Физиология человека, 2020, T. 46, № 2, стр. 38-46

МЕТОДИКА

В исследовании принимали участие 60 детей, посещающих дошкольное отделение начальной школы № 755 “Регионального центра аутизма” (Санкт-Петербург).

Основную группу составляли дети, имеющие в соответствии с данными Диагностического и статистического руководства по психическим болезням (ДСМ-5) диагноз “расстройство аутического спектра” (РАС), сопровождающееся задержкой психического развития на резидуально-органической основе – 30 детей (3 девочки и 27 мальчиков, средний возраст – 5.8 ± 0.9 лет). В качестве контрольной группы для исследования были отобраны дети с типичным развитием (ТР) – 30 чел. (8 девочек и 22 мальчика, средний возраст – 5.9 ± 0.7 года). Все дети использовали правую руку в качестве ведущей и не имели проблем со зрением и слухом.

Отбор детей с нарушением развития проводили по данным, предоставленным специалистами “Регионального центра аутизма”. Для уточнения выраженности РАС проводили тестирование по Оценочной шкале раннего детского аутизма – Childhood Autism Rating Scale (CАRS) [10]. Анализ показал, что 18 детей имели низкие (30–36 баллов по оценочной шкале – нРАС), а 12 детей – высокие (37–49 баллов – вРАС) показатели проявления синдрома аутизма.

ТР дети были протестированы по методу Векслера для дошкольного возраста (WHHSI), адаптированного для России [11]. Результаты тестирования показали, что вербальный IQ варьировал от 101 до 141 баллов, невербальный IQ – от 115 до 146 баллов, что соответствовало уровню нормального интеллекта.

Оборудование и условия проведения исследования. Обследование детей проводили в знакомой и комфортной для ребенка обстановке. Ребенок сидел перед компьютером, расстояние от экрана монитора составляло около 50 см. Общая освещенность в комнате равнялась 120 кд/м². Для предъявления стимулов испытуемым использовали ноутбук Samsung R40-1 с размером экрана 17″. Для создания и предъявления стимулов использовали программа PsyTask v. 1.50.12. (ООО Мицар, Россия).

Стимулы. В качестве тестовых стимулов использовали звуки, издаваемые животными (котенок или щенок). Звуки предъявляли через динамики компьютера в случайном порядке, их максимальная интенсивность составляла 60 дБ, длительность 100 мс, межстимульный интервал варьировал от 1.5 до 2.5 с.

В качестве прайм-стимулов в центре экрана компьютера предъявляли изображения животных (яркость серого фона составляла 30 кд/м², максимальная яркость изображения – 40 кд/м², размер изображения – 6 угловых градусов, длительность предъявления – 100 мс), соответствующие звуковым сигналам. Интервал между предъявлением тестового и прайм-стимулов (МСИ) варьировал от 0 до 500 мс (рис. 1).

Рис. 1.

Схема проведения исследования. S1, S2 – тестовые стимулы (мяуканье котенка и лай щенка); S1к, S2к – конгруентные сочетания тестового и прайм-стимулов; S1нк, S2нк – неконгруентые сочетания тестового и прайм-стимулов.

Процедура исследования. Перед проведением тестирования проводили обучение задаче по различению звуковых стимулов. В ответ на предъявления одного звука необходимо было нажать на левую клавишу компьютера, а в ответ на предъявления другого звука – на правую клавишу компьютера. Все стимулы предъявляли в случайном порядке.

В первой серии тестирования вводили конгруентные прайм-стимулы – изображения животных, соответствующие подаваемым звуковым стимулам. Использовали три теста, в каждом из которых применяли МСИ трех значений (0, 50, 100 мс; 150, 200, 250 мс; 300, 400, 500 мс). В каждом тесте предъявляли 40 сочетаний стимулов.

Во второй серии тестирования вводили 40% неконгруентных прайм-стимулов (16 неконгруентных + 24 конгруентных сочетаний в случайном порядке). При этом ребенок по-прежнему должен был реагировать на звуковые сигналы, нажимая на соответствующие им клавиши компьютера. Аналогично первой серии тестирования, применяли три теста с разными значениями МСИ.

Во время всего тестирования с помощью программы PsyTask регистрировали среднее время реакции ребенка и процент ошибочных реакций.

