научная статья по теме ВЛИЯНИЕ КОНТЕКСТА СТАНДАРТНЫХ СТИМУЛОВ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕГАТИВНОСТИ РАССОГЛАСОВАНИЯ ПРИ ПЕРЕМЕЩЕНИИ ИСТОЧНИКА ЗВУКА Биология

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ КОНТЕКСТА СТАНДАРТНЫХ СТИМУЛОВ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕГАТИВНОСТИ РАССОГЛАСОВАНИЯ ПРИ ПЕРЕМЕЩЕНИИ ИСТОЧНИКА ЗВУКА»

СЛУХОВАЯ СИСТЕМА

УДК 612.821

ВЛИЯНИЕ КОНТЕКСТА СТАНДАРТНЫХ СТИМУЛОВ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕГАТИВНОСТИ РАССОГЛАСОВАНИЯ ПРИ ПЕРЕМЕЩЕНИИ ИСТОЧНИКА ЗВУКА

© 2012 г. Л. Б. Шестопалова, Е. А. Петропавловская, С. Ф. Вайтулевич, Ю. А. Василенко

Институт Физиологии им. И.П.Павлова РАН 199034, Санкт-Петербург, наб.Макарова, 6 E-mail: shestolido@mail.ru

Поступила в редакцию 18.04.2011 г.

Представлены результаты исследования чувствительности слуховой системы человека к различным видам перемещения звукового образа в зависимости от акустического контекста. В работе использовались параллельно два метода исследования - психофизический (двухальтернативный вынужденный выбор) и электрофизиологический (регистрация негативности рассогласования). Девиантные стимулы, моделировавшие мгновенное перемещение источника звука (скачок), предъявляли в двух разных контекстах, представляющих собой поток повторяющихся стандартных стимулов (неподвижных или движущихся с постоянной скоростью звуковых образов). Установлено, что параметры компонента N1 в ответе на девиант-скачок зависели от контекста стандартов. Ла-тентность негативности рассогласования для девианта-скачка не зависела от контекста стандартов и определялась моментом обнаружения пространственных различий. Девиант-скачок вызывал появление негативности рассогласования и компонента P3a существенно большей амплитуды при предъявлении его в контексте неподвижных стандартов, чем в контексте движущихся. Было также показано, что негативность рассогласования является более чувствительным показателем пространственного различения звуковых стимулов, чем психофизические измерения. Полученные результаты обсуждаются с точки зрения возможных нейрональных процессов сравнения пространственных звуковых стимулов в сенсорной памяти.

Ключевые слова: пространственный слух, движение источника звука, негативность рассогласования

Одной из важных составляющих пространственного слуха, обеспечивающих ориентацию человека в акустической среде, является локализация движущихся источников звука. Анализ акустических признаков движения звука слуховой системой человека уже давно составляет предмет как психофизиологических, так и нейрофизиологических исследований. Полученные к настоящему времени экспериментальные факты указывают на наличие областей коры, избирательно активируемых движущимися звуковыми стимулами. Об этом свидетельствуют как данные нейровизуа-лизации мозга человека (Baumgart et al., 1999; Bremmer et al., 2001; Griffiths et al., 1998; Griffiths et al.,1994; Griffiths et al., 2000; Hall et al., 2003; Krumbholz et al., 2005; Lewis et al., 2000; Warren

et al., 2002), так и результаты регистрации активности одиночных нейронов на животных (Altman, 1968; Spitzer, Semple 1991; Ahissar et al., 1992; To-ronchuk et al., 1992). Была выдвинута гипотеза о наличии в слуховой системе специализированных нервных элементов ("детекторов движения"), обеспечивающих непрерывный анализ параметров источника звука по мере его движения (Alt-man, 1968). Электро- и магнитоэнцефалографи-ческие исследования показали, что при движении источника звука в коре генерируются выраженные слуховые вызванные потенциалы (СВП) и их магнитные аналоги (Altman,Vaitulevich, 1990; Bidet-Caulet, Bertrand, 2005; Ducommun et al., 2002; Jerger, Estes, 2002; Xiang et al., 2002). Избирательность реакции к направлению движения,

по мнению некоторых авторов, могла служить подтверждением наличия дирекциональной чувствительности нейронов слуховой коры (Makela, McEvoy, 1996).

В последнее время электрофизиологические исследования реакций на движение звука были направлены на изучение компонента СВП, связанного с началом движения стимула (motion-onset response, MOR) (Варфоломеев, Старостина, 2006; Krumbholz et al., 2007; Getzmann, 2009; Getzmann, Lewald, 2010; Grzeschik, 2010). При этом использовались звуковые стимулы, содержащие начальный стационарный участок длительностью порядка 700 мс, за которым следовал участок собственно движения звука. Типичный ответ на начало движения представляет собой фронтально-центральный комплекс, состоящий из негативного колебания со скрытым периодом около 140 мс после начала движения и следующего за ним позитивного колебания со скрытым периодом около 230 мс. В современной литературе этим колебаниям присвоены названия cN1 ("change-N1") и cP2 ("change-P2"). Было установлено, что увеличение скорости движения звука приводит к росту амплитуды ответа и уменьшению скрытого периода. Показано также, что при снижении скорости движения уменьшается контр-латеральность ответа на начало движения (Getz-mann, 2009). Параметры корковых потенциалов, лежащих в основе слухового анализа движения, зависят от предшествующей адаптации (Grzeschik, 2010), а также от процессов, связанных с вниманием (Kreitewolf et al., 2011).

