ВЕСТНИК ВИТ «ЭРА», том 2, номер 2, 2021

КОГНИТИВНЫЕ И

СОЦИОГУМАНИТАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

УДК 548.02

КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ИССЛЕДОВАНИЮ

РЕЧЕВЫХ НАРУШЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ МЕТОДОВ

НЕЙРОВИЗУАЛИЗАЦИИ И РЕГИСТРАЦИИ

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Д.Г. Малахов, Ю.И. Холодный

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», Москва, Россия

^*E-mail: Korosteleva_AN@nrcki.ru

Разработана комплексная методика исследования нейрональных процессов восприятия и продуцирования речи

- методический инструментарий для выявления психологических факторов и аспектов речевых нарушений

(заикание), а также для исследования физиологических показателей. Такой подход позволит выявить ключевые

признаки, что даст специалистам по лечению заикания возможность отслеживать изменения нейрональной

активности и других психофизиологических показателей для достижения устойчивой нормализации речи.

ВВЕДЕНИЕ

устойчивой нормализации речи [2]. Таким обра-

В последние два десятилетия продолжает воз-

зом, работа идёт с целым рядом факторов развития

растать интерес к нейрофизиологическим исследо-

и динамики лечения заикания - психологическими,

ваниям речевых нарушений, в частности, заикания.

социально-психологическими,

неврологически-

Заикание состоит из множества разнообразных

ми, что позволяет понять общие механизмы за-

симптомов, включающих в себя спазматические

икания у тех или иных групп испытуемых, так и

задержки, нарушение темпа и ритма речи, логофо-

реализовать индивидуальный подход в процессе

бию, навязчивые мысли, приспособительные улов-

лечения и диагностики нейрональных изменений,

ки и т.д. [1]

коррелирующих с показателями эффективности

В настоящее время в изучении процессов заика-

лечения заикания и психологического сопровожде-

ния для визуализации активности мозга использу-

ния пациента.

ется метод фМРТ (функциональная магнитно-резо-

В данной работе описан комплексный подход к

нансная томография). Большинство исследований

исследованию заикания в процессе терапии, кото-

сосредоточено на узком спектре задач, связанных

рый включает в себя методы нейровизуализации,

с продуцированием речи, как правило, на этапе

психофизиологические методы и анализ физиоло-

произношения. Это можно объяснить тем, что за-

гических показателей.

икание долгое время рассматривалось лишь со сто-

роны нарушения продуцирования речи, при этом

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ

не уделялось достаточного внимания на мотор-

Метод функциональной магнитно-резонансной

но-поведенческие реакции и характер протекания

томографии (фМРТ) на сегодняшний день являет-

мыслительных процессов. Существующий подход

ся основным инструментом в изучении нейрофи-

к изучению заикания дает довольно ограничен-

зиологических процессов в головном мозге. Для

ную картину процессов, протекающих в головном

изучения процессов заикания фМРТ впервые было

мозге.

использовано в 2003 году, и за 17 лет исследовате-

Терапия заикания позволяет исследовать изме-

ли перешли от изучения локальных активаций к

нения нейрональной активности у пациентов до

функциональной связности между интересующи-

лечения и на разных стадиях терапии - вплоть до

ми областями мозга [3]. Эффективность примене-

121

122

А.Н. КОРОСТЕЛЁВА и др.

ния метода фМРТ головного мозга для изучения

изучения механизмов зрительного восприятия

заикания показана в обзорной статье [4]. ФМРТ

применим для поиска информативных показателей

является одной из ведущих методик картирова-

функциональных нарушений в головном мозге.

ния функциональных зон и нейросетей головного

Большое влияние на активность мозга оказыва-

мозга ввиду ее неинвазивности и хорошего про-

ет дыхание. Ритм дыхания может оказывать влия-

странственного разрешения, но при этом обладает

ние на активность лимбической системы, а значит,

низким временным разрешением, которое не спо-

и на эмоции и когнитивные функции [7] и наобо-

собно зафиксировать быстрые речевые процессы.

рот. Электрическая активность обонятельной коры

Для регистрации быстрых нейрофизиологиче-

и участков лимбической системы, включая мин-

ских процессов впервые предложено использовать

далевидное тело и гиппокамп, синхронизирована

айтрекинг (eye tracking) в качестве одного из пока-

с ритмом дыхания, причем при вдохе активность

зателей функциональных нарушений мозговой ак-

нейронов в этих участках возрастает по сравнению

тивности у заикающихся, основываясь на том, что

с выдохом. Таким образом, дыхание является мощ-

при рассматривании изображений, чтении текста

ным инструментом не только в продуцировании

и решении других задач движение глаз отражает

речи, оно активно влияет на определенные участки

когнитивные процессы в мозге человека [5]. Так,

мозга, следовательно, является ключевым призна-

при совместной обработке данных айтрекинга и

ком для отслеживания динамики заикания.