Анализ полученных результатов. Статистическую обработку данных проводили в программе STATISTIKA-10 с использованием t-теста для парных выборок и дисперсионного анализа ANOVA для повторных измерений. При статистической обработке полученных материалов для каждого испытуемого определяли знак и величину прайминг-эффекта при каждом значении МСИ. Знак прайминг-эффекта определяли по достоверному увеличению (положительный) или уменьшению (отрицательный) точности и скорости выполнения задачи. Величину прайминг-эффекта определяли по разнице между значениями времени реакции и количеством ошибок при предъявлении только тестового стимула и сочетания тестового и прайм-стимулов. Для анализа времени реакции отбирали только правильные реакции испытуемых. Далее полученные разности усредняли по группам испытуемых. Достоверность различий данных устанавливали с помощью метода Стьюдента.

При дисперсионном анализе ANOVA в качестве факторов межиндивидуальной (групповой) вариабельности были выбраны: “группа детей” (дети с ТР, дети с РАС), в качестве факторов индивидуальной вариабельности внутри каждой группы использовали: “тип сочетания стимулов” (конгруетный, неконгруентный) и “величину МСИ”.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Точность реакции. Тестирование ТР детей показало, что введение конгруентного прайм-стимула не приводит к достоверному изменению точности реакции (t = 0.75; р = 0.63), что соответствует отсутствию прайминг-эффекта (рис. 2, А). В то же время у детей с РАС количество ошибок достоверно возрастает как при нРАС (t = 4.31; p = = 0.007 – рис. 3, А), так и при вРАС (t = 2.31; p = 0.02 – рис. 4, А), что свидетельствует о проявлении отрицательного прайминг-эффекта. При увеличении значения МСИ у ТР детей число ошибок достоверно снижается (F(7,238) = 6.31; p = 0.002), а у детей с РАС достоверного изменения точности реакции не наблюдается (F(7,238) = = 0.1; p = 0.9).

Рис. 2.

Характеристики проявления прайминг-эффекта у детей с типичным развитием. По горизонтали – величина межстимульного интервала в мс; по вертикали – среднее значение количества ошибок в % (А) и среднее значение времени реакции (Б) при предъявлении только звуков (а); при предъявлении только конгруентных сочетаний изображения и звука (б); при предъявлении конгруентных (в) и неконгруентных (г) сочетаний изображения и звука в одной серии тестирования. Вертикальные линии – значение доверительного интервала при p < 0.01.

Рис. 3.

Характеристики проявления прайминг-эффекта у детей с низкими показателями синдромов аутизма. Обозначения см. рис. 2.

Рис. 4.

Характеристики проявления прайминг-эффекта у детей с высокими показателями синдромов аутизма. Обозначения см. рис. 2.

Введение неконгруентного стимула приводило к достоверному уменьшению точности реакции у ТР детей (t = 5.39; p = 0.002) – рис. 2, А). Однако с ростом МСИ количество ошибок уменьшалось (F(1,28) = 9.31; p = 0.001).

У детей с нРАС и вРАС введение неконгруентного стимула также вызывало достоверное снижение точности реакции (t = 2.31; p = 0.02). При этом с ростом МСИ количество ошибок не изменялось (F(7,238) = 2.31; p = 0.02 – рис. 3, 4, А).

Скорость реакции. Анализ значений скорости реакций при введении конгруентного прайм-стимула показал, что у ТР детей время реакции достоверно снижается (t = 6.31; p = 0.002) – положительный прайминг-эффект (рис. 2, Б). Увеличение МСИ между тестовым и прайм-стимулами также вызывало уменьшение времени реакции (F(7,238) = 15.5; p = 0.00002).

В то же время тестирование детей с РАС не показало достоверного изменения скорости реакции как при нРАС (t = 0.51; p = 0.65 – рис. 3, Б), так и при вРАС (t = 7.45; p = 0.01 – рис. 4, Б). Увеличение МСИ также не приводило к достоверному изменению времени реакции у обеих групп детей (F(7,238) = 2.25; p = 0.09).

Сравнение скорости реакции у ТР детей и детей с РАС выявило достоверные различия: фактор “группы” (ТР, РАС) был значим – (F(1,58) = = 10.07; p = 0.001). Фактор “группы” (нРАС, вРАС) не был значим – (F(1,28) = 0.87; p = 0.46), что свидетельствует о недостоверности различий относительно изменения скорости реакции у детей с низкой и высокой выраженностью РАС.

