Специфика церебральной латерализации восприятия эмоциональной интонации речи у детей со специальными способностями

Гельман Виктор Яковлевич доктор технических наук профессор, "Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова" Минздрава РФ 191015, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Кирочная, 41 Gelman Viktor Doctor of Technical Science Professor, Department of Medical Informatics and Physics, North-Western State Medical University named after I. I. Mechnikov 191015, Russia, Saint Petersburg, Kirochnaya str., 41 gelm@sg2104.spb.edu Другие публикации этого автора

Введение

В настоящее время в возрастной и педагогической психологии достаточно широко представлены исследования о взаимовлиянии различных когнитивных способностей на общий интеллект детей, а также на успешность обучения в школе. Одним из направлений этих работ является проблема, интересовавшая многих исследователей, – изучение особенностей развития когнитивных процессов детей и подростков, обладающих различными способностями и, в частности, музыкальными и математическими.

В существующих исследованиях нет единой точки зрения на эту проблему. Так, например, в обобщающей работе ^[1] утверждается, что представление об особой связи музыкальных и математических способностей практически не подтверждается эмпирическим путем. Хотя, допускается наличие взаимосвязи между музыкальными способностями и общими когнитивными способностями, включая успеваемость в школе, в детском возрасте. Среди ряда исследователей также существует представление по поводу сомнительности присутствия положительной взаимосвязи между музыкальным обучением и когнитивными процессами, участвующими в обработке математической информации. Так, например, в работах некоторых авторов не было получено корреляций между занятиями музыкой и академической успеваемостью по математике. ^{[2, 3]}.

С другой стороны, в ряде исследований отмечается взаимосвязь между когнитивными процессами, сопровождающими музыкальное обучение, и когнитивными процессами, участвующими в изучении основных математических дисциплин. Были выявлены положительные корреляции между музыкальным обучением и успеваемостью по математике в общеобразовательной школе на больших выборках учащихся разного возраста ^[4-8]. При объяснении этой взаимосвязи, предполагается, что обработка музыкальной и математической информации - это тесно связанные функции мозга и существует структурное перекрытие между ними ^[9].

В некоторых нейрофизиологических исследованиях, в которых изучаются церебральные механизмы восприятия вербальной и невербальной информации, допускается, что особенности когнитивных процессов музыкантов и математиков связаны, наряду с другими церебральными механизмами, со спецификой латерализации восприятия при обработке различных видов информации этими группами детей (напр., ^{[8, 10-13]}).

Неоднозначность существующих данных и предположение, что именно специфика латеральной специализации головного мозга является одним из важных факторов, связанным с развитием особых академических достижений ^[8], вызывает необходимость дальнейших исследований этого направления психофизиологии. Однако, следует отметить, что достаточно редко встречаются работы ^[14-16], в которых исследуются особенности психофизиологических механизмов восприятия невербальной эмоциональной информации речи у детей, занимающихся математикой и музыкой сверх школьной программы. В связи с этим, представляет интерес рассмотрение именно этих аспектов когнитивных процессов и, в частности, латерализации восприятия эмоциональной интонации, как наименее исследованного вопроса. При этом, наиболее важным представляется процесс формирования церебральных механизмов в детском-школьном возрасте, и, по-видимому, здесь можно ожидать возрастные изменения соотношений степени латерализации восприятия у контрольной группы и детей, занимающихся математикой и музыкой сверх школьной программы.

Целью настоящего исследования было изучение онтогенетических особенностей церебральной латерализации, сопровождающей обработку эмоциональной информации речи у детей, дополнительно занимающихся музыкой и математикой в сравнении с не занимающимися детьми.

Методы исследования

Испытуемые.В исследование вошли 49 школьников, дополнительно занимающихся математикой, 48 детей, дополнительно обучающихся музыке, и контрольная группа детей - 48 учеников средней школы Санкт-Петербурга, не имевших специальных дополнительных занятий (в дальнейшем – контрольная группа). Дополнительное математическое обучение осуществлялось в математических классах Академической гимназии СПбГУ и математическом кружке Дворца творчества юных (в дальнейшем – математики). Музыкальное обучение проходило в музыкальной секции Дворца творчества юных Санкт-Петербурга (в дальнейшем - музыканты). Рассматривались три возрастные группы: 7 - 10 лет, 11 - 13 лет и 14 - 17 лет. В соответствии с возрастом увеличивался и стаж дополнительных занятий, которые начинались в 7-8 лет. Дети, в основном, имели средний социально-экономический статус и жили в городских условиях. Испытуемые соответствовали следующим критериям отбора: они были правшами согласно краткому Эдинбургскому опроснику ^[17], с нормальным слухом на оба уха, не имели опыта подобных обследований, имели удовлетворительную успеваемость в средней общеобразовательной школе.