фМРТ, фиксации глаз используются в качестве со-

бытий в функциональной магнитно-резонансной

ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

томографии для выявления процессов кортикаль-

Помимо приборной составляющей, методика

ной обработки во время произвольного визуально-

включает в себя спектр задач для выявления устой-

го мониторинга объектов. Фиксации тесно связаны

чивых состояний, психологических факторов и

с процессом обработки визуальной информации и,

аспектов заикания.

по мнению авторов [5], могут рассматриваться в

Заикание имеет психологический аспект, возни-

качестве «единиц информации». В течение таких

кающий в результате нарушения речевой коммуни-

событий, именуемых фиксациями, зрительная си-

кации. Необходима диагностика психологических,

стема отбирает информацию из окружающей сре-

психо- и нейрофизиологических изменений, корре-

ды для последующего анализа, а также собирает

лирующих с показателями эффективности лечения

информацию с периферии поля зрения, необходи-

заикания и психологического сопровождения паци-

мую для планирования следующей саккады для

ента для большего понимания протекания внутрен-

перемещения взгляда в точку пространства. Сак-

них процессов в речевой терапии. Таким образом,

кады и фиксации являются измеряемыми события-

на каждом этапе исследования составляется де-

ми, генерируемыми мозгом и, таким образом, тес-

тальный анамнез испытуемого.

но связаны с процессами обработки информации

Для фМРТ-исследований критически важно

и планирования действий. Это означает, что це-

сохранить неподвижное положение головы, в то

лесообразно использовать фиксации как событие

время как заикание характеризуется непроизволь-

при исследовании зрительных и когнитивных про-

ными спазматическими моторными движениями.

цессов. Таким образом, с помощью методики со-

Поэтому исследование нейросетевых механизмов

вместной обработки данных айтрекинга и фМРТ

происходит при выполнении задач обработки вер-

парадигмы могут быть представлены таким обра-

бальной информации с использованием внутрен-

зом, чтобы дать возможность исследования непри-

ней речи или без участия речи - resting state (состо-

нужденного, естественного зрительного поведе-

яние покоя). Подобные типы задач апробированы в

ния в фМРТ-экспериментах исследования групп

исследованиях [8, 9] и были получены устойчивые

людей в процессе терапии лечения заикания, тем

результаты.

самым выявить те особые патерны активации,

При выполнении задач на внутреннюю речь

которые нельзя увидеть при обычной обработке

(испытуемый говорит про себя) люди с заиканием

фМРТ-данных.

имеют повышенную активацию в дополнительной

Помимо совместной обработки, статистическая

моторной зоне (supplementary motor cortex), инсу-

обработка данных айтрекинга показала устой-

ле (insula) и угловой извилине (angular gyrus) [8].

чивые различия в глазодвигательных реакциях

Результаты указывают на наличие функциональ-

при выполнении тестовых задач у групп испыту-

ных недостатков слуховой обработки, моторного

емых [6]. Айтрекинг как самостоятельный метод

планирования.

ВЕСТНИК ВИТ «ЭРА», том 2, номер 2, 2021

КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ИССЛЕДОВАНИЮ РЕЧЕВЫХ НАРУШЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ МЕТОДОВ...

123

В исследовании [9] показано, что различия в ак-

Тест Спилбергера - Ханина, который направ-

тивности мозга между группой испытуемых с за-

лен на диагностику личностной и ситуативной

иканием и контрольной группой существуют при

тревожности;

отсутствии задачи, когда человек находится в со-

Опросник САН для оценки актуального само-

стоянии покоя (resting state). Более того, у людей с

чувствия, активности и настроения;

заиканием снижена связь между некоторыми реги-

The Amsterdam Resting State - опросник об из-

онами головного мозга: дополнительной моторной

менении сознания в состоянии покоя

зоне, базальными ганглиями (basal ganglia) и дву-

Помимо этого, экспериментаторы оценивают

сторонней верхней височной извилиной (bilateral

поведение испытуемого (оценка эмоций, социаль-

superior temporal gyrus). Эти изменения, вероятно,

ной дистанции, визуальный контакт, речевая актив-

влияют на сенсомоторную интеграцию во время

ность) на этапах исследования: установления кон-

речи. Кроме того, было обнаружено увеличение

такта, ознакомления с инструкцией, подготовки к

связности между мозжечком (cerebellum) и нижней

эксперименту, завершения эксперимента.

лобной извилиной (inferior frontal gyrus), что поло-

Внутренняя и внешняя оценка состояния испы-

жительно коррелировало с тяжестью заикания. Ав-

туемого необходима для получения объективных

торы исследования предположили, что увеличение

данных и оценивания искаженности результатов

связности этих областей указывает на механизм

тестов с точки зрения уровня осознания и мотивов

компенсации [9].

испытуемого.

Помимо удобства использования таких типов

2. Resting state

задач в фМРТ, ввиду неподвижного положения

На втором этапе пациент находится в состоянии

головы, вместо одномоментных динамических ак-

покоя (Resting state), в котором не выполняет ни-

тивностей в задачах на продуцирование речи вслух

каких задач. Испытуемому дается инструкция: «В

нами исследуются устойчивые паттерны головного

течении всего времени эксперимента Вам нужно

мозга.