При введении неконгруентного прайм-стимула у ТР детей наблюдалось проявление отрицательного прайминг-эффекта: время реакции достоверно возрастало (t = 1.23; p = 0.03). Фактор “МСИ” для неконгруентных сочетаний стимулов не был значим – F(7,238) = 0.15; p = 0.9, т. е. с ростом МСИ значение времени реакции достоверно не изменялось (рис. 2, Б).

У детей с РАС не наблюдалось достоверного изменения скорости реакции как у детей с нРАС (F(1,16) = 1.23; p = 0.09 – рис. 3, Б), так и у детей с вРАС (F(1,10) = 2.25; p = 0.07 – рис. 4, Б). Увеличение значения МСИ также не сказывалось на величине времени реакции у обеих групп детей (F(7,238) = 0.23; p = 0.24).

Сравнение изменения скорости реакции при использовании неконгруентных сочетаний стимулов у ТР детей и детей с РАС выявил достоверные различия: фактор “группы” (ТР, РАС) был значим – (F(1,58) = 12.25; p = 0.0007). В то же время различия между группами детей с высокими и низкими показателями не наблюдалось – фактор “группы” (нРАС, вРАС) не был значим – (F(1,28) = 1.28; p = 0.24).

Таким образом, при введении неконгруентного прайм-стимула у ТР детей наблюдается проявление отрицательного прайминг-эффекта, тогда как у детей с РАС независимо от тяжести симптомов аутизма прайминг-эффект не проявляется.

Сравнение средних значений времени реакции на конгруентные и неконгруентные сочетания стимулов, предъявляемых в одной серии тестов, у ТР детей выявило два временны́х периода, в которых время реакции в конгруентных и неконгруентных сочетаниях достоверно различается (рис. 2, Б). Первый период – при МСИ, равным 50–100 мс (t = 2.07; р = 0.001), второй период – при МСИ, равным 200–500 мс (t = 3.88; р = 0.001). При МСИ, равным 150 мс, различия между конгруентными и неконгруентными пробами не были достоверны (t = 1.24; р = 0.22).

У детей с РАС не отмечалось достоверных отличий при всех значениях МСИ (t = 0.23; p = = 0.28). Фактор “МСИ” не является значимым для времени реакции у детей с низкими (F(7,142) = = 2.25; p = 0.09) и высокими (F(7,94) = 0.15; p = 0.9) показателями РАС (рис. 3, Б, 4, Б).

Таким образом, по сравнению с ТР детьми у детей с РАС не отмечается никакой временнóй динамики влияния предваряющей экспозиции зрительного изображения на различение звуковых стимулов.

Однако в предыдущих работах [12] было показано, что у детей с РАС можно сформировать гетеросенсорные ассоциации. В связи с этим авторы предприняли попытку в течение 3-х дней одновременно предъявлять звуковые и зрительные стимулы, вырабатывая условнорефлекторные реакции на одновременные комплексные сигналы. После этого проводили тестирование, в течение которого звуковой стимул отодвигали на время, соответствующее МСИ, и анализировали время реакции на конгруентные и неконгруентные сочетания стимулов.

После проведения тренинга у детей с РАС были выявлены заметные улучшения характеристик выполнения задачи. Время реакции на конгруентные сочетания стимулов было достоверно меньше, чем на неконгруентные сочетания стимулов (F(1,28) = 10.6; p = 0.005) у детей как с нРАС, так и с вРАС (рис. 5). При этом у детей с нРАС эффект облегчения, вызванный конгруентной предваряющей зрительной стимуляцией, был достоверным при МСИ, равным 50 мс (t = 8.23; p = 0.001) и в интервале от 150 до 500 мс (t = 9.43; p = 0.001) (рис. 5, А). У детей с вРАС эффект облегчения, вызванный конгруентной предваряющей зрительной стимуляцией, был достоверным при МСИ в интервале 50 до 150 мс (t = = 4.28; p = 0.04) и в интервале от 300 до 500 мс (t = 5.21; p = 0.02) (рис. 5, Б). Интересно отметить, что увеличение времени реакции при МСИ, равным нулю, не наблюдалось как при вРАС (t = 0.13; p = 0.29), так и при нРАС (t = 0.24; p = = 0.38), в отличие от ТР детей (t = 6.23; p = 0.01).

