автореферат и диссертация по психологии 19.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Пространственно-временная организация биоэлектрической активности головного мозга студентов в процессе чтения грамматических конструкций на разных языках

Автореферат диссертации по теме "Пространственно-временная организация биоэлектрической активности головного мозга студентов в процессе чтения грамматических конструкций на разных языках"

На правах рукописи

ЧЕРКАСОВА Анна Сергеевна

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ГОЛОВНОГО МОЗГА СТУДЕНТОВ В ПРОЦЕССЕ ЧТЕНИЯ ГРАММАТИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ НА РАЗНЫХ ЯЗЫКАХ

19.00.02 - психофизиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

г 5 ПАР 2015

005561253

Архангельск - 2015

005561253

Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Соколова Людмила Владимировна

Официальные оппоненты:

Филиппов Игорь Владимирович

доктор биологических наук, доцент ГБОУ ВПО «Ярославский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, профессор кафедры нормальной физиологии с биофизикой, 03.03.01 - физиология

Хохлова Лариса Александровна

кандидат биологических наук,

ГБОУ ВПО «Северный государственный

медицинский университет», доцент кафедры

иностранных языков,

19.00.02 - психофизиология

Ведущая организация: Федеральное государственное научное

учреждение «Институт возрастной физиологии» Российской академии образования г. Москва

Защита состоится «14» апреля 2015 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.008.04 на базе Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова по адресу: 163045, Архангельск, проезд Бадигина, д. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» и на сайте www.narfu.ru

Автореферат разослан «13» марта 2015 г.

Ученый секретарь ^^¿ 'у?

диссертационного совета ' Л ^ Старцева Лариса Федоровна

с/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В современных условиях социально-экономического и культурного развития нашей страны уровень владения иностранным языком (в частности английским) приобретает все большее значение (Алпатов В.М., 2012; Залевская A.A., 2008). На сегодняшний день актуально исследование процесса чтения не только на русском, но и на иностранном языке. По данным М. Либбен (Libben М„ 2009), больше половины людей на планете говорит более чем на одном языке. Однако, несмотря на обилие отечественных и зарубежных работ, посвященных конкретно изучению второго языка или особенностям чтения на родном языке, многие из них являются сугубо психологическими или лингвистическими, без упора на материальный субстрат, лежащий в основе физиологических механизмов вербальной деятельности (Жупанова Е.Л., 2007; Соколова Т.А., 2009; Тылец В.Г., 2002). В свою очередь, нейрофизиологические исследования зачастую не придают особого значения важным с точки зрения лингвистики деталям в структуре речевых сообщений (Иванов В.В., 2004; Мильруд Р.П., 2008; Розанова С.П., 2005, Салихова Э.А., 2009; Bierwisch М„ 2010; Cantone К., 2007).

Существует множество отечественной и зарубежной литературы, посвященной проблеме человеческого языка, этот феномен интересует ученых из самых разных областей наук: лингвистики, биологии, философии. За последние годы к обычной лингвистике прибавились такие префиксы как психо- и нейро-, что является показателем сложности феномена языка как объекта исследования, который требует глубокого междисциплинарного изучения. Глобальные биологические вопросы, которые ставят перед собой исследователи языка - это факторы, влияющие на усвоение и развитие родного и иностранных языков; мозговые механизмы, которые обеспечивают речь. И если с факторами в некоторой степени все понятно, то нейрофизиологические механизмы до сих пор раскрыты не полностью, а выдвинутые по данному аспекту гипотезы весьма противоречивы (Лурия А. Р., 1975; Цицерошин М. Н., 2000; Черничкина Е. К., 2010; Dijkstra Т., 2000; Pulvermüller F., 1999).

