Учёные: мозг не меняет свой ритм при восприятии быстрой и медленной речи
Люди слышат речь с разной скоростью – от медленных объяснений до быстрых потоков слов. Но как мозг успевает за этим? Новое исследование показывает, что слуховая кора не меняет свою синхронизацию, чтобы соответствовать темпу речи. Вместо этого она обрабатывает звуки в фиксированных временных интервалах, что ставит под сомнение давние теории восприятия речи.
Примечание: данная статья предназначена для общего ознакомления и образовательных целей. Она содержит краткое изложение научного исследования, представленное доступным языком для широкой аудитории, и не является официальным научным пресс-релизом.
Исследование мозга раскрывает обработку речи в фиксированное время в слуховой коре
Команда исследователей под руководством Сэма В. Норман-Хэйньера из Университета Рочестера в сотрудничестве с коллегами из Института Цукермана Колумбийского университета и Weill Cornell Medicine опубликовала исследование в Nature Neuroscience в сентябре 2025 года. В статье рассматривается, как человеческий мозг обрабатывает устную речь на разных скоростях. Вопреки влиятельным моделям, предполагавшим, что мозг растягивает или сжимает своё время, чтобы подстроиться под ритм речи, авторы сообщают, что слуховая кора сохраняет стабильные временные окна.
Работа основана на редких внутричерепных записях у пациентов с эпилепсией, которым были имплантированы электроды в медицинских целях. Анализируя нейронную активность непосредственно в слуховых областях, пока пациенты слушали предложения с разной скоростью воспроизведения, исследователи проверяли, адаптируется ли слуховая обработка к темпу или опирается на фиксированные временные рамки.
Что исследовали учёные
Центральный вопрос заключался в том, основана ли восприятие речи на гибком механизме синхронизации или на постоянной временной структуре. На протяжении многих лет теории обработки языка строились на идее «энтрейнмента», то есть согласования нейронных колебаний с внешними ритмами, такими как скорость слогов или темп речи. Согласно этой точке зрения, слуховая кора должна ускоряться при восприятии быстрой речи и замедляться при восприятии растянутых слов.
По словам авторов, это предположение сформировало вычислительные и когнитивные модели языка. Если бы оно оказалось верным, это означало бы, что сама сенсорная система динамически адаптируется к различным условиям восприятия. В исследовании эту гипотезу проверяли, воспроизводя естественные предложения на разных скоростях и анализируя, следовала ли активность коры за изменяющимся темпом.
Изучая прямые нейронные ответы, команда надеялась уточнить, происходит ли адаптация на уровне сенсорных систем или на более высоких ступенях иерархии обработки.
Как проводилось исследование
В исследование были включены 22 пациента с лекарственно-устойчивой эпилепсией, которым хирургическим путём имплантировали электроды для диагностического мониторинга. Эти электроды были размещены на поверхности мозга, включая верхнюю височную извилину – ключевую часть слуховой коры. Такая клиническая ситуация предоставила редкую возможность наблюдать за активностью мозга с высокой временной и пространственной точностью.
Исследователи использовали электрокортикографию (ЭКоГ) – метод, который измеряет электрическую активность непосредственно с поверхности коры. В отличие от неинвазивных методов, таких как ЭЭГ или фМРТ, ЭКоГ фиксирует сигналы с миллисекундным разрешением, позволяя учёным видеть, как мозг реагирует в реальном времени на быстрые акустические изменения.
Пациенты слушали естественные предложения, воспроизводившиеся на разных скоростях. Некоторые записи были замедлены, другие ускорены, что создавало широкий диапазон темпов речи. Важно, что содержание предложений оставалось одинаковым во всех условиях, благодаря чему основной переменной оставалась скорость.
Команда проанализировала, как нейронные ответы отслеживали акустическую структуру речи. Учёные сосредоточились на том, изменяются ли «окна интеграции» – временные промежутки, в течение которых слуховая кора объединяет звуковую информацию – в зависимости от скорости. Если бы мозг действительно подстраивал свой ритм, эти окна расширялись бы при медленной речи и сужались при быстрой. Однако авторы сообщают, что окна оставались постоянными.
Что нового в этом исследовании
Авторы подчёркивают, что их выводы бросают вызов доминирующей теории в области слуховой нейронауки. На протяжении десятилетий многие исследователи считали, что восприятие речи основано на гибкой нейронной синхронизации. Настоящее исследование представляет доказательства того, что слуховая кора кодирует речь в фиксированных окнах, независимо от скорости её произнесения.
