Поймать вавилонскую рыбку: Человеческий мозг, нейронные сети и изучение иностранных языков

Что такое письмо?

Письменность – одна из форм существования человеческого языка, которая представляет собой систему знаков (символов). Письменность всегда ассоциируется с конкретным языком и устной речью на этом языке, и это отличает ее от, например, наскальных рисунков.

Раньше ученые полагали, что письменность возникла в Шумере (древней области на территории современного Ирака) между 3400 и 3100 годами до нашей эры. Дальнейшие исследования, однако, показали, что этот навык люди приобрели независимо друг от друга сразу в нескольких местах: в Шумере, Египте (около 3250 года до нашей эры), Китае (около 1200 года до нашей эры), а также на территории Мексики и Гватемалы (около 500 года до нашей эры). Но возникновение письменности не было одномоментным событием. Системам записи устной речи предшествовали более простые заметки, например глиняные жетоны (плоские таблички более правильной формы появятся позже), на которых символами указывалось количество голов домашнего скота.

Постепенно символы, использовавшиеся для обозначения объектов, эволюционировали. Древняя шумерская поэма «Энмеркар и правитель Аратты», созданная около XXI века до нашей эры, рассказывает нам, как правитель Урука (древнейшего города-государства шумеров) изобрел письменность: «Для посла слова были трудными, и не мог он их повторить, тогда верховный жрец Кулаба прикоснулся к глине и слова на табличке написал. До этого дня не умели слова писать на глине, а теперь, о Уту, воистину стало так!»^[5].

Какие же типы письменности существуют сегодня?

Нам ближе всего алфавитное письмо – именно оно свойственно русскому и европейским языкам, которые мы чаще всего изучаем. В основе алфавита лежат буквы; каждая из них обозначает один или несколько звуков, или фонему. В подавляющем большинстве случаев буквами обозначаются и гласные, и согласные звуки, но бывают языки с так называемым консонантным алфавитом: в нем буквы «отвечают» только за согласные звуки, а гласные могут обозначаться при помощи специальных диакритических знаков. К таким алфавитам можно отнести, например, древнюю финикийскую и современную арабскую письменности.

Еще один современный тип письма – слоговое, или силлабическое. В этом случае один знак (буква) обозначает не звук, а целый слог. Самый яркий пример такого письма – японские системы катакана и хирагана. Первая используется для записи заимствованных слов, иностранных имен и названий, а вторая вместе с иероглифической системой кандзи применяется для записи исконно японских слов.

Самый необычный современный тип – иероглифическая письменность, которую все мы знаем на примере китайского языка (его иероглифы используются также в японском и частично в корейском языках). Иероглиф – это знак, обозначающий целое слово.

О письме и его истории можно говорить еще очень долго. Я не буду останавливаться на письменности древних цивилизаций – шумерской, египетской, китайской. О расшифровке текстов и языках, на которых они основаны, написана не одна книга. Не буду углубляться и в историю языков, описывать их морфологические типы и эволюцию. К тому же специалисты могут существенно дополнить то, что я уже рассказала о типах письменности. Например, отметить, что существуют языки, письмо которых в строгом смысле не входит ни в одну из перечисленных мной трех основных групп. Так, эфиопское письмо относится к системе абугида – когда слоги с одинаковым согласным, но разными гласными звуками обозначаются видоизмененными формами одного базового знака. Или сказать, что иероглиф может обозначать не только целое слово, но и звук или слог – все зависит от того, о каком языке мы говорим (так, в древнеегипетском существовало несколько десятков иероглифов, обозначавших исключительно звуки, а не понятия). Все это, безусловно, интересно, но в рамках нашей книги не так важно.

Итак, мы обсудили, что такое язык, и узнали, чем он отличается от систем коммуникации, которые используют животные. В результате мы пришли к выводу: имеющиеся научные данные говорят о том, что язык – привилегия человека. Но мы так и не ответили на вопрос: только ли люди обладают лингвистическими способностями? Мы попытаемся выяснить это во второй главе, но сначала нам придется разобраться с тем, как устроен мозг.

ГЛАВА 2
Где «живет» язык?

