Электрофизиологические корреляты речевых процессов

Экспериментальные исследования речевых процессов в психофи­зиологии сравнительно немногочисленны и в прошлом в основном были связаны с использованием электромиографического метода.

Электромиограмма речевых реакций.Электромиографиче­ские исследования речевых реакций, выполненные в 50 — 60 го­ды, позволили установить, что при внимательном слушании тек­стов или разговоре в мышцах лба, подбородка и рук усиливается электрическая активность. Высказывалось мнение, что электро­миографическая регистрация тонуса речевой мускулатуры непо­средственно связана с процессами артикуляции. Однако наиболее систематические исследования электрической активности речевой мускулатуры при разных видах вербально-мыслителыюй деятель­ности были проведены А.Ы.Соколовым (1968). Он показал, что электромиограмма является тонким инструментом изучения речед-вигательной активности. Используя этот метод, А.Н.Соколов по­казал, например, что беззвучное чтение («про себя») всегда со­провождается скрытой артикуляцией, но интенсивность ее может быть разной в зависимости от сложности текстов и навыков чте­ния. Тем же методом им установлено, что все формы умственной деятельности, связанные с необходимостью более или менее раз­вернутых рассуждений, всегда сопровождаются усилением речед-вигательной импульсации, а повторное выполнение действий со­провождается ее ослаблением. А.Н.Соколов полагал, что внут­ренняя речь и связанная с ней артикуляция представляют основной механизм мышления, с помощью которого происходит целенапра­вленный отбор, обобщение и фиксирование сенсорной информации.

Электрическая активность мозга.Новый этап в изучении пси­хофизиологии речевых процессов связан с развитием электрофи­зиологических методов, в первую очередь, регистрацией активно­сти отдельных нейронов, вызванных потенциалов и суммарной био­электрической активности.

Нейронные корреляты восприятия слов.Уникальные иссле­дования импульсной активности нейронов человека при восприятии различных акустических стимулов, речевых и неречевых, были про­ведены Н. П. Бехтеревой с сотрудниками (1985, 1999). При этом

224

были выявлены некоторые общие принципы акустического коди­рования слова в структурах мозга, показано, что импульсная ак­тивность нейронных популяций, а также нейродинамические пере­стройки в различных звеньях системы восприятия закономерно связаны с акустическими характеристиками речевого стимула. В импульсной активности различных структур мозга выделены ней­рофизиологические корреляты фонетического кодирования: при восприятии и воспроизведении как гласных, так и согласных фо­нем пространственно-временная организация нейронных ансамб­лей имеет специфический и устойчивый характер. Причем устой­чивость во времени наиболее выражена в кодировании гласных фо­нем и характерна для периода приблизительно 200 мс.

Показано также, что принцип фонемного кодирования преоблада­ет при обучении и вербализации ответа, наряду с этим возможны ва­рианты и более компактного «блокового» кодирования слогов и слов. Эта форма как более экономичная представляет еще один уровень ко­дирования и служит своеобразным мостом при семантическом объе­динении слов, различных по своим акустическим характеристикам.

В задачах на смысловое обобщение и лингвистических тестах, со­держащих как слова родного языка, так и неизвестные испытуемо­му слова иностранного языка, выявлены факты, позволяющие судить о нейрофизиологических особенностях смыслового кодирования. Смысловые особенности находят свое отражение в различиях ней-родинамики импульсных потоков для разных зон мозга, которые ме­няются в зависимости от степени известности слова и его отноше­ния к общему смысловому полю. Оказалось, что придание смы­слового значения ранее неизвестному слову меняет нейрофизиоло­гические показатели, а для слов общего семантического поля могут быть выделены общие нейрофизиологические признаки.

