Особенности изменений тета-ритма ЭЭГ при восприятии речи у детей-сирот раннего возраста | Вестник Томского государственного университета. Биология. 2020. № 51. DOI: 10.17223/19988591/51/5

Особенности изменений тета-ритма ЭЭГ при восприятии речи у детей-сирот раннего возраста

Исследованы особенности реакций электроэнцефалограммы (ЭЭГ) в индивидуально определенном диапазоне тета-ритма при восприятииречиу детей, воспитывающихся в разных социальных условиях: 54 ребенка, проживающих в детском доме, и 53 - в биологических семьях. ЭЭГрегистрировали в 12 отведениях в состоянии относительного покоя (фоновая запись) и при прослушивании естественного и реверсированного речевых сигналов. Обнаружено, что при восприятии естественной речи статистически значимые реакции у детей, воспитывающихся в семьях, представлены как ростом (в 4 отведениях), так и падением (в 4 отведениях) мощности тета-ритма. У детей-сирот данная экспериментальная ситуация вызывала увеличение мощности лишь в височном отведении правого полушария (T6). При прослушивании реверсированного сигнала выявлена большая выраженность увеличения мощности тета-ритма по сравнению с ситуацией восприятия естественного речевого сигнала у детей обеих групп. В ответ на такой сигнал увеличение мощности тета-ритма обнаружено у детей, воспитывающихся в семьях, в 8 отведениях, а у детей-сирот - в 4. Выявлены отличия в степени выраженности и направленности реакций исследуемого ритма ЭЭГ при восприятии речевых сигналов у детей, воспитывающихся в разных социальныхусловиях. Выдвинуто предположение, что меньшая реактивность тета-ритма у детей-сирот указывает на сниженные способности к вовлечению когнитивных ресурсов в процесс восприятия речи, что обусловлено отсутствием достаточного объема социальных взаимодействий со «значимыми взрослыми».

Patterns of the EEG theta rhythm modulations when attending to speech by orphans in early childhood.pdf Введение В настоящее время в Российской Федерации, несмотря на ежегодное снижение, остается высоким число детей-сирот, проживающих в детских домах. Особенности изменений тета-ритма ЭЭГ 87 Известно, что у детей-сирот могут наблюдаться отклонения в социальноэмоциональном и когнитивном развитии [1-3]. Причинами таких нарушений чаще всего считают материнскую депривацию, отсутствие «значимого взрослого», ранние стрессы, обедненную сенсорную среду и специфику воспитания в группах в специализированных учреждениях [4-6]. Перечисленные негативные факторы при воздействии в ранние критические и сенситивные периоды постнатального созревания мозга повышают риск возникновения нервно-психических расстройств и задержек в развитии, которые могут сохраняться и в более старшем возрасте [7]. Установлено, что пребывание де-тей-сирот в детском доме в первые годы жизни, несмотря на последующее воспитание в благополучных приемных семьях, приводит к изменениям в структуре и функционировании мозга во взрослом возрасте [8, 9]. Первые годы жизни являются критическим периодом для развития когнитивных функций, в частности, освоения речи [10]. Процесс осознания смысла целостного речевого сообщения является ключевым элементом речевой деятельности ребенка [11]. При этом способность к пониманию предложений проходит в онтогенезе ряд ключевых этапов. Считают [12], что для обучения восприятию фонем родного языка критическим является первый год жизни ребенка, тогда как обучение восприятию предложения (освоение синтаксиса) происходит в возрастном периоде от 18 до 36 месяцев. Бурное развитие словарного запаса начинается в 18-месячном возрасте. Благодаря этому в возрасте двух лет дети уже воспринимают целостный смысл простых высказываний. Предложения несут как синтаксическую (роль слов в предложении и их порядок), так и семантическую (смысловую) составляющую. Для восприятия и осознания смысла предложения необходима одновременная обработка речевого сигнала как на уровне фонем, так и на уровне отдельных слов, а также уточнение значения этих слов в их взаимодействии и в соответствии с занимаемым местом в предложении [13]. В данном процессе участвуют обширные регионы коры, включая ассоциативные, моторные и сенсомоторные области обоих полушарий [14]. Ранее нами [15] и другими исследователями [1, 16] с применением различных тестовых методик выявлены задержки в развитии речи у детей-сирот. Можно предположить, что воздействие ранней психосоциальной депривации в условиях воспитания в специализированных учреждениях нарушает типичное созревание областей мозга, связанных с речевыми функциями. Объективными методами оценки уровня восприятия речи у детей в раннем возрасте являются как тестовые методики, так и анализ ритмов осцилля-торной активности мозга, регистрируемой в виде магнито- и электроэнцефалограмм (ЭЭГ) [17-20], а также компонентов вызванных ЭЭГ-потенциалов [21-23]. Анализ особенностей вызванных потенциалов в ответ на предъявление сочетаний слогов у детей весьма информативен, так как обеспечивает раннюю диагностику речевого развития и позволяет предсказать успешность будущего освоения речи ребенком [12, 24]. Однако для регистрации А.