Объяснить, как появился язык и благодаря каким биологическим механизмам это произошло, – непростая задача для ученых. И не до конца решенная. Овладение языком выглядит как биологический рывок, подъем на качественно новую ступень развития человечества. При этом для выживания человека как вида он вовсе не нужен – все остальные живые существа, населяющие нашу планету, прекрасно обходятся без него.

О том, что невозможно представить такую биологическую функцию, которую не мог бы выполнять лишенный языка вид, первым заявил биолог и натуралист Альфред Рассел Уоллес (одновременно с Чарльзом Дарвином и независимо от него он открыл эволюцию путем естественного отбора). И в самом деле, как мы уже знаем, все живые существа, кроме человека, прекрасно обходятся базовыми системами коммуникации. Более того, у языка еще и нет никаких эволюционных предшественников, «демоверсий»: он либо есть (у человека), либо его нет (у всех остальных животных).

Язык (не) против эволюции

Такое отсутствие «промежуточных вариантов» на первый взгляд нарушает принцип эволюции, который звучит как «природа не делает скачков». Дарвин писал: «Естественный отбор действует, только пользуясь слабыми последовательными вариациями; он никогда не может делать внезапных, больших скачков, а всегда продвигается короткими, но верными, хотя и медленными шагами»^[6].

На самом деле этот кажущийся очевидным принцип вовсе не так однозначен. Вопрос о том, как же все-таки эволюционируют живые организмы – постепенно или скачкообразно, – долгое время был предметом полемики ученых. Теперь же понятно, что на самом деле верно и то и другое. Иногда адаптивные изменения происходят очень медленно – в полном соответствии с концепцией Дарвина. Например, динозавры за несколько десятков миллионов лет эволюционировали в птиц. Да, вы всё правильно поняли: современные куры или голуби не просто ближайшие ныне живущие родственники динозавров. С недавних пор ученые относят птиц не к потомкам «ужасных ящеров» (именно так переводится слово «динозавр»), а непосредственно к подотряду тероподов – двуногих динозавров, как правило хищных. Самый известный представитель тероподов – тираннозавр; впрочем, существовали и всеядные, и травоядные тероподы.

Но бывает, что эволюционное изменение происходит очень быстро, и какой-либо признак появляется практически внезапно. Обычно это результат генетических мутаций. По всей видимости, так появился глаз.

Для функционирования простейшего глаза нужны два компонента. Первый – пигментные клетки. Они придают нашим глазам цвет, а еще выполняют множество функций: поглощают свет, перераспределяют питательные вещества, отводят лишние воду и тепло, запасают витамин А… Второй – клетки-фоторецепторы, известные нам еще из школьной программы палочки и колбочки. Так вот, ученые полагают, что первоначальное образование фоторецептора – случайное событие. Не было никакого естественного отбора, проб и ошибок. Просто в какой-то момент в клетках появились чувствительные к свету молекулы, а позднее этот процесс стал регулироваться при помощи генов. Конечно, затем молекулам-фоторецепторам пришлось пройти через естественный отбор, они изменялись и развивались, но это было уже после первого, ключевого, события. Подобные «сюрпризы» – естественное явление, вписывающееся в концепцию эволюции. И если проследить за процессом развития человека, станет ясно, что глаз не единственный пример эволюционных скачков.

В конце предыдущей главы мы упомянули, что ряд ученых рассматривают язык в первую очередь как инструмент мышления, с помощью которого мы осознаем мир. Наличие мышления – это признак интеллекта, то есть способности обучаться, запоминать информацию, анализировать свой опыт, понимать и применять абстрактные концепции, использовать знания для преобразования мира. Эрнст Майр, один из ведущих эволюционных биологов ХХ века, полагал, что человеческий интеллект – как сам по себе, так и применительно к языку – возник именно вследствие эволюционного скачка. Майр писал:

«Ничто не демонстрирует невероятность возникновения развитого интеллекта лучше, чем миллионы ветвей наследования, которые так и не смогли его достичь. С момента возникновения жизни существовали миллиарды, возможно, целых 50 млрд видов. Только один из них сумел достичь такого уровня развития интеллекта, чтобы создать цивилизацию… Я могу представить себе только две возможные причины такой исключительности. Первая заключается в том, что развитый интеллект, вопреки нашим ожиданиям, вовсе не является преимуществом при естественном отборе. По сути, все остальные виды живых организмов, миллионы видов, прекрасно обходятся без высокоразвитого интеллекта. Вторая возможная причина столь малой распространенности интеллекта – это то, что его очень сложно обрести… что неудивительно, поскольку головному мозгу требуется очень много энергии… Большой мозг, допускающий появление интеллекта, развился менее чем у 6﹪ живых существ по линии гоминидов. Вероятно, для высокого уровня развития интеллекта необходимо сочетание редких благоприятных обстоятельств»^[7].

Важно отметить, что эволюционным скачком в этом примере следует считать именно появление интеллекта, а не увеличение размеров мозга. Во-первых, он рос постепенно, а во-вторых, прямой связи между объемом мозга и уровнем умственного развития нет. Так, емкость черепа неандертальца в среднем была больше, чем у современных людей, но при этом неандертальцы исчезли, а современные люди выжили и завоевали планету. Более того, масса и объем мозга у взрослых людей может различаться вдвое (таковы границы нормы), никак не коррелируя с интеллектом: у Анатоля Франса мозг был чуть тяжелее килограмма, у Ивана Тургенева – чуть тяжелее двух. И мы же не скажем, что Тургенев вдвое умнее и талантливее Франса? А самый тяжелый зарегистрированный мозг весом 2850 г вообще принадлежал идиоту. Нет, мы не ругаемся: человек страдал самой глубокой формой умственной отсталости, которая именуется идиотией.

Сванте Паабо, один из ведущих мировых специалистов по эволюционной генетике, полагает: что-то должно было отделить человека разумного от неандертальцев и способствовать его распространению по всей планете (ведь изначально наши предки не покидали пределов Африки). Насчет сущности этого «секретного ингредиента» ученые расходятся. Паабо считает, что человека разумного отличало стремление к совместной деятельности и способность учиться – перенимать сложные навыки у соплеменников (при этом Паабо все-таки рассматривает язык как один из аспектов всех этих процессов). А вот Ноам Хомский, которого иногда называют отцом современной лингвистики, полагает, что «секретным ингредиентом» был именно язык.

Получается, что внезапное появление языка, хотя и не было жизненно важной необходимостью, не нарушало законы эволюции. Язык возник, потому что так сложились обстоятельства. Тем не менее он не родился «из ниоткуда» – Хомский и его коллеги отмечают, что эволюция в ходе естественного отбора всегда берет существующие черты и по-новому их применяет. Это значит, что элементы, которые предшествовали появлению языка и стали его составляющими, на тот момент уже были. Давайте посмотрим, что это за элементы. Для этого нам придется поговорить о генетике, отделах головного мозга и нейронных связях внутри него.

Генетика языка

Одной из важнейших составляющих языка является «система вывода информации», объединяющая механизмы вокального научения и продуцирования речи. Вокальное научение – это процесс, в ходе которого ребенок учится извлекать звуки, похожие на те, что используют взрослые. Но к вокальному научению способны, конечно, не только люди. Звукам, издаваемым взрослыми, учатся подражать птенцы, детеныши китообразных, морских котиков и морских львов, слонов, летучих мышей и других животных.

Остановимся на птицах – как мы помним из первой главы, они обладают очень развитой системой коммуникации. От птиц нас отделяют несколько сотен миллионов лет параллельной эволюции, но, несмотря на это, отделы мозга, контролирующие птичье пение, функционально соответствуют речевым областям мозга человека (о них мы еще поговорим).

Кроме того, масштабное исследование геномов 48 видов птиц показало: есть примерно 50 генов, которые сходным образом включаются и выключаются в специализированных «голосовых» областях мозга людей и пернатых. Каждый из этой полусотни генов требует пристального изучения, ведь если его работа необходима для обслуживания и человеческого языка, и птичьих песен, значит, он – вероятный кандидат на то, чтобы быть одним из ключевых звеньев эволюции речи.