лежать с закрытыми глазами и постараться рассла-

К сожалению, типы задач на внутреннюю речь

бится, но при этом не уснуть».

и без участия речи пока не нашли широкого при-

Исследуются речевые, моторные и слуховые об-

менения в исследовании заикания, что указывает

ласти в состоянии покоя путем анализа амплитуды

на узкое понимание проблемной области. В своем

низкочастотных колебаний (ALFF) и функциональ-

исследовании мы рассчитываем популизировать

ной связности.

данный комплексный подход к изучению заикания

3. Исследование речевых механизмов

для получения более объективной и достоверной

На третьем этапе пациент выполняет задачи об-

информации.

работки вербальной информации с использованием

внутренней речи: зрительное восприятие текста,

КОМПЛЕКСНАЯ МОДЕЛЬ

продуцирование произвольной и подготовленной

ИССЛЕДОВАНИЯ

речи, интерпретация информации. Испытуемому

Была разработана комплексная методика, вклю-

необходимо прочитать / пересказать / ответить на

чающая, помимо фМРТ-исследования нейрональ-

вопросы про себя таким образом, словно он прого-

ных процессов восприятия и продуцирования речи,

варивает читаемое или отвечает другому человеку

методический инструментарий для выявления

(например, экспериментатору). Подобный акцент в

психологических факторов и аспектов заикания, а

задаче необходим для имитации вербального соци-

также исследование физиологических показателей

ального взаимодействия.

дыхания и глазодвигательных реакций.

Исследуются механизмы адаптации, стратегии

Приводится краткое описание каждого этапа

поведения, устойчивые паттерны речевых и мо-

методики:

торных нарушений и функциональная связность

1. Психологическое тестирование

между областями планирования и воспроизводства

Заикание возникает при вербальном социальном

речи.

взаимодействии, что вызывает повышение уровня

тревожности. Необходимо выявить динамику тре-

ВЫВОДЫ

вожности и особенности поведения испытуемого

Данный комплексный метод может быть ис-

на определенных этапах эксперимента, для этого

пользован в научных исследованиях речевых на-

используются:

рушений. Любое речевое расстройство следует

ВЕСТНИК ВИТ «ЭРА», том 2, номер 2, 2021

124

А.Н. КОРОСТЕЛЁВА и др.

изучать в более широком контексте данных. Боль-

research on developmental stuttering between 1995 and

шинство исследований игнорирует состояние про-

2016. Journal of fluency disorders, 55: 6-45.

цессов внимания, восприятия, памяти, пластич-

5. Marsman, J.B. C., Renken, R., Velichkovsky, B.M.,

ность мышления, индивидуальные психические и

Hooymans, J.M., & Cornelissen, F.W. (2012). Fixation

личностные особенности лиц с заиканием. В со-

based event-related fmri analysis: Using eye fixations as

events in functional magnetic resonance imaging to reveal

временных исследованиях крайне мало внимания

cortical processing during the free exploration of visual

уделяется терапии, а именно изучению динамики

images. Human Brain Mapping, 33(2), 307-318.

функциональных связей в головном мозге под ее

6. Mishulina, O., Skripko, O., Korosteleva, A. (2018). Some

воздействием. Этот аспект также акцентирован в

features of eye movements during reading and retelling the

данной методике. Реализуемый комплексный под-

text by people with stuttering. Procedia computer science,

ход позволит оценить динамику вклада различных

123, 328-333.

типов факторов в процессе терапии.

7. Mills, M., Alwatban, M., Hage, B., Barney, E.,

Truemper, E.J., Bashford, G.R., & Dodd, M.D.

(2017).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Cerebral hemodynamics during scene viewing: Hemispheric

1. Арутюнян Л.З. Как лечить заикание. - М., 1993.

lateralization predicts temporal gaze behavior associated

2. Neumann, K., Euler, H.A., von Gudenberg, A.W.,

with distinct modes of visual processing. Journal

Giraud, A.-L., Lanfermann, H., Gall, V., and Preibisch, C.

of experimental psychology: human perception and

(2004). The nature and treatment of stuttering as revealed

performance, 43(7), 1291.

by fMRI: A withinand between-group comparison. Journal

8. Lu, C., Long, Y., Zheng, L., Shi, G., Liu, L., Ding, G., &

of Fluency Disorders, 28(4): 381-410.

Howell, P. (2016). Relationship between speech production

3. Van Borsel, J., Achten, E., Santens, P., Lahorte, P., and

and perception in people who stutter. Frontiers in human

Voet, T. (2003). fmri of developmental stuttering: a pilot

neuroscience, 10: 224.

study. Brain and Language, 85(3):369-376.

9. Xuan, Y., Meng, C., Yang, Y., Zhu, C., Wang, L., Yan, Q.,

4. Etchell, A.C., Civier, O., Ballard, K.J., & Sowman, P.F.

Lin, C., and Yu, C. (2012). Resting-state brain activity in

(2018). A systematic literature review of neuroimaging

adult males who stutter. PloS one, 7(1): e30570-e30570

ВЕСТНИК ВИТ «ЭРА», том 2, номер 2, 2021