А. Михайлова, В.В. Белалов, Ю.О. Дягилева, В.Б. Павленко 88 таких потенциалов путем усреднения отрезков ЭЭГ требуется многократное предъявление одних и тех же по возможности кратких стимулов. В связи с этим при изучении восприятия речевых сообщений, состоящих из отдельных слов или предложений, более информативным является анализ текущей ЭЭГ [18-20, 25, 26]. Согласно C. Krause, предъявление естественной (нативной) речи и записи речи в реверсном режиме (речеподобный сигнал, лишенный семантики языка) позволяет оценить особенности реакций ЭЭГ в ответ на смысловые сообщения [27]. Ранее нами анализировались особенности электрической активности мозга при восприятии естественной и реверсированной речи у детей раннего возраста [15]. В данной работе было показано, что восприятие естественной речи сопровождается десинхронизацией альфа-, и синхронизацией тета-, бета- и гамма-ритмов, а прослушивание обратной речи вызывает у участников исследования преимущественно десинхронизацию всех ритмов ЭЭГ. При этом у детей, воспитывающихся в детском доме, количество отведений со значимым увеличением гамма-ритма при прослушивании естественной речи, относительно ситуации восприятия реверсированного речевого сигнала, было существенно меньше по сравнению с детьми, воспитывающимися в семьях. Однако нами не учитывались индивидуальные частотные диапазоны ритмов ЭЭГ, которые, согласно современным данным, могут отличаться у каждого ребенка в зависимости от возраста и индивидуальных особенностей развития ЦНС (см. обзор [28]). С учетом этого в недавней работе нами анализировались особенности реакций ЭЭГ в индивидуально определенном частотном диапазоне мю-ритма при восприятии прямой и реверсированной речи у детей-сирот раннего возраста [29]. Однако нейрофизиологические процессы, принимающие участие в восприятии речи, могут отражаться в изменениях мощности ЭЭГ в индивидуальном частотном диапазоне не только сенсомоторного, но и тета-ритма. Синхронизацию данного ритма преимущественно над ассоциативными областями коры (теменными, височными и фронтальными) связывают как с эмоциональными состояниями, так и с когнитивной нагрузкой. Е.В. Орехова и соавт. выявили, что у младенцев и дошкольников спектральная мощность тета-ритма ЭЭГ увеличивается в ситуации восприятия ребенком речи взрослого в затылочных, теменных и височных отведениях, а также при исследовании детьми игрушек преимущественно над задней височной корой [26]. Другими авторами при исследовании особенностей тета-ритма у детей четырех лет выявлена большая мощность ЭЭГ в частотном диапазоне 3-6 Гц над фронтомедиальной областью неокортекса во время выполнения различных когнитивных задач. При этом повышение мощности тета-ритма наблюдалось в лобно-височных отведениях левого полушария во время выполнения речевой задачи (называние цвета) по сравнению с двигательной задачей (имитация движения) [30]. Исходя из вышеизложенного, можно предположить, что условия психосоциальной депривации, в которых находятся дети-сироты, могут оказывать Особенности изменений тета-ритма ЭЭГ 89 влияние на формирование и функционирование нейрофизиологических механизмов восприятия речи. В свою очередь, это может отражаться в изменениях мощности ЭЭГ при восприятии речевого сообщения в индивидуально определенном частотном диапазоне тета-ритма. Цель данного исследования - анализ реактивности мощности ЭЭГ в индивидуальном частотном диапазоне тета-ритма при восприятии естественной и реверсированной речи у детей-сирот раннего возраста, воспитывающихся в детском доме, по сравнению с их сверстниками, воспитывающимися в своих биологических семьях. Материалы и методики исследования Всего в исследовании приняли участие 107 детей в возрасте от 24 до 42 месяцев. Основная группа включала 54 ребенка (19 девочек и 35 мальчиков), которые воспитывались в Доме ребенка г. Симферополя (группа ДР). Контрольную группу составили 53 ребенка (21 девочка и 32 мальчика), которые воспитывались в родных биологических семьях (группа БС). Средний возраст в обеих группах составил 33,5 ± 0,5 месяца в группе ДР и 31,9 ± 0,7 - в группе БС (здесь и далее приводятся средние значения и стандартная ошибка среднего (M±mM)). Статистически значимые различия по этому показателю отсутствовали (р > 0,05). Использованы следующие критерии включения детей в группы: масса тела при рождении не менее 2,5 кг, отсутствие генетических заболеваний, заболеваний ЦНС, зарегистрированного фетального алкогольного синдрома, а также очевидное преобладание правой руки при манипуляциях с предметами и при рисовании. Проведение исследований одобрено этическим комитетом Крымского федерального университета (КФУ) им. В.