ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2008, том 34, № 5, с. 13-25
УДК 612.821
ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ НЕЙРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ УРОВНЕЙ ЯЗЫКА: ФОНЕМАТИЧЕСКОГО, ГРАММАТИЧЕСКОГО И СЕМАНТИЧЕСКОГО
© 2008 г. Д. М. Цапарина, М. Н. Цицерошин, А. Н. Шеповальников
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова, РАН, Санкт-Петербург
Поступила в редакцию 15.05.2008 г.
Исследовали структуру межрегиональных взаимодействий биопотенциалов мозга при выполнении взрослыми испытуемыми (n = 18) и детьми 5-6 лет (n = 15) и 8-9 лет (n = 17) трех речевых заданий аналитического характера: опознание заданной фонемы в контексте предъявляемых на слух слов, опознание грамматических и семантических ошибок в предъявляемых на слух предложениях. У взрослых испытуемых и в меньшей мере у детей обеих возрастных групп при выполнении всех трех заданий по данным кросскорреляционного и когерентного анализов ЭЭГ наблюдалось выраженное усиление межполушарного взаимодействия, особенно височных отделов, при относительно малом изменении ипсилатеральных связей ЭЭГ. У детей были выявлены элементы незрелости нейрофизиологических механизмов обеспечения таких аспектов речевой функции, как анализ грамматического оформления речевого высказывания и смыслового наполнения фразы. Полученные результаты дают также основание полагать, что уровень созревания нейрофизиологических механизмов, лежащих в основе обеспечения фонематического анализа, на этих возрастных этапах несколько выше, чем уровень зрелости центральных механизмов, ответственных за анализ смыслового наполнения и грамматического построения фразы. Проведенное количественное сопоставление для каждой из возрастных групп паттернов пространственных взаимодействий биопотенциалов коры, выявляемых при выполнении испытуемыми заданий, связанных с разными уровнями языка, показало высокую степень их статистического сходства. Результаты исследований могут свидетельствовать в пользу концепции о том, что при реализации разных уровней языка процессы их дистрибутивного центрального обеспечения, по-видимому, опираются на топологически близкие констелляции взаимодействующих зон коры и на сходную организацию их межрегиональных взаимодействий.
Язык, как сложная коммуникативная знаковая система, включает в себя фонетическую, фонологическую, морфологическую, синтаксическую, семантическую и дискурсивную составляющую. На его развитие влияют как биологические, так и социальные факторы. В какой степени темп формирования в онтогенезе церебральных механизмов, ответственных за обеспечение этой важнейшей, специфически человеческой функции, связан с развитием языковых уровней на разных возрастных этапах? Как известно, по мере морфофункциональ-ного созревания мозговых структур, участвующих в обеспечении когнитивных функций, происходит совершенствование системной организации межцентральных отношений, что находит отражение и в возрастных особенностях вербальной деятельности
[1-3].
В церебральном обеспечении различных уровней языка участвуют не только классические речевые центры, но и другие области коры, а также некоторые подкорковые образования, не имеющие непосредственного отношения к речевой функции [4-7]. Система связей этих отделов с речевыми зонами, их общее количество, функциональный вклад
определенных зон коры не только левого, но и правого полушария, а главное - алгоритм взаимодействия вовлеченных в констелляции пространственно распределенных структур мозга определяются спецификой выполнения решаемой задачи. В то же время степень участия различных церебральных структур и закономерности их взаимодействия при реализации тех или иных языковых уровней остаются еще недостаточно изученными.
Для выяснения этих вопросов перспективным представляется использование эволюционного подхода. Становление способностей к анализу фонетических, лексических и грамматических составляющих вербальной деятельности начинается, по-видимому, еще во внутриутробном периоде [8], интенсивно развивается в первые годы жизни и достигает дефинитивного уровня только к 12-16 годам жизни. Однако, если начальным этапам становления речевой функции у маленьких детей уделялось значительное внимание (см. обзоры [9-11]), то процессы центрального обеспечения речи в более старшем возрасте изучены в меньшей степени. Между тем, в дошкольном и младшем школьном возрасте продолжается развитие межцентральных взаимо-
действий, которые необходимы для обеспечения более сложных форм речевой деятельности, связанных с совершенствованием грамматического строя, смыслового наполнения речевого высказывания и с постепенным обогащением лексикона.
В настоящей работе мы попытались выявить возрастные особенности формирования центральных механизмов обеспечения различных уровней языка: фонематического, грамматического и семантического, при выполнении детьми дошкольного и младшего школьного возраста заданий на опознание фонем в словах, грамматических и семантических ошибок в предложениях.
МЕТОДИКА
В двух сериях наблюдений с использованием методов многопараметрического анализа ЭЭГ были обследованы группы детей 5-6 лет (п = 15) и 8-9 лет (п = 17). Все испытуемые правши. Полученные данные сопоставляли с результатами обследования 18 взрослых испытуемых в возрасте от 22 до 28 лет.
