СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ ПАТТЕРНОВ ЭЭГ В ПРОЦЕССЕ ОВЛАДЕНИЯ ИНОЯЗЫЧНОЙ РЕЧЬЮ И ЕЕ ВЗАИМОСВЯЗЬ С АКУСТИЧЕСКОЙ ПРОСОДИЕЙ РЕЧИ

Полный текст

Речь, будь то родная или иностранная, это результат согласованной деятельности многих областей головного мозга, что делает ее явлением психофизиологическим и в том числе нейрофизиологическим [5, 6, 9]. Это языковой код, то средство, при помощи которого человек мыслит и осуществляет общение с миром и другими людьми. Приступая к изучению иностранных языков, студенты владеют всеми необходимыми рецептивными механизмами восприятия речи на родном языке. Вместе с тем, полный перенос этих умений и навыков на иностранный язык происходит далеко не всегда [1, 2, 8, 11]. Целью данного исследования было экспериментальное изучение электрофи-зиологических механизмов функционирования мозга в процессе формирования и реализации иноязычно-речевых способностей у студентов медицинского вуза. Данная цель создавала основу для решения ряда задач, а именно: 1. выявления особенностей организации спектральных паттернов ЭЭГ у студентов с высоким и низким уровнем владения английским, немецким, французским и латинским языками; 2. анализа характера акустической просодии русской и иноязычной речи на 4 иностранных языках. Материалы и методы Исследование проводилось на базе Северного государственного медицинского университета. Общий объем выборки составил 800 человек (430 девушек и 370 юношей в возрасте от 17 до 19 лет). Все студенты прошли 2-х годичный курс языковой подготовки по одному из иностранных языков, а именно, латинскому, английскому, немецкому или французскому. Работа была одобрена Этическим комитетом университета, исследование проводилось после получения от участников информированного согласия. Студенты, отобранные в экспериментальные группы, ранее обучались в обычных го- 38 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, №2, 2014 г. родских школах и на момент проведения исследования проживали в семьях. Ранжирование экспериментальной выборки носило стадийный характер и было связано с необходимостью определения начального балла успеваемости по иностранному языку (результаты письменных и устных ответов на первых занятиях) и диагностики уже имеющихся к моменту поступления в вуз иноязычноречевых способностей. По баллу академической успеваемости были определены 2 противоположные группы: 1. студенты, занимающиеся на хорошо и отлично (n=470; 245 девушек и 225 юношей); средний балл 4,4 ± 0,2. 2. студенты, отстающие от графика учебного процесса и обучающиеся преимущественно на удовлетворительно (n=330; 185 девушек и 145 юношей); средний балл 3,2± 0,1. Исследование биоэлектрической активности головного мозга проводилось посредством электроэнцефалографии с использованием 16-канального электроэнцефалографа «Нейрон-Спектр - 3» (Россия). Для регистрации ЭЭГ использовалась общепринятая схема наложения электродов «10-20», монополярно, 16 стандартных отведений, соответствующих международной системе (Fp1, Fp2, F3, F4, C3, C4, P3, P4, O1, 02, T6, T4, T5, T3, F7, F8) с объединенными ушными электродами в качестве общего референта. Электроэнцефалографический сигнал фильтровался в полосе пропускания 0,330 Гц при частоте дискретизации 250 Гц. ЭЭГ исследование проводилось по следующей схеме: 1. Проба в стандартных условиях (фоновая) т.е. в состоянии спокойного расслабленного бодрствования с закрытыми глазами в свето и звукоизолированном помещении в течение 3 минут с записью на жесткий диск компьютера 2. Проба с закрытыми глазами с предъявлением языковых отрывков на английском, немецком, французском и латинском языках. Продолжительность каждого отрывка составляла 3,5 минуты. Запись предъявлялась в наушники симметрично в левое и правое ухо. Электроэнцефалограммы обследуемых подвергались визуальной оценке для исключения выраженной обще-мозговой и очаговой патологии. Для последующего математического анализа отбирались свободные от артефактов фрагменты ЭЭГ длительностью 60с. (для фоновой ЭЭГ в условиях закрытых глаз) и 20с. (для функциональных проб). Фрагменты ЭЭГ разделялись на «эпохи» по 4с. и подвергались быстрому преобразованию Фурье с применением компьютерной программы «DX 4000 PRACTIC». Рассматривались следующие частотные диапазоны: тета 1 (4-6 Гц), тета 2 (6-8 Гц), альфа 1 (8-10 Гц), альфа 2 (10-13 Гц), бета 1 (13-20 Гц), бета 2 (20-30 Гц). Расшифровку