И. Вернадского. Исследование детей-сирот проводили на основании официального разрешения руководителя Дома ребенка и в присутствии психолога данного учреждения. Родители детей из группы БС дали письменное согласие на участие ребенка в экспериментах. ЭЭГ регистрировали с использованием электроэнцефалографа «TREDEX» (г. Харьков) во фронтальных (F3, F4, F7, F8), центральных (С3, С4), височных (T3, T4, T5, T6) и теменных (P3, P4) отведениях. В качестве референтного использовался виртуальный электрод, сигнал которого был равен усредненному по всем отведениям потенциалу. Запись проводилась в трех экспериментальных ситуациях: 1) в спокойном состоянии при открытых глазах (фоновая ЭЭГ, продолжительность записи 20-30 с); 2) при прослушивании естественной речи (стихотворение, персонажами которого являлись животные, продолжительность 20 с, женский голос); 3) при прослушивании записи той же речи, реверсированной с помощью компьютерной программы «Wave Editor» (реверсированная речь). Чередование второй и третьей ситуаций определялось случайным образом. А.А. Михайлова, В.В. Белалов, Ю.О. Дягилева, В.Б. Павленко 90 Одновременно с записью ЭЭГ велась аудио- и видеорегистрация. Участки записей ЭЭГ, содержащие артефакты с амплитудой более 250 мкВ и помехи, связанные с активацией ЭМГ мышц лба, а также сопровождающиеся многочисленными движениями глаз (заметными на видеозаписи), исключались из обработки. Безартефактные отрезки ЭЭГ разбивались на эпохи длительностью по 5 с. Верхнюю границу тета-ритма выявляли индивидуально для каждого ребенка в тесте «Восприятие и повторение действия» [31] (в данной статье результаты этого теста не анализировались). При наблюдении и выполнении ребенком действий частотный диапазон, в котором наблюдалось снижение амплитуды в отведении С3, принимался за индивидуальный диапазон мю-ритма (подробнее см.: [29]), а значение частоты, ниже которой наблюдалось повышение амплитуды в данном отведении, - за верхнюю границу тета-ритма. Такой способ позволил выявить индивидуальные частотные диапазоны мю- и тета-ритмов ЭЭГ. В качестве нижней границы частотного диапазона тета-ритма на основании ЭЭГ-исследования детей младше семи лет [26] принималось значение 3,8 Гц. Для частотной полосы тета-ритма рассчитывалась средняя спектральная плотность мощности (СПМ), которая подвергалась логарифмированию для нормализации распределения (lg мкВ2/Гц). Для сравнения реактивности мощности ЭЭГ в диапазоне тета-ритма у детей обеих групп рассчитывали индекс реактивности (ИР) в каждом из исследуемых отведений по формулам: ИР = 100% х [^СПМ(речь) - ^СПМ(фон)] / ^СПМ(фон), где ^СПМ(речь) - логарифм средней мощности тета-ритма ЭЭГ при восприятии естественной или реверсированной речи, ^СПМ(фон) - логарифм средней мощности тета-ритма ЭЭГ, записанной в ситуации относительного покоя. Положительные значения ИР свидетельствовали об увеличении СПМ тета-ритма ЭЭГ по сравнению с фоном, а отрицательные - о снижении. Особенности СПМ тета-ритма ЭЭГ при прослушивании естественной или реверсированной речи по сравнению с фоном у детей обеих групп выявляли с использованием дисперсионного анализа с повторными измерениями с учетом внутригрупповых факторов СТИМУЛ (2 уровня: естественная речь и фон, реверсированная речь и фон) и ОТВЕДЕНИЕ (12 отведений), а также учитывалось влияние межгруппового фактора ПОЛ (2 уровня). Межгрупповые различия в ИР анализировались с учетом влияния межгрупповых факторов СЕМЬЯ / ДЕТДОМ (2 уровня: дети БС и ДР) и ПОЛ, а также внутригруппового фактора ОТВЕДЕНИЕ. Для расчета статистической значимости изменений тета-ритма в каждом отведении использовался метод априорных контрастов. Затем проводилась коррекция на множественные сравнения с использованием поправки Бонферрони на количество отведений ЭЭГ. Работа выполнена на оборудовании ЦКП научным оборудованием «Экспериментальная физиология и биофизика» (Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского, г. Симферополь, Россия). Остальные особенности методики описаны ранее [29]. Особенности изменений тета-ритма ЭЭГ 91 Результаты исследования Особенности частоты тета-ритма ЭЭГ. Установлено, что средние значения верхней границы тета-ритма ЭЭГ у детей группы БС составили 6,4 ± 0,1 Гц, а у детей ДР - 6,3 ± 0,1 Гц. Данный показатель не отличался статистически значимо (р = 0,62) у детей исследуемых групп. Для всей совокупности испытуемых минимальные и максимальные показатели частоты верхней границы тета-ритма составили 5,0 и 7,6 Гц соответственно. Изменение тета-ритма ЭЭГ при прослушивании естественной и реверсированной речи. Дисперсионный анализ позволил выявить характерные изменения мощности тета-ритма ЭЭГ при прослушивании естественной и реверсированной речи по сравнению с фоновой записью у детей БС и ДР (табл. 1). Из таблицы видно, что у детей обеих групп на реакции в диапазоне тета-ритма при восприятии естественной речи статистически значимо влияли факторы ОТВЕДЕНИЕ (р < 0,001) и взаимодействие факторов ОТВЕДЕНИЕ х СТИМУЛ (р < 0,001). Фактор СТИМУЛ оказывал статистически значимый (р = 0,02) эффект лишь для группы ДР. При восприятии реверсированной речи влияние указанного фактора достигало статистической значимости (р < 0,001) для изменений мощности тета-ритма у детей обеих групп. Таблица 1 [Table 1] Результаты дисперсионного анализа мощности тета-ритма ЭЭГ при прослушивании естественной и реверсированной речи у детей из биологических семей и Дома ребёнка [ANOVA results for the EEG theta rhythm powers in children reared in biological families and the orphanage, when listening to normal and reversed speech] Сравниваемые ситуации [Compared conditions] СТИМУЛ [STIMULUS] ОТВЕДЕНИЕ [LOCUS] СТИМУЛ х ОТВЕДЕНИЕ [STIMULUS х LOCUS] Дети из биологических семей [Family-reared children] F 1.51 P F 11.561 P F 11.561 P ЕР и фон [NS vs baseline] 0,10 0,750 19,66 < 0,001 19,69 < 0,001 РР и фон [RS vs baseline] 65,17 < 0,001 24,60 < 0,001 11,80 < 0,001 Дети из Дома ребёнка [Institution-reared children] F1 52 P FU 572 P FU 572 P ЕР и фон [NS vs baseline] 5,79 0,020 46,79 < 0,001 9,50 < 0,001 РР и фон [RS vs baseline] 26,59 < 0,001 66,20 < 0,001 3,30 < 0,001 Примечание. Ситуации: фон - исходная запись; Е Р - естественная речь; РР - реверсированная речь; ОТВЕДЕНИЕ - 12 отведений ЭЭГ. [Note. Conditions: baseline - Baseline record; NS - Normal speech; RS - Reversed speech; LOCUS - 12 EEG sites]. Для оценки статистической значимости изменений мощности тета-ритма при действии речевых стимулов по сравнению с ее значениями в условиях покоя в каждом из 12 отведений ЭЭГ рассчитывались априорные контра- А.А. Михайлова, В.В. Белалов, Ю.О. Дягилева, В.Б. Павленко 92 сты на основе F-статистики (рис. 1). Мощность тета-ритма у детей группы БС в ответ на естественную речь изменялась разнонаправленно - росла в четырех и падала также в четырех отведениях левого и правого полушарий. Предъявление реверсированной речи приводило к статистически значимому росту тета-активности в восьми отведениях обоих полушарий. У детей ДР изменения тета-ритма менее выражены. Предъявление естественной речи приводило к статистически значимому изменению данного ритма в виде прироста СПМ лишь в задневисочном отведении правого полушария. Восприятие реверсированной речи сопровождалось ростом мощности тета-ритма в четырех отведениях обоих полушарий. Статистически значимых эффектов фактора ПОЛ не выявлено. Рис. 1. Мощность ЭЭГ (Р, lg мкВ2/Гц; M±mM) в диапазонах тета-ритма у детей из биологических семей (А) и детей-сирот, воспитывающихся в детском доме (B), в ситуациях относительного покоя (фон) и при восприятии речевых стимулов. Цифрами указаны экспериментальные ситуации, в которых происходила регистрация ЭЭГ: 1 - фон, 2 - восприятие естественной речи, 3 - восприятие реверсированной речи (белые, серые и черные столбцы соответственно). Звездочками отмечены случаи статистически значимых различий по сравнению с фоном, выявленные методом априорных контрастов (*р < 0,05; **р < 0,01) [Fig. 1. Theta rhythm powers (P, lg ^V2/Hz; M±mM) in family-reared (А) and institution-reared (B) children under conditions of a wakeful rest (baseline) and when attending to speech stimuli. Numbers indicate certain experimental conditions: 1 - Baseline, 2 - Attending to normal speech, 3 - Attending to reversed speech (white, gray and black columns, respectively). Significant differences (assessed by a priori contrasts) relative to baseline are marked by asterisks (*р < 0.05; **р < 0.01)] Особенности ИР тета-ритма ЭЭГ у детей-сирот по сравнению с детьми из семей. Для выявления различий в изменениях СПМ тета-ритма ЭЭГ при восприятии естественной и реверсированной речи по отношению к фоновой активности у детей из БС, по сравнению с детьми из ДР, проводился анализ показателей ИР (табл. 2). На ИР тета-ритма статистически значимо влияли фактор ОТВЕДЕНИЕ (р < 0,001) и взаимодействие факторов ОТВЕДЕНИЕ х СЕМЬЯ / ДЕТДОМ (р < 0,001). Особенности изменений тета-ритма ЭЭГ 93 Таблица 2 [Table 2] Результаты дисперсионного анализа индексов реактивности тета-ритма ЭЭГ при восприятии естественной и реверсированной речи у детей из биологических семей и Дома ребёнка в зависимости от отведения [ANOVA results for the EEG theta rhythm reactivity indices in children reared in biological families and the orphanage, when listening to normal and reversed speech, depending on EEG loci] Рис. 2. Индексы реактивности (ИР; M±mM) ритмов ЭЭГ в частотном диапазоне тета-ритма при восприятии естественной (1, 2) и реверсированной (3, 4) речи у детей из биологических семей (белые столбцы) и Дома ребенка (темные столбцы). Звездочками отмечены случаи статистически значимых межгрупповых различий, выявленные методом априорных контрастов (*р < 0,05; **р < 0,01) [Fig. 2. EEG theta rhythm power reactivity indices (RI; M±mM) when attending to the normal (1, 2) and reversed (3, 4) speech stimuli in children reared in biological families (white columns) and in the orphanage institution (dark columns). Significant inter-group differences assessed by a priori contrasts are marked with asterisks (*р < 0.05; **р < 0.01)] СЕМЬЯ / ДЕТДОМ [FAMILY / ORPHANAGE] ОТВЕДЕНИЕ [LOCUS] СЕМЬЯ / ДЕТДОМ x ОТВЕДЕНИЕ [FAMILY / ORPHANAGE x LOCUS] При восприятии естественной речи [Attending to normal speech] F 1, 105 p F 11, 1155 P F 11, 1155 p 3,436 0,066 12,716 < 0,001 17,903 < 0,001 При восприятии реверсированной речи [Attending to reversed speech] F 1105 p F 11 1155 P F 11 1155 P 0,0001 0,990 7,804 < 0,001 7,388 < 0,001 Примечание. СЕМЬЯ/ДЕТДОМ - принадлежность детей к группам БС или ДР, ОТВЕДЕНИЕ - 12 отведений ЭЭГ. [Note. FAMILY/ORPHANAGE - Groups of children: family-reared vs institution-reared; LOCUS - 12 EEG sites]. А.А. Михайлова, В.В. Белалов, Ю.О. Дягилева, В.Б. Павленко 94 Использование метода априорных контрастов выявило отведения, в которых величина ИР у детей обследованных групп статистически значимо отличалась (рис. 2). В диапазоне тета-ритма статистически значимые различия между группами в ИР при восприятии естественной речи выявлены в височных и теменных отделах обоих полушарий, а также в центральном отведении правого полушария. При восприятии реверсированного сигнала также обнаружены статистически значимые различия, локализованные в основном во фронтальных и центральных отведениях. В случае статистически значимых межгрупповых различий ИР при восприятии естественной и реверсированной речи имели преимущественно противоположную направленность. Обсуждение результатов исследования При анализе показателей частоты верхней границы тета-ритма определена достаточно высокая вариативность данного показателя у детей в раннем возрасте. Эти данные подтверждают результаты предыдущих исследований о необходимости выделения индивидуальных частотных диапазонов ритмов ЭЭГ у детей [29, 32]. При восприятии естественной речи обнаружены статистически значимые, но разнонаправленные изменения тета-ритма у детей группы БС. Его мощность росла во фронтальном отведении справа, передневисочном отведении слева и теменных отведениях обоих полушарий, падала - во фронтальном отведении левого полушария, в задневисочном отведении того же полушария, в центральном и задневисочном отведениях правого полушария (см. рис. 1, А). Рост мощности тета-ритма при слуховом восприятии был выявлен другими авторами у младенцев в возрасте до года и дошкольников четырех-семи лет [26], детей 10-12 [19, 20] и 13 лет [27], а также у взрослых испытуемых при визуальном предъявлении вербальных стимулов [33-37]. Изменения мощности данного ритма M. Bastiaansen и соавт. [33] связывают с двумя группами когнитивных операций при восприятии речи: поиске в ресурсах памяти фонологических, синтаксических и семантических свойств воспринимаемых слов, а также интеграции слов в целостное сообщение. Как отмечалось, у детей группы БС выявлен рост СПМ тета-ритма в передневисочной области левого полушария. Рядом авторов показано, что у взрослых испытуемых при восприятии речи также наблюдается рост мощности тета-ритма в данном регионе, причем именно здесь он достигает наибольших значений, что связывают с активацией в указанной корковой области процессов лексического поиска [33, 34, 38]. Также нами выявлен рост мощности тета-ритма в теменных отведениях. Усиление тета-ритма в данной области при восприятии речи ранее обнаружено [26] у детей четырех-семи лет. Поскольку теменной регион неокортекса имеет тесные связи с задней поясной извилиной, входящей в состав лимбической системы, авторы указанного ис- Особенности изменений тета-ритма ЭЭГ 95 следования связывают такие изменения ЭЭГ дошкольников с восприятием эмоционально значимой информации. Выявленное в группе БС падение мощности тета-ритма во фронтальном и задневисочном отведениях левого полушария, а также центральном и задневисочном отведениях правого полушария отличается от результатов, которые были получены ранее при анализе тета-ритма без учета индивидуального частотного диапазона при прослушивании детьми естественной речи [15]. В обзоре N.A. Herweg и соавт. [39] обсуждается роль как увеличения, так и снижения мощности тета-ритма в реализации процессов эпизодической памяти и пространственной ориентации. При этом, с одной стороны, рост мощности тета-ритма связывают с формированием и извлечением из памяти эпизодических воспоминаний. С другой стороны, указывают, что снижение мощности тета-ритма в определенных регионах неокортекса и повышение мощности в высокочастотном диапазоне ЭЭГ отражают процессы внимания, так как эти изменения положительно связаны как с успешностью запоминания и воспроизведения информации, так и с аудиовизуальным восприятием, движениями рук и решением арифметических задач. Предполагают, что в процессе обработки новой информации