ЭЭГ регистрировали на 24-канальном компьютерном электроэнцефалографе с полосой пропускания - 0.5-30.0 Гц, с частотой дискретизации 185 Гц по каждому из каналов. Применяли 20 монополярных отведений. Из них 16 располагали по международной схеме 10-20 симметрично в переднелобных (Ррь ^р2), заднелобных (Р3, ^4), нижнелобных (Р7, ^8), центральных (С3, С4), средневисочных (Т3, Т4), задневисочных (Т5, Т6), теменных (Р3, Р4) и затылочных областях (Ох, О2). Для более детального анализа роли височных областей в осуществлении речевой функции дополнительно устанавливали четыре электрода: два - в передневисочных областях каждого из полушарий (Т1, Т2), и два - в зонах ТРО, т.е. в зонах перекрытия височной, теменной и затылочной областей (ТР1, ТР2). В качестве референтного использовали объединенные электроды на мочках ушей. ЭЭГ регистрировали непрерывно, как в фоновом состоянии (спокойное бодрствование с закрытыми глазами), так и при выполнении испытуемыми тестовых заданий. Средняя продолжительность наблюдения составляла 30 минут, испытуемые находились в положении лежа в звукоизолированной и затемненной камере.
Специфика заданий, которые предлагались детям и взрослым, была подобрана таким образом, чтобы обеспечить в каждом из тестов преимущественный анализ испытуемыми тех аспектов речевого высказывания, которые в большей мере связаны с определенным языковым уровнем: фонематическим, грамматическим и семантическим.
1. Фонематический анализ - опознание заданного звука в контексте предъявляемых на слух слов. Испытуемому бинаурально через наушники предъявляли ряд слов, либо содержащих, либо не содер-
жащих заданный звук. Стимульный материал представлял собой набор существительных единственного числа в именительном падеже и был сбалансирован по звукослоговой структуре. Заданный звук находился в предъявляемых словах в разных позициях. Испытуемый должен был нажимать на кнопку только в том случае, если в предъявленном слове присутствовал заданный звук.
2. Опознание грамматических ошибок в предъявляемых на слух предложениях. Испытуемому бинаурально через наушники предъявляли в случайном порядке предложения как содержащие грамматическую ошибку, так и не содержащие ее (всего 50 предложений, из них 30, содержащих ошибку). Длительность каждого предложения колебалась в пределах 4-6 с, с интервалом между ними 2 с, таким образом, предъявление всей серии предложений занимало от 5 до 6 минут. В предложениях, содержащих ошибку, были нарушены следующие виды грамматических связей: а) ошибки связей согласования: в личных окончаниях глаголов (например: "Под столом сидел собака"); в родовых окончаниях прилагательных ("Девочка надела голубое юбку"); б) ошибки связей управления: в падежных окончаниях существительных ("Я прочитал интересную книжкой"). При обнаружении ошибки в предъявляемом на слух предложении испытуемый должен был нажимать на кнопку правой рукой.
3. Опознание семантических ошибок в предъявляемых на слух предложениях.
В этом случае испытуемому предъявляли предложения, как содержащие семантическую ошибку, так и не содержащие ее (всего 50 предложений, из них 30, содержащих ошибку). Длительность каждого предложения, также как и в первом случае, колебалась в пределах 4-6 с, с интервалом между ними 2 с, таким образом, предъявление всей серии предложений также составляло от 5 до 6 мин. В стимульном материале присутствовали следующие виды семантических ошибок: а) ошибки в конструкциях, отражающих временную последовательность событий ("Зима наступает после весны"); б) конструкции, содержащие семантический парадокс ("Черепаха догнала оленя"). Семантически корректные предложения случайным образом чередовались с предложениями, содержащими ошибку. Испытуемый должен был нажимать на кнопку только в том случае, если в предъявленном предложении присутствовала ошибка.
Стимульный материал был подобран в соответствии с возрастом испытуемых.
При обработке результатов использовали корреляционный и когерентный анализы многоканальной ЭЭГ.
На протяжении всего обследования каждые 4 с ("эпоха анализа") вычисляли матрицы (размерностью 20 х 20) коэффициентов кросскорреляции
(КК) между ЭЭГ от всех отведений попарно (всего 190 значений КК ЭЭГ).
Для каждой эпохи анализа также вычисляли матрицы когерентности ЭЭГ (Ког) в основных частотных диапазонах - А, б, а, р. С этой целью для всех пар из 20 отведений ЭЭГ последовательно проводили следующие вычислительные операции: а) вычисляли автоковариационные и кросско-вариационные функции ЭЭГ; б) с помощью быстрого преобразования Фурье после сглаживания функций определяли соответствующие значения автоспектров, кросс-спектра и вычисляли значения функции когерентности в диапазоне частот от 0.5 до 30.0 Гц с шагом 0.5 Гц; в) определяли средние значения Ког в пределах основных диапазо
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.