Как отмечается в статье: «Слуховая кора обрабатывает речь в фиксированных временных окнах, которые не подстраиваются под скорость речи». Это наблюдение указывает на то, что вариативность темпа речи должна разрешаться на более высоких уровнях, где осуществляется интеграция и интерпретация смысла, а не в сенсорной коре за счёт изменения её ритма.
По сравнению с предыдущими исследованиями это представляет собой смещение акцента. Вместо предположения, что кора подстраивается под входящий сигнал, результаты предполагают, что основой является стабильность. По словам авторов, такая переориентация может повлиять на то, как вычислительные модели имитируют восприятие речи человеком и как учёные размышляют о нарушениях, затрагивающих понимание языка.
Ключевые выводы исследования
В статье сообщается о нескольких основных результатах, которые можно передать словами самих авторов:
- «Слуховая кора обрабатывает речь в фиксированных временных окнах, которые не расширяются и не сужаются в зависимости от скорости речи».
- «Нейронные ответы показали согласованную временную интеграцию как при медленной, так и при быстрой речи».
- «Понимание речи зависит от более высоких корковых областей, которые интерпретируют информацию, поступающую в этих стабильных окнах».
- «Результаты демонстрируют, что кора не адаптирует своё время, а сохраняет стабильные временные рамки».
Эти выводы показывают, что даже когда слова произносятся необычно медленно или быстро, слуховая кора формирует одинаковые временные «строительные блоки». Понимание затем зависит от интерпретации другими системами мозга.
Выводы авторов
Авторы приходят к выводу, что сенсорная кора обеспечивает стабильную основу для восприятия речи, тогда как более высокие области мозга берут на себя гибкость, необходимую для понимания речи при разном темпе. Согласно исследованию, такое распределение функций может объяснять, как люди способны понимать речь в широком диапазоне скоростей.
Учёные также подчёркивают несколько ограничений. Все данные были получены от пациентов с эпилепсией, чья нейронная активность может отличаться от активности общей популяции. Размещение электродов определялось медицинскими показаниями, а не замыслом эксперимента, что означало невозможность одинакового охвата всех областей слуховой коры. Кроме того, исследование было сосредоточено на временных аспектах и не касалось других характеристик речи, таких как семантика или эмоциональная окраска.
Несмотря на эти оговорки, авторы предполагают, что их работа проясняет фундаментальный принцип слуховой обработки. Они считают, что будущие исследования смогут изучить, как высшие корковые области извлекают смысл из постоянного потока информации, а также применяются ли подобные механизмы фиксированного времени в разных языках и контекстах.
Более широкий научный контекст
Хотя само исследование не предполагает клинических применений, авторы отмечают, что полученные результаты могут быть полезны для теоретических моделей обработки языка. Многие вычислительные подходы исходят из предположения о гибкой синхронизации в сенсорной коре; это исследование указывает, что моделям, возможно, потребуется учитывать фиксированные временные окна уже на этапе входного сигнала.
Как сообщает Neuroscience News, одной из главных целей такого направления исследований является создание более точных вычислительных моделей того, как мозг обрабатывает речь. Такие модели расширяют научный инструментарий и позволяют исследователям глубже изучать, что может происходить, когда люди сталкиваются с трудностями понимания речи и обработки языка.
Уточняя представления учёных о строительных блоках речи, эти результаты могут направить новые гипотезы в лингвистике, нейронауке и искусственном интеллекте. Авторы подчёркивают, что их выводы относятся строго к изученной группе пациентов и что для проверки обобщаемости потребуется проведение дополнительных исследований.
Публикация вносит вклад в более широкие усилия нейронауки по картированию взаимодействия сенсорных областей с высшими когнитивными функциями. Демонстрируя, что именно стабильность, а не гибкость, характеризует временные параметры слуховой обработки, работа добавляет новое измерение в дискуссии о том, как взаимодействуют восприятие и понимание.
Информация в этой статье предоставлена исключительно в ознакомительных целях и не является медицинской консультацией. За медицинскими рекомендациями обращайтесь к врачу.
Источник:
Norman-Haignere S. V., et al. (2025). Auditory cortex encodes speech in fixed temporal windows across different speech rates. Nature Neuroscience. doi:10.1038/s41593-025-02060-8
