Подпороговое чтение

Как мы только что убедились, область «буквенной кассы» распознает слова независимо от того, где они появляются. Это первая область мозга, для которой положение слова не имеет значения. Впрочем, инвариантность относительно пространственного расположения является лишь одним из фундаментальных свойств эффективного распознавания слов. Форма знаков тоже варьируется. Опытный читатель без труда идентифицирует, что «А» и «а» – это одна и та же буква в разных регистрах, и понимает, что СмЕсЬ пРоПиСнЫх И сТрОчНыХ бУкВ не меняет значения слова. Но как именно реализуется инвариантность относительно регистра? Задействует ли мозг те же области, которые отвечают за пространственную инвариантность? Происходят ли эти два процесса одновременно, или они требуют серии последовательных операций, которые опираются на разные механизмы коры головного мозга?

Чтобы ответить на эти вопросы, Тэд Полк и Марта Фарах провели простой эксперимент[145]. Во время фМРТ испытуемые читали слова, напечатанные в смешанном регистре, например «ОтЕлЬ». Измерив мозговую активность, исследователи обнаружили, что эти стимулы вызывали почти такую же реакцию, как и слова, напечатанные в одном регистре. В частности, профиль активности в области «буквенной кассы», даже при предъявлении таких причудливых стимулов, как «СлОнЕнОк»[146], оставался совершенно нормальным. В результате Полк и Фарах заключили, что эта область содержит абстрактную репрезентацию букв и слов, а ее нейроны нечувствительны к регистру.

Разумеется, эти выводы не окончательные. Относительно низкое пространственное разрешение изображений мозга не позволяет увидеть, какие именно нейроны реагируют на «ОтЕлЬ», «ОТЕЛЬ» и «отель»: одни и те же или разные. Совокупная активность, вызванная этими буквенными цепочками, может быть одинаковой, а задействованные нейроны – разными. Следовательно, идентичный паттерн активации не является доказательством того, что инвариантность относительно регистра реализуется именно в этом месте.

Эта проблема могла бы показаться неразрешимой, если бы не хитрая методика, позволяющая измерить реакцию мозга на пары слов, возникающих последовательно[147]. В каждом испытании участникам показывают два стимула друг за другом. Идея состоит в том, чтобы сравнить совокупную активность, вызванную одним и тем же словом, напечатанным в верхнем и нижнем регистре (например, «отель», за которым следует «ОТЕЛЬ»), и двумя разными словами (например, «радио», за которым следует «ОТЕЛЬ»). Из результатов опытов над животными мы знаем, что нейроны очень чувствительны к повторам. Они быстро адаптируются к возобновляющимся стимулам и при предъявлении во второй раз реагируют не так интенсивно. Новый образ, напротив, провоцирует мгновенную вспышку активности. Таким образом, сигнал МРТ, который сначала гаснет, а затем усиливается, косвенно сообщает нам, что нейроны заметили повтор стимула и его последующее изменение. Манипулируя формой объекта, мы можем установить, что считается повторением для данной конкретной области. Например, определяет ли она «отель» и «ОТЕЛЬ» как одно слово или как разные?

В идеале испытуемые не должны знать, что слова повторяются. В противном случае уровень внимания существенно падает. Поскольку это ведет к ослаблению сигнала МРТ, который распространяется на связанные со вниманием области, невозможно определить, что именно он отражает: локальную перцептивную инвариантность или глобальное изменение общего состояния внимания.

В своей экспериментальной работе я всеми силами старался предотвратить сознательное восприятие повторяющихся слов. Первое слово в каждой паре всегда появляется на очень короткий срок, составляющий не более 29 миллисекунд (чуть меньше продолжительности одного кинокадра). Это стандартные условия для подпорогового восприятия. Первое слово невидимо: оно зажато между двумя бессмысленными наборами геометрических фигур. Вместо него испытуемые воспринимают лишь краткое мерцание, а затем следует второе слово – единственное, которое они видят сознательно. Контрольные эксперименты подтверждают отсутствие какой бы то ни было информации о скрытом слове.

Удивительно, но замаскированное слово активирует часть нейронных цепей, отвечающих за чтение. В частности, область «буквенной кассы» реагирует на повторы слов – в этом случае ее активность уменьшается (рис. 2. 12). Примечательно, что реакция ее одинакова независимо от того, в каком регистре напечатаны слова: в одном («ОТЕЛЬ» – «ОТЕЛЬ») или в разных («отель» – «ОТЕЛЬ»). В других областях мозга такой специфический эффект не наблюдается. Например, активность отделов затылочной доли, вовлеченных в низкоуровневую зрительную обработку, снижается, когда второй визуальный стимул является точной копией первого («ОТЕЛЬ» – «ОТЕЛЬ»), но сохраняется на прежнем уровне, если меняется регистр («отель» – «ОТЕЛЬ»). По всей вероятности, они кодируют только элементарные признаки, а потому интерпретируют любое изменение как новый зрительный объект, даже если на самом деле это одно и то же слово, только в разном виде. «Буквенная касса», напротив, выполняет более абстрактную операцию: она распознает, что «а» и «А» представляют собой один и тот же стимул. Таким образом, визуализация активности мозга показывает, что эта область одновременно вычисляет как пространственную, так и регистровую инвариантность[148].

