Как работает для аутиста звук

Дети с нарушениями усвоения языковых навыков представляют собой неоднородную группу. Большинство детей в этой группе имеет как нарушения в усвоении устной и письменной речи, так и сенсомоторные нарушения, причем связанные именно с динамической обработкой сигнала. Был исследован вопрос, являются ли сенсомоторные нарушения – а конкретно ограничения в спектрально-временной обработке звуковых сигналов – причиной фонологического поражения, ведущего к нарушению усвоения языковых навыков и, в частности, чтения. Новые направления исследования этого вопроса включают в себя проспективные продольные статистические исследования младенцев из группы риска, электрофизиологические и нейровизуальные исследования, а также исследования, направленные на оценку влияния аудиального тренинга (включая музыкальный тренинг) на языковую организацию мозга. Лучшее понимание нарушений усвоения языковых навыков развивающегося индивида продвинет наше понимание нейробиологических механизмов, лежащих в основе различий в языковом развитии, и приведет к созданию более эффективных образовательных и корректирующих стратегий.

[…]

Нарушения усвоения языковых навыков

Овладение языком – предмет острого интереса и родителей, и ученых. Несмотря на сложность языка, большинство детей осваивают его с очевидной легкостью. Однако эпидемиологические исследования демонстрируют, что из всех отклонений в развитии самые распространенные – проблемы обучения, связанные с языковыми навыками: от них страдают 20% детей.

Продольные статистические исследования свидетельствуют о наличии связи между нарушениями в усвоении разговорного языка на раннем этапе развития и последующими проблемами в усвоении навыков грамотности. Признавая расстройства устной и письменной речи единым нарушением, мы зафиксируем это терминологически и будем называть их в данном обзоре «нарушениями усвоения языковых навыков» (НУЯ). При этом нужно иметь в виду, что дети с НУЯ представляют собой достаточно неоднородную группу. Необходимы дальнейшие исследования для того, чтобы глубже понять сходства и различия между нарушениями в усвоении разговорного и письменного языка, нейронные схемы, лежащие в основе индивидуальных различий в усвоении языковых навыков, а также то, как эти новые знания могут привести к совершенствованию терапий для детей с данными расстройствами.

[…]

Анализ акустических параметров речи приводит к выводу о том, что способность отслеживать короткие, с большой скоростью следующие друг за другом (динамические) акустические изменения внутри сложносоставной акустической волны речи – ключевая для обработки речи. […] каждый язык имеет собственную систему фонем (и каждая из них – это комплекс акустических спектров), которые изучаются опытным путем и представлены в слуховой зоне коры мозга как схемы возбуждения нейронов. С помощью физиометрических методов удалось установить, что у животных спектральные, временные и «неделимые» спектровременные акустические характеристики сложным образом организованы в схемы в центральной слуховой зоне коры, которые возникли в результате обучения и в зависимости от конкретного опыта. Дональд Хебб предположил, что когда нейроны возбуждаются более чем одним сенсорным сигналом почти одновременно, схема возбуждения запоминается (представляется) как единое целое и в дальнейшем играет ведущую роль в усвоении языка и далее в поведенческих реакциях на языковые сигналы. Подвергая мозг повторяющимся последовательным сенсорным сигналам, таким как сложносоставная акустическая волна текущей речи, мы повышаем вероятность того, что сложные схемы возбуждения нейронов (клеточные структуры) будут в обобщенном виде представлять конкретные фонемы и слоги языка, независимо от контекста или индивидуальных особенностей произношения говорящего. Более того, порядок и точное временное распределение (в пределах десятков миллисекунд) следующих друг за другом схем возбуждения нейронов и сегментация текущей речи на слоги и слова как результат часто возникающих в речи спектрометрических изменений тоже будет закодирована. Такое статистически зависимое обучение назвали «обучением Хебба» или «синаптической пластичностью, зависящей от времени импульса».