С помощью различных психофизиологических и нейрофизиоло­гических методов осуществлялся поиск «эталона» слова, т.е. опре­деленного паттерна взаимодействия импульсной активности между различными зонами коры головного мозга, который характеризует восприятие того или иного слова. Такие эталоны (паттерны) были найдены, но для них характерна значительная межиндивидуальная изменчивость, которая, возможно, определяется индивидуальными особенностями в смысловом кодировании слов. Применение ЭВМ

8 Введение в психофизиологию

225

позволило выявить развернутые и компрессированные (свернутые) формы аналогов «эталонов» слов в импульсной активности нейрон­ных популяций. Было показано, что при анализе акустических, се­мантических и моторных характеристик воспринимаемых и вос­производимых слов имеет место специализации разных зон мозга для различных речевых операций (Бехтерева и др., 1985).

Особый интерес представляют новые технологии изучения моз­говых механизмов речи, сочетающие ПЭТ-томографию и регист­рацию импульсной активности нейронов. ПЭТ-томография обес­печивает так называемое макрокартирование мозга, т.е. позволя­ет выявить участки наибольшего возбуждения коры при выполне­нии вербальной задачи. Регистрация нейронов в этих участках по­казывает, как перестраивается частота их импульсной активности в зависимости от характера задания (рис. 8.2).

Пространственная синхронизация биопотенциалов.Нейрофи­зиологическое обеспечение речевых функций изучалось и на уровне макро-потенциалов мозга, в частности, с помощью метода простран­ственной синхронизации. Пространственная синхронизация отдель­ных участков мозга рассматривается как нейрофизиологическая ос­нова системных взаимодействий, обеспечивающих речевую деятель­ность. Этот метод позволяет оценить динамику вовлечения различ­ных зон коры в речевой процесс (рис. 8.3). Так, например, наиболее ранние периоды восприятия и узнавания слова связаны с перемеще­нием зон активации: сначала наиболее активированы лобные, цент­ральные и височные зоны левого полушария, а также задне-темен-ные и центральные области правого. Затем фокус активации пере­мещается в затылочные области, сохраняясь при этом в правых зад-нетеменных и передневисочных областях. Процесс обработки слова, в основном, связан с активацией левых височных и частично правых височных зон коры. Подготовка к артикуляции и произнесение сло­ва про себя сопровождается повышенной активацией передиецент-ральных областей, имеющих, по-видимому, решающее значение в обеспечении артикуляционного процесса (Ушакова с соавт., 1981).

I этап

Рис. 8.3 Динамика активации мозговых структур на разных этапах речевого процесса (составление предложения) (по Т.Н.Ушаковой с соавт., 1981).

227

Вызванные потенциалы.Дополнительные возможности для изу­чения мозговых механизмов речи открывает метод регистрации вы­званных или событийно-связанных потенциалов. Например, при ис­пользовании в качестве зрительных стимулов эмоционально значимых и нейтральных слов выявлены некоторые общие закономерности ана­лиза вербальных раздражителей. Так, путем оценки временных пара­метров позднего компонента Р300 в ответах на словесные стимулы бы­ло установлено, что скорость обработки информации в правом полу­шарии выше, чем в левом. Предполагается, что сначала в правом по­лушарии осуществляется зрительно-пространственный, досемантиче-ский анализ словесных раздражителей, т.е., образно говоря, прочи­тываются буквы без их понимания (см. 8.4.). Передача результатов в левое «речевое» полушарие представляет следующий этап в процес­се восприятия словесных раздражителей — осмысление прочитанно­го. Таким образом, механизм более быстрой обработки информации в правом полушарии по сравнению с левым обеспечивает последова­тельность и согласованность во времени этапов переработки словес­ной информации, которая начинается в правом полушарии с анализа физических признаков отдельных букв и затем продолжается в левом, где осуществляется семантический анализ слова (Костандов, 1983).

Волновая форма ВП существенно меняется в зависимости от смыслового значения слова. Так было установлено, что при вос­приятии одних и тех же слов, получающих разную интерпретацию в зависимости от контекста (например, при сравнении слова «огонь» в выражениях: «сидеть у огня» или «приготовились, огонь»), кон­фигурация ВП оказывается разной, причем в левом полушарии эти различия выражены значительно больше.