Рис. 2. 12. Письменные слова могут быть распознаны зрительной системой без участия сознания. В этом эксперименте первое слово предъявлялось в течение очень маленького промежутка времени (29 миллисекунд). Маскирующие фигуры, появлявшиеся непосредственно перед ним и сразу после него, делали слово невидимым. Тем не менее это неосознаваемое слово ускоряло реакцию испытуемых на его повтор, представленный позже в качестве сознательно видимой цели (вверху справа). Визуализация результатов сканирования показала, что за этот эффект подпорогового прайминга (предшествования) отвечает левая затылочно‑ височная область. При повторении слова ее активность уменьшалась, причем даже в тех случаях, когда его графическая форма менялась с верхнего регистра на нижний (по материалам статьи Dehaene et al., 2001). Адаптировано с разрешения Nature Neuroscience.

В более поздних экспериментах ученые попытались выявить четкие стадии распознавания букв и слов. Рассмотрим слова «рост» и «трос»[149]. Эти анаграммы очень необычного типа. Они не только состоят из одних и тех же букв, но и могут быть преобразованы одна в другую перемещением всего одной буквы из начала в конец. Теперь предположим, что эти два слова мелькают на мониторе одно за другим. Чтобы исключить любое зрительное сходство на низшем уровне, первое напечатано в верхнем регистре, а второе – в нижнем («РОСТ» – «трос»). Поскольку оба они возникают с небольшим сдвигом по горизонтали, все их общие центральные буквы – «р», «о», «с» – появляются в одной и той же точке. Таким образом можно продублировать почти все буквы без представления всего слова во второй раз. Этот метод заставляет нас снова вернуться к вопросу о том, что считается повторением для «буквенной кассы». Адаптационный эффект вызывает повтор букв или всего слова целиком? Другими словами, эта область мозга реагирует только на отдельные буквы или она кодирует более крупные единицы – пары букв и даже целые слова?

Ответ – все вышеперечисленное! На самом деле процесс адаптации в области «буквенной кассы» включает несколько последовательных уровней буквенного кодирования, организованных иерархически от задней к передней части затылочно‑ височной коры с постепенным возрастанием степени абстракции[150]. Низший уровень кодирует одиночные буквы. Он расположен в самом заднем секторе затылочно‑ височной коры в обоих полушариях и реагирует только на повторение отдельных букв. Всякий раз, когда буквы появляются снова, наблюдается ослабление сигнала фМРТ, причем независимо от того, принадлежат они одному слову или разным. Кроме того, важно, чтобы они возникали на экране в одном и том же месте. Если сдвинуть слово всего на одну букву влево или вправо, эффект адаптации в области «буквенной кассы» не регистрируется. Это свидетельствует о том, что ее нейроны больше не распознают то, что буквы остались одинаковыми. Иначе говоря, позиционной инвариантности на данном уровне не существует. По этой причине мы полагаем, что область «буквенной кассы» содержит банк абстрактных детекторов букв, каждый из которых может заметить присутствие любой конкретной буквы в определенном месте, независимо от регистра.

Продолжим наше путешествие по левой затылочно‑ височной коре. Продвинувшись на один сантиметр вперед, мы обнаружим, что кодирование слов внезапно становится более инвариантным. Здесь кора чувствительна к сходству таких слов, как «РОСТ» и «трос», хотя их буквы совпадают не полностью. Следовательно, эта область тоже кодирует единицы ниже уровня целого слова (возможно, отдельные буквы или небольшие их группы), но при этом достаточно терпимо относится к изменениям в их пространственном расположении. Она распознает, что оба слова пишутся одинаково, но составляющие их буквы расставлены по‑ разному. Вполне вероятно, что именно на этом уровне наш мозг начинает кодировать морфологические формы слов[151] – например, «нос» и «носик»[152]. Но поскольку смысл корней еще не закодирован, эта область может ошибочно приписать общий корень таким словам, как «нос» и «носить»[153]. В действительности все, что делает зрительная система на этой стадии, – это разбивает слова на составляющие их единицы. Получившееся иерархическое дерево содержит наиболее вероятные буквы, графемы, слоги и морфемы, присутствующие в буквенной цепочке.

Продвинемся еще на один сантиметр вперед. Избирательность нейронного кода увеличивается. Здесь, в самой передней части «буквенной кассы», кора реагирует на все слово целиком. На этом этапе активность, как правило, уменьшается, когда слово повторяется («РОСТ», за которым следует «рост»), но сохраняется на прежнем уровне, когда те же буквы образуют другое слово («РОСТ», за которым следует «трос»). Последовательность букв кодируется как единое целое: мозг распознает большие группы букв, такие как «тро», отличающие слова «рост» и «трос» друг от друга.

Какие же выводы можно сделать из этих исследований? Во‑ первых, чтение напоминает конструктор – сборочный конвейер, на котором шаг за шагом создается уникальный нейронный код для каждого письменного слова. Во‑ вторых, сознательная рефлексия не дает представления об истинной сложности распознавания слов. Чтение – это не прямой и пассивный процесс. Он опирается на целый ряд бессознательных операций. В случаях, которые я описал выше, испытуемые даже не подозревали о наличии скрытого слова. Бесспорно, неосознаваемые буквенные цепочки могут «связываться» вместе – буквы не существуют независимо друг от друга, но образовывают устойчивые комбинации, кодирующие разницу между анаграммами типа «каприз» и «приказ»[154]. Таким образом, весь процесс зрительного распознавания слов – от обработки в сетчатке до высшего уровня абстракции и инвариантности – разворачивается менее чем за одну пятую долю секунды, без какого‑ либо вмешательства сознания[155].