синхронизируется лишь часть гиппокампально-корковых петель обратной связи, поскольку тета-активность возникает избирательно только в некоторых областях коры, где происходит кодирование новой информации или извлечение недавней информации из памяти [40]. Таким образом, вероятно, восприятие речи у типично развивающихся детей связано как с процессами поиска в памяти фонологических, синтаксических и семантических свойств воспринимаемых слов и их интеграции в целостное сообщение, так и с процессами активации внимания, что сопровождается увеличением и снижением мощности тета-ритма ЭЭГ в различных областях коры мозга. Нами впервые обнаружено, что по сравнению с естественной речью предъявление реверсированного сигнала вызывает более выраженное и широко представленное в разных регионах коры усиление тета-активности. Поскольку чем сложнее воспринимаемое сообщение, тем больше у детей увеличивается мощность тета-ритма [20, 27], логично предположить, что обнаруженный нами феномен связан с усилением нагрузки на ресурсы памяти при попытках опознать в реверсированном звуковом сигнале знакомые слова. В целом при восприятии как естественной речи, так и реверсированного сигнала у детей, воспитывающихся в детском доме, статистически значимые изменения мощности тета-ритма выявляются в меньшем числе отведений, чем у детей группы БС. У детей группы ДР при восприятии естественной речи выявлялось статистически значимое увеличение СПМ лишь в одном отведении, а при восприятии реверсированного сигнала - только в четырех (см. рис. 1, В). Сравнение ИР тета-ритма при восприятии естественной и реверсированной речи у детей групп БС по сравнению с ДР также выявило большое количество статистически значимых различий данного показателя А.А. Михайлова, В.В. Белалов, Ю.О. Дягилева, В.Б. Павленко 96 в разных отведениях (см. рис. 2). Анализируя указанные различия и учитывая связь тета-осцилляций с процессами памяти [36], можно заключить, что представительство памятных следов речи в разных регионах неокортекса у детей указанных групп значительно отличается благодаря различному опыту их формирования при воспитании в семье и Доме ребенка. Кроме того, меньшая реактивность тета-ритма у воспитанников детского дома позволяет выдвинуть следующее предположение: при опознании или попытках опознания отдельных слов, смысла и эмоциональной значимости предложений дети группы ДР вовлекают существенно меньшие когнитивные ресурсы, чем дети БС. Вероятно, это отражается на уровне развития речи у таких детей. Ранее нами было установлено, что у детей-сирот, воспитывающихся в детском доме снижен уровень понимания и генерации речи [15, 29]. Мы считаем, что пониженная способность к вовлечению когнитивных ресурсов в указанных ситуациях и как следствие сниженный уровень развития речи обусловлены отсутствием у детей-сирот достаточного объема тесных социальных взаимодействий со взрослыми. В биологических семьях при активном освоении новых слов и словосочетаний дети получают позитивное эмоциональное подкрепление от родителей [21]. К сожалению, в домах ребенка на одного воспитателя, как правило, приходится слишком большое количество детей (до 10 и более). Воспитанникам редко приходится общаться с взрослым один на один, труднее получить эмоциональную поддержку, что снижает мотивацию к обучению. В современных условиях количество детей-сирот в детских домах медленно, но верно снижается, что, безусловно, является отражением благоприятных изменений в обществе. Однако необходимо отказаться от практики параллельного уменьшения числа воспитателей. В домах ребенка должно быть такое количество педагогических сотрудников, которое позволит уделить достаточно внимания и эмоционального тепла каждому ребенку. Конечно, даже в этом случае воспитатель не заменит полноценную семью, но вероятность того, что воспитанник получит поддержку «значимого взрослого», без которой невозможно полноценное развитие психики, будет намного выше. Выводы 1. У детей, воспитывающихся в семьях, прослушивание естественной речи вызывает разнонаправленные изменения мощности тета-ритма ЭЭГ во фронтальных, центральных, височных и теменных отведениях. У детей, воспитывающихся в Доме ребенка, восприятие естественной речи сопровождалось увеличением мощности тета-ритма лишь в задневисочном отведении правого полушария. 2. Предъявление реверсированного речевого сигнала сопровождается более выраженными изменениями мощности тета-ритма по сравнению с восприятием естественной речи у детей обеих групп. Особенности изменений тета-ритма ЭЭГ 97 3. У воспитанников Дома ребенка при восприятии естественной и реверсированной речи характер реакций тета-ритма существенно отличается по выраженности и направленности изменений по сравнению с детьми, воспитывающимися в биологических семьях, что может быть связано с отсутствием достаточного объема социальных взаимодействий со «значимыми взрослыми».

