ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2004, том 30, № 3, с. 5-12
УДК 612.822.3
ПЭТ-ИССЛЕДОВАНИЕ МОЗГОВОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВОСПРИЯТИЯ ФРАЗ С СИНТАГМАТИЧЕСКИМ ЧЛЕНЕНИЕМ
© 2004 г. К. С. Стрельников*, В. А. Воробьев*, М. С. Рудас*, Т. В. Черниговская**, С. В. Медведев*
*Институт мозга человека РАН, Санкт-Петербург **Санкт-Петербургский государственный университет Поступила в редакцию 08.04.2003 г.
Методом позитронно-эмиссионной томографии выяснили локализацию в нормальном мозге человека зон, вовлеченных в анализ пауз и интонационных изменений, лежащих в основе синтаксически корректного восприятия фраз на слух. Во время исследования испытуемые слушали фразы, выбирая правильные ответы из двух вариантов, показанных на мониторе. Картировалась разница в мозговом кровотоке, полученная между условиями, где, в одном случае, предъявляемые фразы содержали паузу, определяющую смысл высказывания, а в другом - нет. Было показано, что сознательный анализ структуры высказывания испытуемыми вызывает активацию правой нижней префронтальной области и правой заднемедиальной области мозжечка. Обсуждается возможная роль этих структур в анализе факторов, определяющих синтагматическое членение.
Синтагматическое членение относится к фонетическим механизмам, реализующимся на уровне фразы, то есть просодическим характеристикам речи (просодике) [1].
Следует отметить, что до настоящего момента наибольшее внимание уделялось исследованию данной проблемы в свете представлений о межпо-лушарной специализации мозга: на основе наблюдений за больными с унилатеральными поражениями мозга, при использовании интракаро-тидных инъекций амобарбитала и тестов с дихотическим прослушиванием [2]. Согласно одной концепции, специализация полушарий проявляется только на уровне характеристик акустического сигнала так, что, например, в левом полушарии обрабатывается ритмическая структура, а в правом - тональные характеристики высказываний [3-5]. Согласно другой концепции, роль того или иного полушария зависит от лингвистической и коммуникативной функции данного просодического явления. Так, в обработке эмоциональной просодики участвует преимущественно правое полушарие [6-11], а в обработке лингвистической просодики главным образом - левое [12] . Встречаются, однако, и работы, оспаривающие четкое межполушарное разделение просодических функций [13]. В процессе исследований этого вопроса были выявлены не только различия в роли полушарий, но и их взаимодействие, а также зависимость специфики такого взаимодействия от вариантов лингвистической просодики [14, 15].
В клинико-нейропсихологических исследованиях было также установлено, что, хотя правое
полушарие играет ключевую роль в обработке аффективной просодики, нарушение межполу-шарных связей, вследствие поражения белого вещества вблизи средне-рострального отдела мозолистого тела, может существенно нарушать такую обработку [16].
Методом вызванных потенциалов (ВП) было показано наличие биоэлектрического ответа, соответствующего по времени интонационным границам в высказываниях [17]. С помощью магни-тоэнцефалографии (МЭГ) было зарегистрировано возникновение магнитных ответов (^400ш) при нарушении лексико-просодических (интонационных и фонемных) характеристик слова во фразе [18]. Стоит отметить, однако, что техника ВП и МЭГ до сих пор крайне редко использовалась для изучения мозговой основы обработки просодических аспектов речи.
В последние два десятилетия для изучения функционального картирования мозга стали использоваться методы неинвазивного объемного сканирования, такие как позитронно-эмиссион-ная томография (ПЭТ) и функциональная магни-то-резонансная томография (фМРТ). Это позволило перейти к исследованиям точной локализации активаций мозговых областей, отвечающих за просодическую обработку, в том числе и у здоровых испытуемых. В работах с использованием томографических методов было подтверждено участие правого полушария, и, в частности, правой нижнефронтальной коры, в восприятии эмоциональной просодики, тогда как левая нижнефронтальная область активировалась главным образом в задачах на фонетический анализ [11]. В
отношении левоиолушарной нижнефронтальной области (зоны Брока) было обнаружено, что она активируется и в задачах на анализ тонов, но только у иредставителей так называемых "тональных" языков (тайского и китайского), для которых разница в тоне меняет смысл слова. Подобная активация зоны Брока, однако, не наблюдалась у исиытуемых, говорящих на "нетональном" английском языке [19].
Естественным развитием этих исследований является изучение воироса о мозговых механизмах восириятия отдельных вариантов иросодики. Здесь стоит отметить, что в иодавляющем большинстве исследований мозговых механизмов иро-содической обработки рассматривается лишь эмоциональная иросодика, тогда как работы, ио-священные другому асиекту иросодики - лингвистическому, тесно связанному с синтаксической структурой фраз, являются весьма немногочисленными.