Стимулы, материалы и методы. Программное обеспечение компьютерной экспериментальной установки позволяло осуществлять предъявление тестовых стимулов, регистрацию реакции испытуемых и формирование протокола испытаний ^{[18, 19]}.

Стимулы, использованные в качестве тестовых заданий, состояли из нейтральной по содержанию фразы, произнесенной профессиональным актером с положительной (радость) и отрицательной (гнев) эмоциональной интонацией и нейтральным тоном.

Для исследования распознавания эмоциональной компоненты анализируемых речевых сигналов был использован метод монаурального предъявления тестовых стимулов с одновременной подачей на контралатеральное ухо белого шума той же интенсивности, что и полезный сигнал. Полезный сигнал подавался на фоне ипсилатерального белого шума с 3-мя различными отношениями сигнал/шум (24 дБ, -6 дБ, -12 дБ).

Задача испытуемого заключалась в том, чтобы определить эмоциональную интонацию и нажать кнопку пульта установки, выбрав один из трех вариантов ответов. Эти ответы и время реакции испытуемого автоматически регистрировались и в дальнейшем обрабатывались для получения данных об эффективности распознавания (ЭР, процент правильных ответов) и времени реакции (ВР).

Тестовые сигналы подавались случайным образом на правое или левое ухо каждого испытуемого через головные телефоны. Затем серия повторялась с альтернативным расположением головных телефонов.

Статистический анализ данных проводился с помощью пакета обработки данных "SPSS for Windows V. 17". Анализ данных проводился по всем группам испытуемых в целом (музыканты, математики и контроль) и отдельно по каждой группе. Определялись основные статистические характеристики групп и достоверность различий между группами с помощью критерия Манна-Уитни, а также проводился дисперсионный анализ.

Результаты

Проведенный дисперсионный анализ показал важные возрастные особенности контрольной группы и групп детей, получающих дополнительное образование, фактор «возраст» весьма значим как для ЭР, так и для ВР (F > 11,28, p < 0,0005). Разница для этих показателей между контрольной и дополнительно занимающимися группами детей также зависела от возраста. О чем говорит существенное взаимодействие факторов «возраст» * «тип испытуемого» (F = 2,82, p = 0,038, для ЭР и F = 81,84, p < 0,0005, для ВР)

При рассмотрении фактора «тип испытуемых» для ВР (F = 248,98, p < 0,0005) было выявлено, что контрольная группа в целом показала более короткое ВР по сравнению с математиками и музыкантами (∆ВР > 0,35 с, р < 0,001). Для ЭР общих значимых отличий обнаружено не было.

А Б

Рис. 1. Возрастные изменения эффективности распознавания (А) и времени реакции (Б) у математиков, музыкантов и контрольной группы.

Из рис 1А можно видеть, что по эффективности распознавания математики практически не отличаются от контрольной группы, а музыканты имеют тенденцию к превосходству в младшей возрастной группе (р = 0,087) и достоверно превосходят в старшей (р = 0,04). По времени реакции (рис. 1Б) математики обгоняют контроль в старшей возрастной группе (р = 0,002), а в средней и младшей достоверно уступают (р < 0,0005). Музыканты во всех возрастных группах уступают контрольной группе по ВР (затрачивают больше времени, р < 0,0005).

Оценка влияния стороны предъявления стимула по результатам дисперсионного анализа (фактор «сторона предъявления») на ЭР в контрольной и исследуемых группах школьников, показала значимое взаимодействие «сторона предъявления» * «тип испытуемых» (F = 3,20, p = 0,041). Этот анализ выявил, что контрольная группа и дополнительно занимающиеся школьники показали значимую разницу между ЭР эмоциональной интонации речи при восприятии с левого и правого уха, то есть у них была разная степень церебральной латерализации эмоционального восприятия.

Степень латерализации (коэффициент асимметрии Кас ^[20]) определялась для каждого испытуемого при восприятии эмоциональной интонации в шумах, поскольку в этом случае степень церебральной латерализации эмоционального восприятия была более выражена. При использовании этого индекса, значения Кас < 0 указывают на предпочтение левого уха или правого полушария в данной задаче, значения Кас > 0 указывают на преимущество правого уха или предпочтение левого полушария.

