The specificity of cerebral lateralization in perception of emotional intonation of speech among children with special abilities

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 Other publications by this author

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.