Мозг, язык, чат-бот

Большие языковые модели вроде ChatGPT широко используют в самых разных областях исследований. Недавно нейрофизиологи из Массачусетского технологического института во главе с Эвелиной Федоренко (Evelina Fedorenko) применили большую модель для изучения языковой коры мозга, точнее областей левого полушария мозга, которые включают зону Брока, части лобной и височной долей мозга. Ученые решили выяснить, типы предложений и характеристики фраз, которые сильно возбуждают языковую кору.

Исследователи выбрали тысячу самых разных предложений и попросили пятерых участников эксперимента зачитать их во время измерения активности их мозга методом магнитно-резонансной томографии. Затем ученые сопоставили паттерны возбуждения мозга с паттернами активации языковой модели в ответ на ввод каждого из этих предложений.

На данных этих соответствий они обучили специальный алгоритм ИИ. В результате по реакции модели он смог предсказывать, как кора мозга будет реагировать на новые предложения. С помощью алгоритма ученые определили 500 новых фраз, которые вызвали бы максимальную и минимальную активность в мозге. Их действие проверили на опытах с тремя новыми участниками и обнаружили, что фразы вызывали предсказанные уровни возбуждения и торможение языковой коры.

Чтобы выяснить характеристики фраз, которые ведут к наибольшей активности, исследователи классифицировали их по 11 лингвистическим характеристикам, в том числе грамматической правильности, правдоподобности, положительной или отрицательной эмоциональной окраске, легкости визуализации смысла предложения. Лингвисты количественно оценили неожиданность каждого предложения, то есть степень его отличия от других предложений. Другим параметром была лингвистическая сложность, которая измеряется тем, насколько предложение соответствует правилам грамматики и правдоподобно по смыслу.

Неожиданные предложения вызывают более сильные реакции мозга, поскольку понимать их труднее. Лингвистическая сложность также коррелировала с реакциями языковых центров — очень простые и очень сложные, не имеющие смысла фразы почти не вызывали возбуждения. К самым сильным реакциям приводили немного необычные по грамматике или смыслу фразы, которые требуют усилий для понимания.

Исследование стало первой демонстрацией нового подхода к высшим когнитивным функциям мозга. Оно показывает, что ИИ способен адекватно отображать активацию нейронов центральной нервной системы. Ученые надеются применить свою методику к правому полушарию мозга и другим языкам. Заметим, что исследование выглядит как еще один шаг к созданию цифрового двойника человека. Статья опубликована в журнале Nature Human Behavior.