Ключевые слова

восприятие речи, ЭЭГ, тета-ритм, естественная речь, реверсированная речь, Дом ребёнка, speech perception, EEG, theta rhythm, normal speech, reversed speech, Orphanage

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Михайлова Анна АндреевнаКрымский федеральный университет им. В.И. Вернадскогоканд. биол. наук, старший преподаватель кафедры физиологии человека и животных и биофизики, факультет биологии и химииanna.kulenkova@gmail.com
Белалов Вадим ВадимовичКрымский федеральный университет им. В.И. Вернадскогоассистент кафедры физиологии нормальной, международный медицинский факультетvadym.bielalov@gmail.com
Дягилева Юлия ОлеговнаКрымский федеральный университет им. В.И. Вернадскогоканд. биол. наук, доцент кафедры общей психологии и психофизиологии, факультет психологииyulia.dyagileva@gmail.com
Павленко Владимир БорисовичКрымский федеральный университет им. В.И. Вернадскогод-р биол. наук, профессор, зав. кафедрой общей психологии и психофизиологии, факультет психологииvpav55@gmail.com
Всего: 4

Ссылки

Колесникова М.А., Солодунова М.Ю., Жукова М.А., Аникина В.О. Особенности когнитивного развития детей в домах ребенка с различным социальным окружением // Вестник Санкт-Петербургского университета. Психология и педагогика. 2017. Т. 7, № 4. С. 365-381.
Авдеева Н.Н. Социально-эмоциональное развитие воспитанников дома ребенка в первые три года жизни // Проблема сиротства в современной России: психологический аспект / под ред. А.В. Махнач, А.М. Прихожан, Н.Н. Толстых. М. : Институт психологии РАН, 2015. С. 83-104.
The St. Petersburg-USA Orphanage Research Team. The effects of early social-emotional and relationship experience on the development of young orphanage children // Monographs of the Society for Research in Child Development. 2008. Vol. 73, № 3. PP. vii-295.
Barrero-Castillero A., Morton S.U., Nelson C.A., Smith V.C. Psychosocial stress and adversity: effects from the perinatal period to adulthood // Neoreviews. 2019. № 20 (12). РР. e686-e696.
Прихожан А.М., Толстых Н.Н. Психология сиротства (2-е изд.). СПб. : Питер, 2005. 400 с.
Малиновская Н.А., Моргун А.В., Лопатина О.Л., Панина Ю.А., Волкова В.В., Гасымлы Э.Д., Таранушенко Т.Е., Салмина А.Б. Стресс раннего периода жизни: последствия для развития головного мозга // Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2016. Т 66, № 6. С. 643-668.
Nelson C.A. 3rd, Gabard-Durnam L.J. Early adversity and critical periods: neurodevelopmental consequences of violating the expectable environment // Trends Neurosci. 2020. № 43 (3). РР. 133-143.
Debnath R., Tang A., Zeanah C.H., Nelson C.A., Fox N.A. The long-term effects of institutional rearing, foster care intervention and disruptions in care on brain electrical activity in adolescence // Dev Sci. 2020. № 23 (1): e12872.
Mackes N.K., Golm D., Sarkar S., Kumsta R., Rutter M., Fairchild G., Mehta M.A., Sonuga-Barke E.J.S. ERA Young Adult Follow-up team. Early childhood deprivation is associated with alterations in adult brain structure despite subsequent environmental enrichment // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2020. № 117 (1). РР 641-649.
Werker J.F., Hensch T.K. Critical periods in speech perception: new directions // Annu. Rev. Psychol. 2015. № 66. РР 173-196.
Rossi S., Telkemeyer S., Wartenburger I., Obrig H. Shedding light on words and sentences: Nearinfrared spectroscopy in language research // Brain Lang. 2012. № 121 (2). РР. 152-163.
Kuhl P.K. Brain mechanisms in early language acquisition // Neuron. 2010. № 67 (5). РР 713-727.
Friederici A.D. Towards a neural basis of auditory sentence processing // Trends Cogn. Sci. 2002. Vol. 6. PP. 78-84.
Hickok G., Poeppel D. The cortical organization of speech processing // Nat. Rev. Neurosci. 2007. № 8 (5). РР 393-402.
Belalov V., Dyagileva Yu., Pavlenko V, Kochukhova O. Neurophysiological analysis of speech perception in 2.5 to 3.5-year-old orphans and children raised in a family // Neurophysiology. 2014. № 46 (1). РР 79-87.
Windsor J., Glaze L.E., Koga S.F. Bucharest Early Intervention Project Core Group. Language acquisition with limited input: Romanian institution and foster care // J. Speech Lang. Hear. Res. 2007. № 50 (5). РР 1365-1381.
Bell M.A., Cuevas K. Using EEG to study cognitive development: Issues and practices // J. Cogn. Dev. 2012. № 13 (3). РР 281-294.
Antognini K., Daum M. Toddlers show sensorimotor activity during auditory verb processing // Neuropsychologia. 2019. Vol. 126. PP. 82-91.
Schneider J.M., Abel A.D., Ogiela D.A., Middleton A.E., Maguire M.J. Developmental differences in beta and theta power during sentence processing // Dev. Cogn. Neurosci. 2016. Vol. 19. РР 19-30.
Schneider J.M., Abel A.D., Ogiela D.A., McCord C., Maguire M.J. Developmental differences in the neural oscillations underlying auditory sentence processing in children and adults // Brain Lang. 2018. Vol. 186. РР 17-25.