Настоящая работа иосвящена одной из важнейших составляющих лингвистической иросоди-ки - синтагматическому членению, которое функционирует как ключ для восириятия синтаксических границ во фразе, то есть является фонетическим механизмом, иозволяющим выделять структуру иредложений в устной речи. Основная цель данной работы состояла в локализации зон мозга, участвующих в этом ироцессе, с исиользо-ванием метода ПЭТ.
МЕТОДИКА
В данной работе исиользовался метод иози-тронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) [20] для регистрации изменений скорости локального мозгового кровотока, ироиорциональных изменениям локального уровня возбуждающей или тормозящей нейрональной активности [20].
Исследование ироводили с участием 12 добровольцев-мужчин в возрасте от 18 до 35 лет, с нормальным зрением, ираворуких (согласно Эдинбургскому оироснику [21]) и с образованием не ниже среднего. Родной язык у всех - русский. Ис-иытуемые были ирактически здоровы, что иод-тверждено результатами медицинских осмотров и анализов. Все условия ПЭТ-иееледования соответствовали нормам Минздрава и были утверждены Этической Комиссией Института мозга человека РАН. Все добровольцы иодиисали информированное согласие на участие в исследовании.
Для сбора данных об изменениях мозгового кровотока исиользовалась ПЭТ камера РС2048-15В, регистрирующая 15 аксиальных срезов мозга с иро-странственным разрешением 5-6 мм [22]. Временное разрешение (длина скана, т.е. время сбора данных) составляло в наших исследованиях 60 с.
После инструкции и начала выполнения испытуемым психологического задания, через заранее установленный в локтевую вену катетер болюсом вводили 1.5 мл меченой радиоактивным кис-лородом-15 воды (период полураспада 123 с) в дозировке 0.86 мКи/кг. В момент прихода достаточного количества меченого вещества в мозг (15-20 с после введения) автоматически включалось сканирование. Предъявление стимулов начиналось за 10 с до инъекции (т.е. примерно за 25-30 с до начала сбора данных) и продолжалось еще 10-15 с после его окончания для исключения процессов, связанных с началом или окончанием исследуемой деятельности. Моменты начала и конца сканирования были незаметны для испытуемого. Интервал между периодами сканирования составлял 15-20 мин. В помещении поддерживалась тишина и минимально необходимое освещение. Испытуемые были инструктированы расслабленно лежать в комфортной позе, максимально сосредоточиться на выполнении тестовых задач и совершать движения только пальцами правой руки при нажатии кнопок компьютерной "мыши".
Поскольку нас интересовали только относительные изменения уровня мозгового кровотока при выполнении различных заданий, то, в соответствии с [23], мы ограничились регистрацией распределения изотопа без взятия проб крови.
После реконструкции ПЭТ-изображений, они обрабатывались по методу Statistical Parametric Mapping (SPM99), который является одним из стандартных методов для обработки физиологических ПЭТ-данных [24] и позволяет выделять области активации, то есть места увеличения скорости мозгового кровотока в одном состоянии относительного другого, взятого в качестве контрольного. При этом активация не позволяет судить о преобладании процессов возбуждения или торможения в данной популяции нейронов [25].
В результате попарных сравнений ПЭТ-изображений были получены разностные изображения, то есть, так называемые "карты" распределения t-ста-тистики, отражающие величину полученных различий в каждом элементе изображения ("воксе-ле"). Значимость данных различий оценивалась в соответствии с тестом на объем кластера [26]. В данном тесте "активация" считалась значимой, если объем соответствующего ей кластера (определяемого в данном случае как количество соприкасающихся вокселов со значением t выше 3.90) удовлетворял порогу pcorr < 0.05. Данный порог соответствует вероятности случайного (т.е. при отсутствии сигнала) возникновения кластера такого же или большего объема в данном анализируемом пространстве (т.е. в объеме мозга) с учетом ожидаемого количества таких кластеров.
Для определения анатомической локализации активированной области использовались про-
нажатие
кнопки
мыши
начало конец нажатие звучания звучания кнопки мыши фразы фразы
Рис. 1. Соотношение времени предъявления слуховых и зрительных стимулов.
Интервалы времени: АВ и ЕР - предъявление креста для фиксации взора: 300 или 600 мс; ВС - предъявление задания до начала звучания фразы: 200-600 мс; СБ - звучание фразы; БЕ - выбор испытуемым правильного ответа.
грамма пересчета координат и визуализации кла-
*
стеров ("Talairach Space Utility" )и Интернет-версия атласа мозга [27] ("Talairach Daemon" ).
В исследовании использовались стимулы слуховой и зрительной модальности, подаваемые соответственно, через головные микротелефоны и белым шрифтом на темный экран монитора, установленного по центру поля зрения испытуемого. Слуховые стимулы представляли собой фразы с синтагматическим членением в качестве основных стимулов и фразы без синтагматического членения в качестве контроля (см. примеры заданий). Эти фразы были монотонно начитаны женским голосом профессионального диктора. Зат
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.