Современный подход к анализу любой когнитивной деятельности требует детального изучения взаимодействия и участия определенных структур мозга в создании единой функциональной системы, реализующей эту функцию. Когнитивная деятельность имеет широкий спектр электрофизиологических коррелятов, отражающих различные стороны функционирования базисных нейрофизиологических механизмов. Современные методы магнитно-резонансная томография, электроэнцефалография (ЭЭГ), вызванные потенциалы позволяют получать информацию о работе головного мозга без внедрения в организм человека (Brown Т. et al., 2004). ЭЭГ содержит информацию о ритмической организации электрической активности мозга, а также о кортико-субкортикальных и кортико-кортикальных связях в мозге. Специфика ЭЭГ состоит в том, что использование определенных методов обработки биоэлектрической активности (БЭА) мозга позволяет не только локализовать функциональную систему, но и выявить особенности

взаимодействия составляющих ее структур. Наиболее перспективным подходом к решению этой проблемы является идея о том, что образование функциональной связи между отделами мозга отражается в синхронизации их электрической активности (Борисюк Г.Н., 2002; Николаев А.Р., 2000; Weiss S., 1998). Было установлено, что синхронизация электрической активности мозга необходима при связывании частей зрительного объекта в одно целое для появления осознанного зрительного ощущения, для согласования активности зрительной и моторной коры при выполнении движений под контролем зрения (Classen J. et al., 1998), для интеграции соматосенсорной и зрительной коры в процессе ассоциативного обучения (Николаев А.Р., 2000). Обычно в большинстве исследовательских работ в качестве когнитивной нагрузки используются отдельные слова (например, при изучении прайминг-эффекта), предложения (например, в исследованиях механизмов и алгоритмов поиска грамматических и семантических ошибок) или же целые тексты (Basnight-Brown D., Altarriba J., 2008; Rodriguez-Fornells A. et al., 2002; Schoonbaert S., 2009). Было выявлено, что мозговые структуры имеют различные паттерны активации при обработке текстов, единичных слов разных категорий и псевдослов (Pallier С., 2011; Zaidel Е„ 2008).

Однако между текстом и словом существуют промежуточные грамматические конструкции, например, словосочетания, состоящие из нескольких слов, но еще не образующие текст. В связи с вышеизложенным актуальным является изучение функционального взаимодействия структур головного мозга при обработке отдельных составляющих речевого сообщения на разных языках.

Цель и задачи исследования. Цель работы - выявить особенности пространственно-временной организации БЭА мозга студентов в процессе чтения грамматических конструкций на русском и английском языках.

Для реализации цели поставлены следующие задачи:

1) Выявить типы ассоциативных реакций на слова-стимулы русского и английского языка у студентов в зависимости от уровня владения иностранным языком;

2) Изучить пространственно-временную организацию БЭА в процессе чтения грамматических конструкций на русском языке у студентов в зависимости от уровня владения иностранным языком;

3) Определить показатели функционального взаимодействия корковых зон в процессе чтения грамматических конструкций на английском языке у студентов в зависимости от уровня владения иностранным языком;

4) Сравнить показатели реорганизации БЭА головного мозга у обследованных студентов при чтении грамматических конструкций на родном и иностранном языках.

Положения, выносимые на защиту:

1. Пространственно-временная организация биоэлектрической активности головного мозга студентов с высоким уровнем владения иностранным языком при чтении словосочетаний независимо от типа грамматических конструкций и языка, характеризуется экономным

вовлечением корковых структур, свидетельствующим об эффективных способах обработки информации.

2. Специфика функциональной организации головного мозга в процессе чтения грамматических конструкций на английском языке у студентов с низким уровнем владения английским языком характеризуется активацией зрительной коры, что связано с обработкой вербальных символов и синтаксических структур, закодированных по правилам отличным от правил родного языка.

3. При освоении иностранного языка наибольшее влияние на пространственно-временную организацию мозга в процессе чтения оказывает фактор самого языка, а не тип грамматических конструкций.

Новизна. Впервые установлена структура функциональной организации корковых взаимодействий головного мозга студентов с разным уровнем владения иностранным языком при восприятии грамматических конструкций на русском и английском языках. Выявлено, что функциональная организация БЭА головного мозга студентов характеризуется различной активацией при декодировании грамматических конструкций в пределах родного языка: парадигматические конструкции являются более сложными для обработки, их декодирование вызывает увеличение пространственной синхронизации между областями коры больших полушарий по сравнению с синтагмами. Новизну исследования определяет также то, что впервые выявлен специфический вклад активации полушарий мозга в организацию процесса восприятия и обработки разных грамматических конструкций на родном и иностранном языках. Показано, что функциональные перестройки корковых взаимодействий головного мозга студентов, не владеющих иностранным языком на профессиональном уровне, не зависят от типа грамматических конструкций, а определяющим фактором является непосредственно чтение на иностранном языке.