Особое место в ряду информационных колебаний занимает от­рицательный компонент N 400 или N 4, который, начинаясь после 250 мс, достигает максимума в 400 мс. Функционально этот компо­нент рассматривается как показатель принятия лексического ре­шения. При использовании в качестве стимулов предложений, в ко­торых последнее слово рождало семантическое несоответствие или логическое нарушение, это негативное колебание было тем боль­ше, чем больше была степень рассогласования. Очевидно, волна N 400 отражает прерывание обработки предложения в результате его неправильного завершения и попытку заново пересмотреть инфор­мацию. На рис. 8.4 показаны событийно-связанные потенциалы на

228

слова, завершающие предложения, и в случае семантического не­соответствия хорошо виден компонент N 400.

N400

Представлены три варианта ответов на слово завершающее предложе­ние:

а) соответствующее смыслу пред­
ложения
(он намазал хлеб маслом) (------- )

б) не соответствующее смыслу
предложения
(он намазал хлеб носками) (....... )

5j.iV

в) имеющее тот же смысл, что и в
случае (а), но иную форму написания
(он намазал хлеб МАСЛОМ) (- - - - -)

300 600 900

Рис. 8.4 Событийно-связанные потенциалы на слова, завершающие предложения (по М. Kutas & S. Hillyard, 1980)

Это, однако, не единственная лингвистическая задача в электрофи­зиологических исследованиях, где был выявлен негативный информа­ционный компонент N 400. Подобный компонент был зафиксирован в задачах, когда надо было дифференцировать семантические классы, наборы слов или решать, относится ли данное слово к определенной семантической категории. Называние слов и картинок, принятие лек­сического решения, лексические суждения — все эти задачи сопрово­ждаются появлением хорошо выраженного негативного колебания с латентным периодом приблизительно 400 мс. Есть также данные о том, что этот компонент регистрируется и в тех случаях, когда тре­буется оценить степень соответствия или рассогласования слов не только по семантическим, но и по физическим характеристикам. По-видимому, совокупность компонентов N 400 отражает процессы ана­лиза и оценки лингвистических стимулов в разных эксперименталь­ных задачах (Federmeier К., Kutas M., 1999).

Таким образом, с помощью электрофизиологических методов уста­новлен ряд общих закономерностей пространственно-временной орга­низации нейронных ансамблей и динамики биоэлектрической активно сти, сопровождающих восприятие, обработку и воспроизведение рече вых сигналов у человека.

>■.. ■-тттттт

ни*»

■■ ..-■"■: Глава девятая

; 9. Психофизиология мыслительной деятельности

Изучение мыслительной деятельности в психофизиологии име­ет свою специфику. В теоретическом плане проблема физиологи­ческих основ мыслительной деятельности мало разработана. До сих пор не существует широко принятых концепций (как это, например, имеет место применительно к восприятию или памяти), которые объ­ясняли бы, каким образом ЦНС обеспечивает процесс мышления.

Функциональная система как модель мыслительной деятельности.Теория функциональных систем, пишет Н.Н. Данило­ва (1998, с. 272), позволяет сопоставить основные этапы мыслитель­ного процесса с этапами поведенческого акта. Так, направленность процесса мышления определяется доминирующей мотивацией субъ­екта. Афферентный синтез позволяет выбрать зону поиска решения проблемы. Этапу принятия решения соответствует выбор наиболее подходящей модели, который производится согласно вероятност­ному принципу принятия или отвержения гипотезы с целью ее пос­ледующей проверки и доказательства. В акцепторе результатов дей­ствия в соответствии с принятой гипотезой формируются конкрет­ные цели действия. Выполнение конкретного мыслительного дей­ствия эквивалентно этапу осуществления реального действия и бази­руется на центральной операции, осуществляемой головным мозгом человека — на операции сравнения. Здесь сравниваются исходные параметры реальной модели-задачи с соответствующими параметра­ми наиболее подходящей модели, находящейся в акцепторе результа­тов действия. В случае несовпадения ряда параметров модели дан­ного, конкретного решения и модели, находящейся в акцепторе, ак­тивизируются различные когнитивные процессы, зависящие, преж­де всего, от модальности (типа) решаемой задачи. Все вышеописан­ные когнитивные операции приводят к изменению содержания ак­цептора результатов действия. Возникают новые замыслы, идеи и, возможно, привлекаются иные способы доказательств.