[…]

Одним из новейших направлений в области изучения НУЯ является последовательный мониторинг развития младенцев, имеющих и не имеющих в анамнезе истории членов семьи с НУЯ. Обозначим их соответсвенно СИ+ и СИ-. Например, используя процедуру поворота головы (с помощью ассистента), Бенасич и Таллал [40] обучили младенцев распознавать 2 звуковых тона, отличающихся по частоте и разделенных между собой разными по длительности интервалами, для получения показателей индивидуальных психоакустических порогов. В обеих группах были значительные отличия в выполнении задания между младенцами, однако младенцам из группы СИ+ требовался значительно больший интервал между аудиальными стимулами для правильного распознавания тона, чем в группе СИ-. Последующие продольные статистические исследования выявили, что среди разнообразных поведенческих, перцептуальных, когнитивных и социальных показателей, оценивающихся в младенчестве, порог скоростной спектровременной обработки звукового сигнала, выявленный в 7.5 месяцев был для каждой группы и также для каждого индивида внутри групп (СИ+ и СИ- вместе) наилучшим фактором, прогнозирующим уровень языкового развития в возрасте 3 лет. Примечательно, что 40% расхождений в результатах стандартизированных языковых тестов, которые испытуемые обеих групп выполняли в 3-летнем возрасте, объясняются двумя прогностическими факторами: порогом скоростной спектровременной обработки языкового сигнала, выявленным в младенческом возрасте, и мужским полом. Кроме того, эти же два показателя достаточно точно классифицировали >90% этих 3-летних детей, показавших результат в диапазоне «нарушение развития» на шкале «вербальное мышление» в тесте на развитие интеллекта Стэнфорда-Бине. Важно отметить, что не было выявлено существенной корреляции между порогами скоростной обработки аудиальной информации и показателями невербальной части теста, что демонстрирует специфичность отношений между индивидуальными различиями в скоростной обработке звукового сигнала младенцами и их последующими индивидуальными различиями в языковом развитии и вербальном мышлении.

Эти данные, полученные на основе наблюдения за поведенческими реакциями, были воспроизведены и расширены в исследовании с использованием электрофизиологических измерений у тех же младенцев. Результаты показали, что различия в электрофизиологических измерениях, полученные в возрасте 6 месяцев, значительным образом коррелируют с уровнями языкового развития в возрасте 2-х лет в обеих группах. Более того, младенцы из СИ+ по сравнению с младенцами из СИ- продемонстрировали специфические электрофизиологические различия в реакции на скоростную презентацию последовательности тонов (разделенных между собой интервалами в 70 миллисекунд), но не продемонстрировали различий в реакции на ту же последовательность тонов, предъявленную в более медленном темпе (с интервалом в 300 миллисекунд). Эти различия наблюдались во фронтальной, фронтоцентральной и центральной зонах, выборочно в левом полушарии. Эти результаты воспроизведены еще несколькими электрофизиологическими исследованиями, проведенными в Финляндии, Германии и США с новорожденными младенцами из группы риска по языковому отставанию, то есть результаты не связаны со спецификой усваиваемого языка.

Итак, исследования новорожденных, основанные как на наблюдении за поведенческими реакциями, так и на методе электрофизиологических измерений демонстрируют, что отклонения в скоростной обработке аудиальной информации очевидны уже у новорожденных из группы риска (по генетическим причинам или с семейной историей подобных отклонений) по НУЯ. Более того, эти показатели являются отличными факторами для прогнозирования как нормального, так и отклоняющегося от нормы языкового развития , независимо от того, какой язык младенцу предстоит осваивать. Эти данные также демонстрируют, что значительные различия в скоростной обработке звукового сигнала, отражающие дисфункцию, специфичную для левого полушария, присутствуют в данной группе на самой ранней стадии жизни, до того, как начинается собственно языковое развитие, что позволяет предположить общность нейронных механизмов, обеспечивающих скоростную обработку аудиальной информации и тех, которые обеспечивают языковое развитие.

Реабилитация детей с нарушениями усвоения языковых навыков с помощью программ аудиального тренинга

Растет число свидетельств того, что многие дети с НУЯ характеризуются как фонологическими, так и сенсомоторными нарушениями, притом такими, которые прямо влияют на динамическую обработку аудиальной информации. Причинно-следственные связи между этими двумя факторами и точные нейронные механизмы, лежащие в основе наблюдаемого явления, пока не ясны и нуждаются в дальнейшем изучении. Однако можно выдвинуть гипотезу, что интенсивный тренинг (включающий многие черты тренинга синаптической пластичности, использованные в физиологических исследованиях животных), смоделированный таким образом, чтобы улучшить как динамическую обработку звукового сигнала, так и навыки фонологической обработки, может улучшить языковые способности детей с НУЯ.