Сегодня в научно-популярных книгах и СМИ геном языка, как правило, называют FOXP2. Он был открыт в 1998 году в ходе генетического обследования членов одной британской семьи, которая фигурирует в научной литературе под псевдонимом «семья КЕ». Примерно половина членов этой семьи страдала от заболевания, известного как вербальная апраксия. При этом расстройстве пациент испытывает сложности в произнесении сочетаний звуков, потому что его мозг не может нормально контролировать движения челюстей, губ и языка. Человек знает, что хочет сказать, но физически не может этого сделать.

Семья КЕ попала в поле зрения врачей в конце 1980-х годов. В течение нескольких лет ее обследовали разные специалисты, и в конце концов ученые из Оксфордского университета пришли к выводу: болезнь имеет генетические причины. А в 1998 году было установлено, что проблема – в мутации гена FOXP2.

Этот ген не является чем-то уникальным – он есть у многих позвоночных животных, включая обезьян, птиц и летучих мышей (у них FOXP2 контролирует эхолокацию); был он и у неандертальцев^[8]. Вот только все эти FOXP2 неодинаковы: тот, который присутствует в геноме современных людей, отличается двумя аминокислотными заменами от соответствующего гена у бонобо, шимпанзе и горилл. Какие именно изменения и различия влекут за собой эти замены, сказать, конечно, нельзя: генетика еще не достигла такого уровня развития.

Несмотря на все это, называть именно FOXP2 геном языка пока преждевременно. Он в первую очередь всего лишь часть «системы вывода» речевой информации, о которой мы начали говорить несколько абзацев назад. Ученые пришли к этому заключению на основе такого эксперимента: они вставляли «очеловеченный» вариант FOXP2 в геном мышей и наблюдали за тем, как изменится их поведение. Оказалось, что генетически модифицированные грызуны могут быстрее переключаться с декларативного обучения на процедурное.

Разница между ними очень простая: декларативное обучение осуществляется сознательно, а процедурное происходит механически, путем многократного повторения одного и того же действия, без понимания, зачем и почему это действие нужно выполнять. Исследователи построили для мышей небольшой крестообразный лабиринт, в который грызуна можно было запускать с «северного» или «южного» входа, и учили их находить в лабиринте еду. При процедурном обучении мышка всегда находила угощение при повороте направо – при этом поворачивала она механически, без учета своего местонахождения. При декларативном же обучении угощение помещалось в конкретном месте лабиринта, и мышке приходилось сначала понять, где она находится, а потом выбрать, куда повернуть – налево или направо.

Выяснилось, что если мышей учат по одному определенному типу – либо декларативному, либо процедурному, то разница между обычными и генетически модифицированными грызунами не проявляется. Но мыши с «очеловеченным» FOXP2 быстрее переключались с декларативного обучения на процедурное. Это значит, что по крайней мере одна из функций гена – переведение новых моторно-двигательных навыков в долговременную память, чтобы впоследствии человек или животное могли совершать какие-то действия «на автомате», бессознательно. Пример этого – плавание или езда на велосипеде. Сначала мы в течение какого-то времени осваиваем эти умения, но, раз приобретя их, потерять уже не можем. То же самое делают и дети, которые учатся говорить: сначала они с трудом выговаривают звуки, но постепенно движения губ, языка и челюстей становятся привычными и естественными.

Последние исследования гена FOXP2 показывают, что он контролирует не только мышцы – регуляторы речи. Его функция направлена на координацию целого каскада генов и белков, необходимых для развития и нормальной работы мозга.

Про остальные гены, связанные с речью, мы пока знаем не так много. Например, Сванте Паабо в своих работах упоминает гены, которые есть у нас, но отсутствуют у неандертальцев: CASC5, SPAG5 и KIF18А. Они задействованы в зоне, где происходит деление стволовых клеток для формирования мозга. Однако еще неизвестно, влияют кодируемые этими генами белки на умственные различия Homo sapiens и Homo neanderthalensis или же только на физические, например размер мозга. Так что пока язык – одна из основных проблем, исследуемых эволюционной генетикой человека.