Kuhl P.K., Ramirez R.R., Bosseler A., Lin J.-F. L., Imada T. Infants’ brain responses to speech suggest Analysis by Synthesis // PNAS. 2014. № 111 (31). РР 11238-11245.
Strotseva-Feinschmidt A., Cunitz K., Friederici A.D., Gunter T.C. Auditory discrimination between function words in children and adults: A mismatch negativity study // Front. psychol. 2015. Vol. 6 (1930). PP. 1-9.
Harwood V, Preston J., Grela B., Roy D., Harold O., Turcios J., Andrada K., Landi N. Electrophysiology of perception and processing of phonological information as indices of toddlers’ language performance // J. Speech. Lang. Hear. Res. 2017. № 60 (4). РР 999-1011.
Kuhl P.K., Conboy B.T., Coffey-Corina S., Padden D., Rivera-Gaxiola M., Nelson T. Phonetic learning as a pathway to language: new data and native language magnet theory expanded (NLM-e) // Philos. Trans. Royal Soc. B. 2008. № 363 (1493). РР 979-1000.
Бушов Ю.В., Светлик М.В., Есипенко Е.А., Джафарова С.Р Корковые взаимодействия и спектральные характеристики мю-ритма у человека при наблюдении, произнесении и мысленном воспроизведении неэмоционального слова // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2019. № 45. С. 91-105.
Orekhova E.V., Stroganova T.A., Posikera I.N., Elam M. EEG theta rhythm in infants and preschool children // Clin. Neurophysiol. 2006. № 117 (5). РР. 1047-1062.
Krause C., Porn B., Lang H., Laine M. Relative alpha desynchronization and synchronization during speech perception // Cogn. Brain Res. 1997.Vol. 5, № 4. PP. 295-299.
Hobson H.M., Bishop D.V.M. The interpretation of mu suppression as an index of mirror neuron activity: past, present and future // R. Soc. Open Sci. 2017. Vol. 4. PP. 1606-1662.
Белалов В.В., Базанова О.М., Михайлова А.А., Дягилева Ю.О., Павленко В.Б. Реактивность мю-ритма ЭЭГ при восприятии речи у детей в возрасте от двух до трех с половиной лет: влияние условий воспитания // Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2020. Т. 70, № 2. С. 193-205.
Meyer M., Endedijk H.M., van Ede F., Hunnius S. Theta oscillations in 4-year-olds are sensitive to task engagement and task demands // Sci. Rep. 2019. № 9 (1): 6049.
Nystrom P., Ljunghammar T., Rosander K., von Hofsten C. Using mu rhythm desynchronization to measure mirror neuron activity in infants // Dev. Sci. 2011. № 14 (2). РР 327-335.
Кайда А.И., Махин С.А., Эйсмонт Е.В., Павленко В.Б. Возрастная динамика и топография реактивности индивидуального мю-ритма ЭЭГ у детей 4-14 лет // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2019. № 45. С. 106-127.
Bastiaansen M., Hagoort P. Oscillatory neuronal dynamics during language comprehension // Prog. Brain. Res. 2006. Vol. 159. РР 179-196.
Bastiaansen M.C., Linden M.V, Keurs M.T., Dijkstra T., Hagoort P. Theta responses are involved in lexical semantic retrieval during language processing // J. Cogn. Neurosci. 2005. Vol. 17, № 3. РР 530-541.
Bastiaansen M.C., Magyari L., Hagoort P. Syntactic unification operations are reflected in oscillatory dynamics during on-line sentence comprehension // J. Cogn. Neurosci. 2010. № 22 (7). РР 1333-1347.
Hart J.Jr., Maguire M.J., Motes M., Mudar R.A., Chiang H.S., Womack K.B., Kraut M.A. Semantic memory retrieval circuit: Role of pre-SMA, caudate, and thalamus // Brain Lang. 2013. № 126 (1). РР 89-98.
Приводнова Е.Ю., Вольф Н.В. Топографические особенности тета-активности у молодых и пожилых испытуемых на начальном этапе решения креативной задачи: sLORETA-анализ // Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2018. Т 68, № 3. С. 304-312.
Lam N.H., Schoffelen J., Udden J., Hulten A., Hagoort P. Neural activity during sentence processing as reflected in theta, alpha, beta, and gamma oscillations // Neuroimage. 2016. № 142. РР 43-54.
Herweg N.A., Solomon E.A., Kahana M.J. Theta oscillations in human memory // Trends Cogn. Sci. 2020. № 24 (3). PP. 208-227.
Новикова С.И. Ритмы ЭЭГ и когнитивные процессы [Электронный ресурс] // Психологическая наука и образование psyedu.ru. 2015. Т. 4, № 1. С. 91-108. URL: http://psyjournals.ru/jmfp/ 2015/n1/76178.shtml (дата обращения: 13.08.2020).
 Особенности изменений тета-ритма ЭЭГ при восприятии речи у детей-сирот раннего возраста | Вестник Томского государственного университета. Биология. 2020. №  51. DOI: 10.17223/19988591/51/5

Особенности изменений тета-ритма ЭЭГ при восприятии речи у детей-сирот раннего возраста | Вестник Томского государственного университета. Биология. 2020. № 51. DOI: 10.17223/19988591/51/5