Эта гипотеза была проверена в работе с детьми с НУЯ в серии контролируемых исследований с использованием двух новейших подходов: тренинг распознавания скоростной последовательности звуковых сигналов и языковой тренинг, включающий использование акустически модифицированной речи, в которой скоростные спектровременные сегменты звучали с повышенной амплитудой и были продлены во времени. Дети, участвовавшие в прототипной программе (теперь она называется Fast ForWord®), продемонстрировали существенные улучшения в уровне акустической обработки, распознавания и понимания речи по сравнению с аккуратно подобранной контрольной группой детей с НУЯ, которые получали то же языковое обучение, но с нейтральной речью и без тренинга распознавания последовательных звуковых сигналов. Позитивные изменения были отмечены при использовании программы Fast ForWord® для детей с серьезным отставанием в усвоении академических навыков, которые продемонстрировали большие, чем обычно, успехи в выполнении языковых заданий и некоторых тестов на фонологическую осознанность, а также снижение поведенческих проблем после 4–8 недель тренинга по сравнению с контрольной группой. О позитивном эффекте использования Fast ForWord® сообщают Гиллам и коллеги, хотя тренинг проводился всего с несколькими участниками, в то же время Хук и др. обнаружили, что позитивный эффект программы был соразмерен результатам, достигнутым хорошо себя зарекомендовавшим методом реабилитации способности к чтению Ортона Гиллингхама.

В то время как объектом предыдущих исследований были в основном навыки разговорной речи, Темпл и коллеги впервые сообщили о значительных улучшениях в чтении и языковых тестовых показателях у детей, страдающих дислексией, после тренинга с помощью Fast ForWord®. В дополнение к стандартизированным тестам по чтению, детям-дислексикам и типичным детям (без отклонений в способности к чтению) дважды было сделано функциональное магнитно-резонансное сканирование с промежутком в 8 недель. Во время сеанса сканирования дети выполняли задания по рифмовке букв. Между сеансами дети-дислексики занимались по программе Fast ForWord®. После выполнения программы дети показали значительные улучшения по всем параметрам проверки устной речи и чтения. Контрольная группа не показала существенных улучшений, т. е. предположительно изменения в основной группе нельзя объяснить повторными тестированиями, многократными повторениями упражнений или взрослением. Более того, до тренинга дети-дислексики демонстрировали отсутствие метаболической активности в височно-теменных языковых зонах во время выполнения задания по рифмовке, в то время как контрольная группа демонстрировала сильную активацию этой зоны. После тренинга результаты сканирования показали, что метаболическая активность в височно-теменных языковых зонах левого полушария повысилась, т.е. картина активации мозга приблизилась к той, которую мы наблюдаем у детей, не имеющих отклонений от нормы в навыках чтения. Положительные изменения, зафиксированные электрофизиологическим и магнитно-резонансным методами исследования, были отмечены также после использования иных акустических и/или фонологических методов коррекции, т. о. эти высокочувствительные физиологические методы исследований могут служить весьма мощным инструментом оценки эффективности коррекционных практик в работе с группами детей, имеющих нарушения развития.

Не все исследования выявили значительные улучшения в результате применения программы Fast ForWord®, а некоторые не смогли задокументировать долгосрочные положительные результаты. Однако некоторые из этих исследований проводились с очень малым числом испытуемых при отсутствии контрольной группы и с рядом других методологических погрешностей (нестрогое следование протоколу тренинга, который предполагал очень интенсивные занятия, основанные на синаптической пластичности), что снизило ценность результатов.
…
Успех программы Fast ForWord® можно интерпретировать по-разному. С одной стороны, можно заключить, что скоростная обработка аудиальной информации важна не только для усвоения языка, но и при обучении чтению. С другой стороны, поскольку Fast ForWord® имеет целью кросс-тренинг множественных когнитивных функций, работа по программе может способствовать концентрации внимания при восприятии аудиальной информации, развитию памяти в целом, а также улучшению фонологической перцепции и понимания грамматики. Все эти функции последовательно тренируются, чтобы в результате оказать положительное влияние на все аспекты многофакторных моделей нарушений, характерных для детей с НУЯ. И, наконец, позитивные сдвиги, достигнутые при помощи Fast ForWord®, могут быть вызваны иными новейшими компонентами методики, использованными в этой программе, которые не являются специфичными для обработки аудиальной информации. Речь идет об интенсивности программы, использовании технологии, которая может обеспечить строго рассчитанные по времени стимулы, поощрение и обратную связь, а также дает возможность адаптировать уровень сложности и содержание презентации стимулов при переходе от задания к заданию, в зависимости от реакции каждого конкретного участника.

