Более десяти лет назад нейробиолог Ев Федоренко попросил 48 носителей английского языка выполнить такие задания, как чтение предложений, запоминание информации, решение математических задач и прослушивание музыки. Пока они это делали, она сканировала их мозг с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии, чтобы увидеть, какие цепи активированы. Если, как предполагали лингвисты на протяжении десятилетий, язык связан с мышлением в человеческом мозге, то области обработки языка будут активироваться даже во время нелингвистических задач.
Эксперимент Федоренко, опубликованный в 2011 году в журнале Труды Национальной академии наук, показали, что когда дело доходит до арифметики, обработки музыки, общей рабочей памяти и других нелингвистических задач, речевые области человеческого мозга не реагируют. Вопреки утверждениям многих лингвистов, сложное мышление и язык — это разные вещи. Одно не требует другого. «У нас есть узкоспециализированное место в мозге, которое не реагирует на другие действия», — говорит Федоренко, доцент кафедры мозга и когнитивных наук (BCS) и Института исследований мозга Макговерна. «Неправда, что мысль критически нуждается в языке».
В основе исследований Федоренко лежит план эксперимента, в котором нейробиология поможет понять, как работает язык, как он развивался и как он связан с другими когнитивными функциями. Она является частью уникальной интеллектуальной триады на факультете BCS Массачусетского технологического института вместе со своими коллегами Роджером Леви и Тедом Гибсоном. (Гибсон и Федоренко женаты с 2007 года). Вместе они провели многолетнее сотрудничество и создали значительный объем исследований, посвященных некоторым из важнейших вопросов лингвистики и человеческого познания. Работая в трех независимых лабораториях — EvLab, TedLab и Лаборатории компьютерной психолингвистики — исследователи руководствуются общим интересом к человеческому разуму и тому, как язык работает в мозгу. «У нас активное взаимодействие и сотрудничество», — говорит Леви. «Это очень широкое сотрудничество, интеллектуально богатое и разнообразное пространство».
Используя комбинации компьютерного моделирования, психолингвистических экспериментов, поведенческих данных, изображений мозга и больших наборов натуралистических языковых данных, исследователи также делятся ответом на фундаментальный вопрос: какова цель языка? Из всех возможных ответов на вопрос, почему у нас есть язык, пожалуй, самый простой и очевидный — это общение. «Хотите верьте, хотите нет, — говорит Тед Гибсон, — но это не стандартный ответ».
Гибсон впервые пришел в Массачусетский технологический институт в 1993 году и поступил на факультет лингвистики в 1997 году. Вспоминая сегодняшний опыт, он описывает его как разочарование. В области лингвистики в то время доминировали идеи Ноама Хомского, одного из основателей аспирантуры Массачусетского технологического института по лингвистике, которого называют отцом современной лингвистики. «Нативистские» теории языка Хомского постулировали, что целью языка является артикуляция мысли и что языковая способность заложена до любого обучения. Но Гибсон, с его образованием в области математики и информатики, чувствовал, что исследователи не смогли удовлетворительно проверить эти идеи. Он считал, что поиск ответа на многие нерешенные вопросы о языке требует количественного исследования, что является отходом от стандартной лингвистической методологии. «Нет причин полагаться только на вас и ваших друзей, как и работает лингвистика», — говорит Гибсон. «Данные, которые вы можете получить, могут быть намного шире, если вы привлечете множество людей, используя экспериментальные методы». Господство Хомского в лингвистике предоставило Гибсону то, что он считал вызовом и возможностью. «Я чувствовал, что мне нужно разобраться во всем подробно и посмотреть, правдивы ли эти утверждения», — говорит он.
Спустя три десятилетия после того, как он впервые присоединился к Массачусетскому технологическому институту, Гибсон считает, что совместные исследования в BCS убедительны и провокационны, указывая на новые способы мышления о человеческой культуре и познании. «Сейчас мы находимся на этапе, когда это не просто аргументы против. У нас есть много положительных моментов, говорящих о том, что такое язык», – объясняет он. Леви добавляет: «Я бы сказал, что все мы трое придерживаемся мнения, что общение играет очень важную роль в изучении и обработке языка, а также в структуре самого языка».
Леви отмечает, что трое исследователей получили докторскую степень по разным предметам: Федоренко по нейробиологии, Гибсон по информатике, Леви по лингвистике. Однако в течение многих лет, прежде чем их пути наконец сошлись в Массачусетском технологическом институте, их общие интересы в количественных лингвистических исследованиях заставляли их внимательно следить за работами друг друга и подвергаться их влиянию. Первое сотрудничество между ними состоялось в 2005 году и было сосредоточено на языковой обработке придаточных предложений в русском языке. Примерно в то же время, вспоминает Гибсон, Леви представил то, что он называет «прекрасной работой», которая помогла ему понять связи между языковой структурой и коммуникацией. «Коммуникативное давление движет структурами», — говорит Гибсон. «Роджер сыграл решающую роль в этом. Именно он помогал мне думать об этих вещах давным-давно».