Другой эффективный подход к исследованию кортикальных процессов обработки движения стимула связан с феноменом негативности рассогласования (в англоязычной литературе - mismatch negativity (MMN)). Негативность рассогласования представляет собой негативный компонент СВП, генерируемый при возникновении незначительных отличий поступающей в слуховую систему информации от имеющегося акустического контекста. Типичной экспериментальной парадигмой, используемой при ее регистрации, является так называемая oddball-парадигма, согласно которой в контекст повторяющихся стимулов ("стандартов") изредка включены отличающиеся от них по одному или нескольким параметрам "девиантные" стимулы. Изменения пространственного положения неподвижного источника звука оказывают влияние на амплитуду и скрытый период негативности рассогласования, как в условиях свободного звукового поля, так и при дихотической стимуляции (Paavilainen et al.,

1989; Nager et al., 2003; Doeller et al., 2003; Deouel et al., 2006; Pakarinen et al., 2007; Schröger, 1996; Richter et al., 2009). Феномен негативности рассогласования при движении источника звука изучался только в условиях дихотической стимуляции (Альтман и др., 2007, 2010; Шестопалова и др., 2007; Василенко, Шестопалова, 2010; Altman et al, 2005, 2010). В недавнем исследовании (Altman, 2010) предпринята попытка разделить влияние длительности и углового смещения звукового стимула на негативность рассогласования и сделано заключение, что с точки зрения генерации негативности рассогласования угловое смещение источника звука является более существенным признаком, чем собственно скорость движения. Установлено, что амплитуда негативности рассогласования возрастала при увеличении углового смещения звукового образа.

Предположение о том, что угловое смещение является определяющим признаком при восприятии движения звука по горизонтали, высказывалось ранее на основе психофизических экспериментов и получило название "гипотезы мгновенных отпечатков" ("snapshot theory") (Grantham, 1997). Согласно этой гипотезе, восприятие движения звука в горизонтальной плоскости основано не на специальных механизмах анализа движения, а на последовательной локализации отдельных точек траектории источника звука (при малой длительности стимулов - локализации начала и конца траектории).

Негативность рассогласования отражает ранние этапы слухового анализа на уровне коры, и таким образом позволяет определить, является ли на этом этапе значимой информация, содержащаяся в средней части траектории источника звука. Для этого используются звуковые стимулы, траектории которых начинаются в одной и той же точке и достигают одного и того же углового смещения, различаясь только в своей средней части. Простую модель таких стимулов представляет плавное движение звукового образа, создаваемое за счет линейных изменений межушной задержки AT, и мгновенное перемещение звукового образа, создаваемое за счет скачкообразного изменения AT. Было установлено, что мгновенное перемещение звукового образа вызывает негативность рассогласования большей амплитуды, чем плавное движение, при предъявлении в качестве стандартов неподвижных звуковых образов, локализуемых по средней линии головы (Альтман и др., 2007, 2010; Шестопалова и др., 2007). В то же время в работе (Василенко, Шестопало-ва, 2010) подтверждено формирование значимой

негативности рассогласования на мгновенное перемещение звукового образа относительно стандартных стимулов, плавно движущихся в том же направлении, что и девианты. Эти результаты свидетельствуют, что на уровнях слуховой системы, участвующих в формировании негативности рассогласования, локализация источника звука не может быть описана в рамках теории мгновенных отпечатков. В то же время определенные выводы о наличии чувствительных к движению звука нервных элементов на основании имеющихся данных были бы преждевременны.

Дополнительную информацию относительно нейрональных процессов обработки пространственных звуковых стимулов в сенсорной памяти можно получить, изучив влияние акустического контекста на различение движущихся звуковых образов. Цель настоящего исследования - непосредственное количественное сравнение (на одной и той же группе испытуемых) параметров вызванного потенциала и негативности рассогласования, полученных при предъявлении сигнала, моделирующего мгновенное перемещение звукового образа в контексте неподвижных и движущихся звуковых стимулов, а также сравнение электрофизиологических и психофизических показателей пространственной различительной способности слуха.

МЕТОДИКА

В экспериментах приняли участие семь испытуемых (один мужчина и шесть женщин) с нормальным слухом в возрасте от 18 до 45 лет. Испытуемых располагали в комфортном кресле в экранированной звукоизолированной камере. В ходе регистрации ЭЭГ им предлагали читать книгу по своему выбору; во время психофизического тестирования испытуемых снабжали клавиатурой, на которой они должны были нажимать клавиши в соответствии с заданием. Каждый испытуемый принимал участие в опытах по всем типам серий.

Стимулы. Предъявляемые дихотическим способом звуковые стимулы были получены при помощи цифрового синтеза с частотой дискретизации 96 кГц и синтезированы на основе отрезков белого шума, фильтрованно

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.

Показать целиком