Рис. 2. Зависимость коэффициента асимметрии(Кас) от возраста детей при восприятии эмоциональной интонации в шуме.

Из рис. 2 можно видеть, что в младшей (7-10 лет) и средней (11-13 лет) возрастных группах математики и музыканты по Кас достоверно отличаются от контрольной группы (7-10 лет: р = 0,035, р = 0,023, 11-13 лет: р = 0,016, р = 0,045, соответственно). Причем, если в контрольной группе наблюдается преимущество правого полушария, то и у математиков и у музыкантов – левополушарная асимметрия. В старшей возрастной группе (14-17 лет) различий не обнаружено - все дети имеют недостоверную левополушарную асимметрию.

Обсуждение

При сравнительном изучении психофизиологических характеристик реакции на предъявление речевых стимулов с различной эмоциональной просодикой у детей, дополнительно занимающихся музыкой и математикой, по сравнению с контрольной группой были выявлены определенные отличия.

Результаты дисперсионного анализа показателей восприятия эмоциональной интонации речи (ЭР, ВР) указывают на высокую значимость в восприятии фактора «возраст» (F >11,28, p < 0,0005), что согласуются с результатами предыдущих исследований ^{[12, 13, 19]}, говорящих об онтогенетических особенностях мозговых механизмов эмоционального восприятия у детей и подростков. Существенное взаимодействие факторов «возраст» * «тип испытуемого» (F= 2,82, p = 0,038, для ЭР и F = 81,84, p < 0,0005, для ВР) указывает на то, что значимость «возрастного» фактора в восприятии эмоций различна для дополнительно занимающихся и контрольной групп учеников (рис. 1).

Обнаруженная у дополнительно обучающихся детей 7-13 лет преимущественная активность левого полушария (рис. 2) позволяет говорить о специфике у них межполушарных отношений при анализе эмоциональной информации. Причем как у музыкантов, так и у математиков, эти отличия зависели от возраста испытуемых аналогичным образом и проявлялись только в младшей и средней группе детей (рис. 2). Эти результаты подтверждают гипотезу о связи специфической латеральности и одаренности ^[8] и согласуются с результатами других авторов ^{[12, 13]}.

Выявленные отличия в латерализации восприятия эмоциональной интонации речи между дополнительно занимающимися детьми и контрольной группой согласуется с результатами работ, изучавших латерализацию церебральных механизмов обработки как вербальной, так и невербальной информации у детей с математическими и музыкальными способностями ^{[10, 12, 13]}.

Рассмотрение групп математиков и музыкантов в сравнении с контролем выявило онтогенетические особенности в степени латерализации, но тенденции ее развития сходны в обеих группах дополнительно занимающихся детей (рис. 2). При этом в старшей возрастной группе (14-17 лет) различия в Кас между контрольной группой и дополнительно занимающимися детьми нивелировались.

Полученные данные по латерализации восприятия, по-видимому, могут служить одним из возможных объяснений тому, что у школьников-«музыкантов» 11-13 лет были выявлены отличия в успеваемости по математике по сравнению с контрольной группой ^{[4, 6, 15, 23]}.

Можно также предполагать, что достоверно более медленное время распознавания эмоций (ВР) в младшей и средней группах математиков и музыкантов (рис. 1Б) связано именно с левосторонней асимметрией. А более быстрая обработка эмоциональной информации в контрольной группе связана с ее обработкой в правом полушарии.

Таким образом, проведенное исследование дает определенные основания полагать, что связь математического и музыкального когнитивных стилей определяется в значительной мере особенностями возрастного развития церебральной латерализации восприятия, проявляющейся в детском и подростковом возрасте. Это же, по-видимому, может объяснить противоречивые данные исследователей о взаимосвязи успешности обучения математиков и музыкантов, которые проводили наблюдения на отличающихся по возрасту группах детей и взрослых без учета возрастных изменений латерализации.

Заключение

В работе выявлены существенные онтогенетические различия в восприятии эмоциональной просодики речи между контрольной группой и группами детей, дополнительно обучающихся музыке и математике.

Зависимость эффектов церебральной латерализации от возраста была аналогичной в группах детей, дополнительно занимающихся математикой и музыкой, и отличалась от результатов контрольной группы, что дает серьезные основания полагать, что взаимовлияние математических и музыкальных способностей объясняется, в определенной мере, особенностями возрастного развития церебральной латерализации восприятия в детском и подростковом возрасте.