Лаборатория Леви сосредоточена на пересечении искусственного интеллекта, лингвистики и психологии с использованием инструментов обработки естественного языка. «Я пытаюсь использовать инструменты, которые предоставляют математические и компьютерные подходы к языку, чтобы формализовать научные гипотезы о языке и человеческом разуме и проверить эти гипотезы», — говорит он.
Леви указывает на продолжающиеся исследования между ним и Гибсоном, посвященные пониманию языка, как пример преимуществ сотрудничества. «Один из самых больших вопросов: когда понимание языка терпит неудачу, почему оно терпит неудачу?» Вместе исследователи применили концепцию «шумного канала», впервые разработанную теоретиком информации Клодом Шенноном в 1950-х годах, которая гласит, что информация или сообщения искажаются при передаче. «Понимание языка развивается с течением времени, включая постоянную интеграцию прошлого с настоящим», — говорит Леви. «Память сама по себе является несовершенным каналом, передающим прошлое из нашего мозга мгновение назад в наш мозг сейчас, чтобы обеспечить успешное понимание языка». Действительно, богатство нашей языковой среды, опыт использования сотен миллионов слов во взрослом возрасте могут создать своего рода статистические знания, определяющие наши ожидания, убеждения, предсказания и интерпретации языкового значения. «Статистические знания языка на самом деле взаимодействуют с ограничениями нашей памяти», — говорит Леви. «Наш опыт формирует нашу память о самом языке».
Все трое исследователей заявляют, что они разделяют веру в то, что, следуя имеющимся фактам, они в конечном итоге откроют еще большую и полную историю о языке. «Так устроена наука», — говорит Федоренко. «Тед обучал меня вместе с Нэнси Канвишер, и Тед, и Роджер очень ориентированы на данные. Если данные не дают вам того ответа, о котором вы думали, вы не просто продолжаете продвигать свою историю. Вы думаете о новых гипотезах. Почти все, что я делал, было таким». Временами исследования Федоренко частей языковой системы мозга удивляли ее и заставляли отказаться от своих гипотез. «В одном проекте у меня возникла идея о том, что будет некоторое разделение между частями, которые заботятся о комбинаторике и значениях слов», — говорит она, — «но каждая частица языковой системы чувствительна к обоим. В какой-то момент Я подумал: вот о чем нам говорят данные, и нам придется с этим смириться».
Работа исследователей, указывающая на коммуникацию как конститутивную цель языка, открывает новые возможности для исследования и изучения нечеловеческого языка. Стандартное утверждение состоит в том, что человеческий язык имеет значительно более обширный словарный запас, чем язык животных, у которых нет грамматики. «Но зачастую мы даже не знаем, о чем общаются другие виды», — говорит Гибсон. «Мы говорим, что они не могут общаться, но мы не знаем. Мы не говорим на их языке». Федоренко надеется, что откроется больше возможностей для межвидовых лингвистических сравнений. «Понимание того, где вещи похожи, а где расходятся, было бы очень полезно», — говорит она.
Между тем, потенциальные возможности применения языковых исследований далеко идущие. Один из текущих исследовательских проектов Леви посвящен тому, как люди читают и используют алгоритмы машинного обучения, основанные на психологии движений глаз, для разработки тестов квалификации. Отслеживая движения глаз людей, которые говорят на английском как на втором языке, когда они читают тексты на английском языке, Леви может предсказать, насколько хорошо они владеют английским языком. Этот подход однажды может заменить тест по английскому как иностранному. «Это неявное измерение языка, а не гораздо более игровой тест», — говорит он.
Исследователи сходятся во мнении, что одни из самых интересных возможностей в нейробиологии языка связаны с большими языковыми моделями, которые открывают новые возможности для постановки новых вопросов и совершения новых открытий. «В нейробиологии языка истории, которые мы могли рассказать о том, как мозг управляет речью, ограничивались вербальными, описательными гипотезами», — говорит Федоренко. «Вычислительно реализованные модели сейчас удивительно хороши в языке и демонстрируют некоторую степень согласованности с мозгом», — добавляет она. Теперь исследователи могут задавать такие вопросы, как: какие фактические вычисления выполняют клетки, чтобы получить значение из строк слов? «Теперь вы можете использовать эти модели в качестве инструментов, чтобы понять, как люди могут обрабатывать язык», — говорит она. «И вы можете разбирать модели так, как не можете разобрать мозг».