Рис. 5.

Изменение времени реакции на конгруентное и неконгруентное сочетание зрительно-звуковых стимулов после тренировочной сессии у детей с расстройством аутического спектра. А – группа детей с низкими показателями расстройства аутического спектра; Б – группа детей с высокими показателями расстройства аутического спектра. Остальные обозначения см. рис. 2, Б.

Таким образом, после тренировки задачи по распознаванию одновременных гетеромодальных комплексов сигналов у детей с РАС проявляется эффект облегчения реакции на конгруентное сочетание стимулов по сравнению с неконгруентным сочетанием стимулов.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Использование прайминг-парадигмы, в первую очередь, направлено на изучение процессов функциональной настроенности организма на восприятие целевого стимула и организации соответствующей двигательной реакции. В настоящее время существует две группы гипотез, направленных на объяснение процессов, связанных с влиянием прайм-стимулов на характеристики выполнения тестовых заданий. Одна группа гипотез сосредоточена на процессах обработки взаимодействующей информации в восходящих путях сенсорных систем и механизмах распределения непроизвольного внимания [13]. Другая группа гипотез в большей мере направлена на определение роли нисходящего коркового контроля за распределением ресурсов произвольного внимания между уже идентифицированными объектами [2].

Результаты, полученные у ТР детей, свидетельствуют о том, что введение конгруентного зрительного изображения не влияет на точность различения тестовых звуков, но значительно повышает скорость выполнения теста. В то же время предъявление неконгруентных зрительно-звуковых сочетаний приводит к развитию отрицательного прайминг-эффекта относительно точности и скорости реализации условного движения. Подобный характер проявления прайминг-эффекта продемонстрирован в исследованиях, проведенных на подростках и взрослых испытуемых [14, 15].

При определении зависимости скорости опознания тестовых звуков, предваряемых конгруентными и неконгруентными изображениями, от величины МСИ достоверные различия были выявлены при МСИ в двух временны́х интервалах – 50–100 и 200–500 мс.

Нейрофизиологические данные указывают на то, что интервал МСИ до 200 мс связан с процессами установления ассоциации между предваряющей и последующей мономодальной информацией [16]. В том случае, когда предваряющая и последующая информация принадлежат единому интегральному образу, может возникнуть эффект облегчения [5], как и было показано нами при тестировании скорости реакции в первом временнóм окне (в интервале МСИ от 50 до 100 мс). С другой стороны, исследования с измерением временнóй структуры процессов межсенсорной интеграции (TWIN) свидетельствуют о том, что размер временнóго окна, в пределах которого раздражители соотносятся друг с другом, составляет примерно 200 мс [17]. Этот период рассматривается как интервал межсенсорной интеграции [18]. Следовательно, облегчение реакции на конгруентные сочетания в первом временнóм окне может быть связано с анализом гетеросенсорной информации в восходящих путях сенсорных систем и механизмами распределения непроизвольного внимания между взаимодействующими входами [13].

Второе временнóе окно облегчения реакции на конгруентное сочетение гетеромодальных стимулов может быть связано с процессами переключения внимания между идентифицированными звуковыми и зрительными объектами [19]. По-видимому, именно в данном случае можно говорить о включении процессов нисходящей корковой регуляции ресурсов произвольного внимания, когда неконгруентный прайм-стимул инициирует сдвиг внимания, увеличивая время восприятия целевого сигнала, что соответствует модели асинхронного обновления (Asynchronus Updating Model) [2].

Таким образом, данные, полученные при исследовании детей с типичным развитием, свидетельствуют о том, что обе группы гипотез находят подтверждение, но на разных временны́х интервалах между взаимодействующими объектами.

Тестирование детей с РАС показало, что эффект облегчения, наблюдаемый у ТР детей, отсутствует как в первом, так и во втором временнóм окне. Это может свидетельствовать, с одной стороны, о нарушении процессов межсенсорной интеграции, а с другой – об ослаблении способности к переключению внимания между тестовым и прайм-стимулами при расстройстве аутического спектра.