результатов электроэнцефалографии проводили при оценке амплитудно-частотных характеристик, вычислении спектра мощности сигнала и построении топокартограмм головного мозга с помощью цветного представления. При анализе спектральной мощности симметричных отведений левого и правого полушария оценивали степень асимметрии между этими участками по каждому ритму и по каждой конкретной частоте. Степень взаимосвязи разных областей коры и доминантность полушарий определяли с помощью показателей когерентности. Математическая обработка материала производилась статистическими методами с помощью стандартных компьютерных программ Statistika 7.0, Stat Plus 2009, Microsoft Excel. Все данные проверялись на соответствие закону нормального распределения. Проводилось вычисление средних величин и стандартного отклонения, оценка достоверности различий с помощью параметрических и непараметрических критериев, а так же оценка связи между различными типами параметров с помощью корреляционного и факторного анализа. Данные, подчиняющиеся законам нормального распределения были проанализированы на достоверность с помощью критерия Стьюдента при уровне значимости 95% (р<0,05), 39 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, №2, 2014 г. данные на которых соответствие нормальному распределению доказать не удалось, анализировались с помощью теста Манна-Уитни и Критерия Вилкок-сона Изучение корреляций между переменными проводилось с использованием коэффициента Пирсона. Результаты и их обсуждение Анализ средне-групповых показателей абсолютной спектральной мощности основных частотных диапазонов фоновой ЭЭГ выявил статистически достоверные Структурная организации фоновой электроэнцефалографии в группе студентов с высоким уровнем иноязычноречевых способностей отмечалась достоверно большими показателями частот бета диапазона: 24-29 Гц в окципитальных и фронтальных областях левого полушария при открытых глазах и 21-25 Гц в симметричных затылочных зонах при закрытых глазах. У студентов плохо успевающей группы преобладал «плоский тип» фоновой ЭЭГ, содержащий все диапазоны час различия в полушарном доминировании у студентов обследуемых групп. Группу хорошо успевающих составили студенты с большей абсолютной спектральной мощностью альфа, бета и тета ритмов левого полушария, что наиболее ярко проявлялось в лобных, окципитальных, париетальных и темпоральных отведениях. В группе плохо успевающих студентов нейрофизиологические особенности сводились к преобладанию правополушарной активности (табл. 1). тот, но с очень малой (менее 20 мКВ) амплитудой биопотенциалов. Низкоамплитудный паттерн биоэлектрической активности мозга может, на наш взгляд, может свидетельствовать о стойком повышении активирующих влияний со стороны неспецифических систем мозга, проявляющихся в высоких показателях психоэмоционального напряжения, что также подтверждается результатами других исследований [3, 7]. В результате однофакторного дисперсионного анализа (One-Way ANOVA) было Таблица 1 Абсолютные значения спектральной мощности альфа диапазона в фоновой пробе (мкВ2) отведения спектральная мощность t df Sig. (2-tailed) группа хорошо успевающих (n=100) группа плохо успевающих (n=100) M±SD M±SD F1 25,3±2,97 17,0±1,33 189 F2 11,5±1,23 26,2±2,03* 3,604 189 .002 F3 43,2±3,97* 27,8±2,11 3,940 189 .004 F4 22,9±2,33 41,2±3,11* 6,175 189 .001 F7 23,1±2,87 11,4± 1,12 189 F8 16,0± 1, 23 29,3±2,01 189 C3 52,3±3,99* 19,4±1,75 5,532 189 .0001 C4 51,0±4,21 54,3±3,21 189 P3 124,2±13,87* 78,3±5,13 6,516 189 .000 P4 87,2±9,75 101,2±8,57* 2,981 189 .009 O1 183,1±16,11* 95,4±8,47 3,554 189 .003 O2 137,0±13,35 180,5±15,23* 3,132 189 .007 T3 67,3±7,21* 22,3±1,02 5,309 189 .000 T4 28,0±1,01 53,2±3,57* 4,103 189 .01 T5 68,2±5,88* 27,2±1,55 6,092 189 .000 T6 39,2±3,78 83,1±7,59* 3,945 189 .000 Примечание: * - по t-критерию выборки статистически различимы. 