Несомненно, что в дальнейшем изложенные представления мо­гут послужить основой для разработки конкретных эксперименталь­ных исследований по психофизиологии мышления.

230

Эмпирические подходы к изучению мышления в психофизиологии.В настоящее время есть немало эмпирических исследований, посвященных изучению этой проблемы. Они об­разуют два относительно независимых подхода. Первый из них мож­но условно обозначить как «моделирующий», второй как «диффе­ренциально-диагностический».

В основе первого лежит регистрация физиологических показа­телей в ситуациях моделирования мыслительной деятельности. Он направлен на выявление динамики этих показателей в процессе ре­шения задач разного типа. Варьируя содержание заданий и анали­зируя сопутствующие изменения физиологических показателей, ис­следователи получают физиологические корреляты выполняемой деятельности. На этой основе делаются выводы относительно осо­бенностей физиологического обеспечения решения задач разного типа. Классическим примером такого подхода служат эксперимен­ты О.К.Тихомирова (1984), где в качестве моделей мыслительной деятельности использовалось решение шахматных задач, а в ка­честве физиологического индикатора — динамика кожно-гальва-нической реакции (см. главу 2, рис. 2.7).

При использовании таких показателей как ЭКГ, ЭМГ и КГР, на­до иметь в виду, что эти индикаторы отражают преимущественно динамику общего напряжения, обусловленного активационными процессами. Поиск специфических психофизиологических измене­ний, сопровождающих процесс решения задач, связан в первую оче­редь с использованием электрофизиологических методов — ЭЭГ и ВП.

Второй подход, определяемый как дифференциально-диагности­ческий, исходит из того, что присущие человеку способы познава­тельной деятельности находят закономерное отражение в физио­логических показателях, которые в результате этого приобрета­ют устойчивые индивидуальные особенности. Главная задача в дан*. ном случае — найти те показатели, которые статистически досто­верно связаны с успешностью познавательной деятельности, на­пример, коэффициентом интеллекта, причем физиологические по­казатели регистрируются независимо от психометрических.

Первый подход позволяет изучать процессуальную сторону, т.е. проследить, каким образом перестраивается физиологическая ак-

231

тивность по ходу решения задачи и как результат отражается в ди­намике этой активности. Моделирование умственных задач позво­ляет выделять новые варианты изменения физиологических по­казателей и делать обобщения относительно соответствующих фи­зиологических механизмов. Сложность заключается в том, чтобы, во-первых, разработать информативные модели мыслительной де­ятельности (и соответствующие им задания), и, во-вторых, подоб­рать адекватные методы и показатели, позволяющие в полном объ­еме охарактеризовать деятельность физиологических систем — потенциальных «кандидатов» на участие в обеспечении процесса ре­шения задачи. При этом, строго говоря, выводы распространяются только на тот класс мыслительных задач, которые являются пред­метом изучения. Очевидно, что моделирование не может охватить все сферы мыслительной деятельности человека, и в этом заклю­чается ограниченность первого подхода.

При втором походе такого ограничения нет, поскольку во гла­ву угла ставится сопоставление индивидуально-специфических ус­тойчивых физиологических и психологических показателей. Пред­полагается, что индивидуальный опыт мыслительной деятельности отражается в тех и других. Однако эта логика не позволяет иссле­довать психофизиологию процесса .решения задач, хотя по резуль­татам сопоставления и выдвигаются некоторые предположения относительно того, что способствует его успешной организации.