Действительно, анализ литературных данных показывает, что при данном дефекте развития имеет место изменение как сенсорных, так и когнитивных функций. Так, при расстройстве аутического спектра отмечают снижение эффективности процессов межсенсорной интеграции [20]. Эксперименты с использованием парадигмы, известной как индуцированная звуком флеш-иллюзия (SiFi), в которой одна вспышка сопровождается двумя последовательными тонами, а испытуемые сообщают о появлении двух вспышек, показали нарушения проявления иллюзии у детей с РАС [21]. При использовании парадигмы “пип-и-поп”, где отмечают облегчение процесса зрительного поиска при введении релевантного звука, было показано, что взрослые испытуемые и подростки с РАС испытывают значительные трудности при соотнесении временны́х и пространственных параметров разномодальной информации [22]. Данные изменения связывают с ухудшением процессов адаптации к новым условиям, которые выявляются не только при использовании гетеромодальных стимулов, но и при различении сложных зрительных стимулов [23], а также при различении громкости звука [24].

Кроме того, многочисленные исследования показали, что у подростков и взрослых испытуемых с РАС ослаблена не только способность к интеграции, но и имеют место нарушения функции внимания [25, 26]. В условиях прайминг-парадигмы в целом ряде исследований было выявлено нарушение процессов внимания. При этом наблюдаемые отклонения в процессах взаимодействия отдельных потоков информации приводят к нарушению формирования ментальной репрезентации [6–8, 26].

Учитывая эти исследования и, исходя из полученных нами данных, можно предположить, что и в дошкольном возрасте у детей с РАС глубоко нарушены процессы межсенсорной интеграции и распределения внимания. Однако предварительная тренировка детей с использованием одновременного предъявления комплексных зрительно-звуковых сигналов привела к проявлению эффекта облегчения скорости реакции на конгруентное сочетание зрительно-звуковых стимулов как в первом, так и во втором временнóм окне. Длительность и выраженность проявления прайминг-эффекта зависела от тяжести проявления РАС. Это свидетельствует о том, что полное отсутствие эффекта облегчения относительно скорости реакции на конгруентное сочетание стимулов обусловлено скорее нарушением процессов использования предвосхищающих схем при организации антиципационной деятельности у детей с РАС. Нарушение процессов использования априорной информации при аутизме показано в ряде работ [27, 28]. Однако изменение величины первого временнóго окна эффекта облегчения у детей с РАС по сравнению с ТР детьми может свидетельствовать о снижении эффективности процессов межсенсорной интеграции [20, 21]. Тогда как уменьшение выраженности прайминг-эффекта, особенно у детей с вРАС, позволяет предположить снижение эффективности использования процессов внимания [26]. Вопрос о том, насколько эти изменения могут быть обусловлены нарушением механизмов, связанных с использованием сформированных предвосхищающих схем, требует дополнительного исследования.

В заключение нельзя не отметить, что факт улучшения проявления прайминг-эффекта после предварительной тренировки дает возможность для разработки корректирующих методик, которые позволят значительно увеличить эффективность процессов межсенсорной интеграции и внимания у детей с РАС. Как показывают исследования, повышение эффективности процессов межсенсорной интеграции наблюдается уже при трехнедельной тренировке испытуемых с РАС [18].

ВЫВОДЫ

1. При тестировании в условиях прайминг-парадигмы показаны достоверные отличия влияния предваряющей экспозиции зрительного изображения на различение звуковых стимулов у детей с типичным развитием и детей с расстройством аутического спектра.

2. У детей с расстройством аутического спектра отсутствует временнáя динамика эффекта облегчения реакции на конгруентное зрительно-звуковое сочетание стимулов в диапазоне межстимульных интервалов от 0 до 500 мс.

3. Предварительная тренировка детей с расстройством аутического спектра с использованием одновременного предъявления зрительно-звуковых сигналов приводит к проявлению эффекта облегчения реакции на конгруентное сочетание зрительно-звуковых стимулов.

Этические нормы. Все исследования проведены в соответствии с принципами биомедицинской этики, сформулированными в Хельсинкской декларации 1964 г. и ее последующих обновлениях, и одобрены Этическим комитетом Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург).

Информированное согласие. Родители каждого ребенка, участвующего в исследовании, представили добровольное письменное информированное согласие, подписанное ими после разъяснения потенциальных рисков и преимуществ, а также характера предстоящего исследования.

Финансирование работы. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 17-06-00644-ОГН.

Благодарности. Авторы выражают благодарность коллективу начальной школы № 755 “Регионального центра аутизма” (Санкт-Петербург) за предоставленную возможность в проведении исследования.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией данной статьи.