języka obcego.

– Jeśli mam problemy z uczeniem się nowego języka, mogę mieć problem z określeniem, czego dokładnie nie rozumiem – powiedział Mitchell. – Kiedy nie mogę zrozumieć zdania, skanowanie mózgu może pokazać, czy region mojego mózgu odpowiedzialny za gramatykę nie jest aktywowany prawidłowo, czy też przyczyna leży w tej części mózgu, która odpowiada za rozumienie poszczególnych słów.

Naukowcy musieli sobie poradzić z powolnym tempem pracy fMRI – jedno skanowanie na dwie sekundy. Przyswojenie jednego słowa następowało co pół sekundy – na każdy okres między skanowaniami przypadały więc cztery wyrazy. Badacze zidentyfikowali 195 szczegółowych cech każdego słowa – od liczby liter, z jakich się składa, do jego funkcji gramatycznej. Następnie komputer wyposażony w algorytm uczenia maszynowego analizował centymetr po centymetrze sześciennym aktywność mózgu oddzielnie dla każdego czterowyrazowego segmentu.

– Stopniowo algorytm był w stanie skojarzyć cechy słów z aktywnością poszczególnych rejonów mózgu – powiedziała Leila Wehbe, która zaprojektowała badania. – Uczestnicy eksperymentu czytali rozdział książki, który opowiada o pierwszej lekcji latania Harry'ego. Okazuje się, że ruch postaci – kiedy latają na miotłach – związany jest z aktywacją w tym samym rejonie mózgu, którego używamy do postrzegania ruchu ludzi.

Wehbe i Mitchell przeprowadzili wcześniej podobny eksperyment z osobami czytającymi „Harry'ego Pottera". Do badania mózgu zastosowali technikę magnetoencefalografii (MEG). Urządzenie do obrazowania na podstawie pola magnetycznego wytwarzanego przez mózg działa w odstępach milisekundowych, a nie co dwie sekundy, jak skaner fMRI. Aktywności mózgu nie da się jednak umiejscowić z taką dokładnością, na jaką pozwala fMRI. Z tych badań wynika, że mózg obrazuje słowo, a następnie buduje jego właściwości i umieszcza w kontekście historii.