40 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, №2, 2014 г. обнаружено значимое влияние биоэлектрической активности мозга на проявление компонентов иноязычно-речевых способностей (F3,21=8,4; p<0,01), что подтверждает гипотезу о генотипически детерминированных языковых задатках, проявляющихся в особенностях функционирования мозга и межполушарных отношений. Проведенный многомерный регрессионный и корреляционный анализ указывает на достаточно большое количество прямых причинно-следственных связей между компонентами языковых способностей и активностью в отведениях ЭЭГ, наблюдаемой в группе хорошо успевающих (табл. 2). Таблица 2 Структура регрессионных и корреляционных связей компонентов языкового тестирования с абсолютными значениями спектральной мощности фонового альфа ритма в стандартных отведениях группа хорошо успевающих группа плохо успевающих параметр + отведения ЭЭГ t df Sig. R Пирсона при р<0,05 параметр + отведения ЭЭГ t df Sig. R Пирсона при р<0,05 вербальная память - Т6 - F7 2,421 2,324 189 .03 .04 0,94 вербальная память - Р3 - Т4 - F2 - С4 2,292 3,313 5,191 4,560 189 .04 .009 .001 .001 0,94 лингвистические обобщения - Р3 - О2 - Т4 3,430 3,282 2,627 189 .007 .009 .02 0,95 -0,64 - 0,73 189 ассоциативные связи - Р3 - О1 - Т4 2,431 3,446 2,602 189 .03 .007 .02 0,95 0,87 0,94 ассоциативные связи - С4 3,947 189 .004 0,63 вероятностное прогнозирование - Т6 - F7 - F8 2,551 2,768 2,894 189 .003 .02 .001 - 0,94 0,96 0,95 вероятностное прогнозирование - F2 2,455 189 .03 0,83 Данные результаты могут расцениваться как активация более разнообразных (по сравнению с группой плохо успевающих) функциональных систем, необходимых для надлежащего функционирования психических процессов и развития иноязычно-речевых способностей. Спектральный анализ ЭЭГ, проведенный при восприятии речи на четырех иностранных языках, выявил значимые изменения в активности диапазона β1 и β2. Согласно данным когерентного и спектрального анализа корковых потенциалов следует отметить, что восприятие английской и немецкой речи в группе хорошо успевающих вызывает большую реактивность левополушарной когерентности тетa и бета ритмов между фронтальными, париетальными, темпоральными и центральными отделами с формированием «узлов» в отведениях Fp1, F7. Восприятие же речи на латинском и французском языках приводит к смещению фокусов активности в правое полушарие. Топографические особенности языковых различий связаны с «узлами» когерентных связей в отведениях F8, Т4, Т6. Следует отметить, что восприятие речи на английском и немецком языках в группе хорошо успевающих имеет не толь 41 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, №2, 2014 г. ко внутриполушарные, но и межполушар-ные когерентные связи, что проявляется во взаимодействии фронтально-темпоральных отделов левого полушария со среднефронтальными и центрально-периетальны-ми областями правого полушария. Межполушарные связи при восприятии французской и латинской речи наблюдаются только между негомологичными лобными отведениями левого и правого полушария. В работе [12] указывается, что правая лобная область участвует в размещении и координации активирующих механизмов селективного внимания. В нашем исследовании обнаруживается заметное увеличение когерентности потенциалов тета ритма в этом отведении у студентов 1 экспериментальной группы при распознавании речи на не изучаемых ранее французском и латинском языках. Результаты исследования указывают на то, что «просодическое сито» [4] начинает действовать в сложных нейродина-мических структурах головного мозга. И левое, и правое полушария способны осуществлять анализ акустических параметров тональных и речевых сигналов. Однако в отношении восприятия речи на языках, имеющих специфические особенности вокалических и просодических систем, функции полушарий оказываются более специализированными. Высокий темп французской речи, непрерывное связывание звуков в речевом потоке и высокочастотные формантные особенности французских гласных являются характеристиками, которые, на наш взгляд, формируют тот мелодический рисунок, на который реагирует правое полушарие, обеспечивающее анализ тембраль-ных компонентов французской речи. Более строго выдержанная ритмикомелодическая организация английской и немецкой речи активизирует функционирование левого полушария, при этом, четкое динамическое ударение и тактосчитывающий ритм данных языков способствует, по-видимому, не только акустико-фонетической, но и семантической расшифровке информации. Выводы 1. Анализ особенностей функциональной организации спектральных составляющих ЭЭГ показал доминирование левополушарной активности в группе студентов с высоким уровнем овладения иностранным языком и правополушарной - в группе слабоуспевающих студентов. 2. Реагирование на акустические параметры иноязычной речи связано со специализацией функций полушарий.

Список литературы

Дополнительные файлы