При переводе исследования из лабораторных условий в классы становится ясно, что успех тренинга в на этих двух различных площадках может зависеть от различных факторов, учитывая возраст и клиническое состояние участников. Дальнейшее совершенствование программ коррекции состоит в их адаптации к условиям «реального мира».

Влияние музыкального тренинга на временную обработку аудиальной информации и усвоение языковых навыков

Как уже упоминалось в данном обзоре, существуют исследования, результаты которых свидетельствуют, что акустический тренинг может быть весьма полезен для детей с НУЯ. Музыкальный тренинг также повлиял на улучшение многих аспектов обработки аудиальной информации и совершенствование когнитивных, языковых навыков и грамотности, одновременно способствуя более раннему созреванию механизмов реакций на аудиальные стимулы и изменениям функциональных анатомических особенностей в областях мозга, ответственных за выполнение различных аудиальных функций. Пока что существует только два исследования влияния музыкального тренинга на языковые навыки и навыки чтения, проводившиеся на основании сравнения навыков до и после проведения тренинга. Эти результаты продемонстрировали сильную зависимость между музыкальными способностями (или музыкальной подготовкой) и языковыми навыками и грамотностью. Тем не менее, нейронные схемы, поддерживающие эту зависимость, на сегодняшний день не известны, как нет и понимания, каким образом музыкальная подготовка может повлиять на языковые навыки. Более того, в данном исследовании не было контрольных групп, с которыми проводились бы иные терапии, поэтому положительный эффект музыкального тренинга на сегодняшний день нуждается в верификации.

С учетом предполагаемой связи между скоростной спектровременной обработкой аудиальной информации и языковыми способностями, а также между музыкальной подготовкой и языковыми навыками и навыками чтения, мы предположили, что музыкальное обучение может усиливать способность к обработке скоростных спектровременных акустических сигналов и приводить к изменению функциональных анатомических особенностей, ответственных за этот процесс. В недавнем исследовании с применением функционального магнитно-резонансного сканирования 20 музыкантов и не-музыкантов прослушивали последовательности трех тонов с меняющимися межзвуковыми промежутками, а затем должны были вручную воспроизвести порядок тонов. Эксперимент продемонстрировал, что музыкальная подготовка влияет на функциональные анатомические механизмы, лежащие в основе скоростной спектровременной обработки неязыковых сигналов, позволяя показать как лучшие результаты в обработке сигналов, так и более отлаженную функциональную нейронную сеть прежде всего в традиционной языковой зоне мозга. Более того, успешное выполнение заданий эксперимента с самыми короткими межзвуковыми промежутками сильно коррелировало с фактором возраста, в котором испытуемый начал обучаться игре на музыкальном инструменте. В дополнение к теоретической ценности данных результатов, выявленные данные могут иметь важное практическое значение для развития языковых навыков и навыков чтения, особенно у детей с НУЯ. Гипотеза впервые была высказана Овери и модифицирована в данной статье.

Музыканты проводят долгие годы, постоянно занимаясь музыкой и тренируя свои акустические способности, и неудивительно, что способности к обработке аудиальной информации возрастают в результате музыкальной подготовки. Тем не менее остается неясным, что в этой взаимосвязи является причиной, а что – следствием. Являются ли уже врожденные способности к обработке звуковой информации или анатомические различия причиной лучших музыкальных способностей или, наоборот, обучение музыке ведет к улучшению способности к обработке аудиальной информации и анатомическим изменениям? Более того, остается неясной роль тренинга на выполнение моторных последовательностей и на взаимодействие моторных последовательностей с аудиальными последовательностями, которые являются неотъемлемой частью обучения игре на инструменте. Недавнее исследование возможных врожденных маркеров музыкальных способностей не обнаружило каких-либо нейронных, когнитивных, моторного или музыкального характера различий между группой детей, начинающей музыкальное обучение и контрольной группой. Результаты позволяют предположить, что именно обучение музыке (а не врожденные особенности) приводят к лучшему развитию немузыкальных навыков.

Хотя новое направление в исследованиях представляется очень интересным, текущие результаты требуют их очень осторожной интерпретации, и вопрос о том, влияет ли обучение музыке на развитие языковых навыков и навыков грамотности требует дальнейшего изучения.