Научно-практическая значимость. Полученные данные дополняют современные представления о функциональной организации мозговых структур при реализации вербальной деятельности человека. Результаты исследования расширяют имеющиеся сведения нейрофизиологии и психофизиологии об особенностях процесса обработки отдельных составляющих речевого сообщения на разных языках. Выявленные функциональные перестройки БЭА мозга в процессе декодирования простых грамматических конструкций на русском и английском языках позволяют уточнить организацию чтения и понимания речевого сообщения, закодированного по системе и правилам определенного языка. Результаты исследования показателей ассоциативного теста и электрофизиологического обследования студентов при чтении на иностранном языке в дальнейшем могут быть использованы для методических рекомендаций в процессе обучения второму языку. Так, исходя из полученных данных о напряжении зрительной системы в процессе чтения на английском языке, преподавателям может быть рекомендовано использование более разнообразного стимульного материала, помимо текстового, с целью

перераспределения сенсорных потоков и интеграции поступающей вербальной информации.

Результаты исследования используются в учебном процессе при преподавании дисциплин «Физиология ВНД и сенсорных систем», «Психофизиология», «Когнитивная психофизиология» для обучающихся по биологическим специальностям в институте естественных наук и технологий САФУ имени М. В. Ломоносова (акт внедрения от 29.09.14).

Исследование выполнено в рамках государственного задания Министерства образования РФ проект № 2593 «Системная организация когнитивной деятельности человека» (2012-2014).

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на I региональной молодежной научно-практической конференции «Актуальные проблемы физиологии человека на Севере» (Архангельск, 2010); X Всероссийской молодежной научной конференции «Физиология человека и животных: от эксперимента к клинической практике» (Сыктывкар, 2011); V международной конференции по когнитивной науке (Калининград, 2012, 2014); Всероссийской молодежной научно-практической конференции «Адаптация человека на Севере: медико-биологические аспекты» (Архангельск, 2012); XXII Съезде Физиологического общества имени И.П. Павлова (Волгоград, 2013); X международной научно-практической конференции «Наука и технологии: шаг в будущее» (Прага, 2014); заседаниях Ученого совета института медико-биологических исследований САФУ имени М.В. Ломоносова (2011-2014). Результаты диссертационного исследования отражены в 9 публикациях, в том числе 2 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 120 страницах машинописного текста, состоит из введения, трех глав, заключения, выводов и приложения. Работа иллюстрирована 11 таблицами и 20 рисунками. Библиографический список включает 220 источников литературы (из них 104 отечественных и 116 зарубежных авторов).

ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Участники. На добровольной основе было обследовано 82 русскоязычных студента САФУ имени М.В. Ломоносова, средний возраст 20,4±0,22 года. Все студенты дали информированное согласие на участие в исследовании. На момент обследования были практически здоровы, без черепно-мозговых травм и других нарушений центральной нервной системы (ЦНС) в анамнезе. Участники имели нормальное или скорректированное до нормального зрение и являлись праворукими. Исследование проводилось с соблюдением всех принципов Хельсинкской Декларации 2000 г.

Каждому участнику перед обследованием предлагалось заполнить небольшую анкету, содержащую следующие вопросы: занимается ли студент английским дополнительно (помимо учебной программы), может ли свободно говорить на английском, нравится ли ему изучать иностранный язык, трудно ли

дается изучение, пригодится ли ему знание иностранного языка в будущем. Назначение данной анкеты заключалось во вспомогательной функции, позволяющей распределить студентов на группы, а также для выявления личного отношения обследуемого к изучению английского языка.

В результате анкетирования студенты были разделены на две группы: обучающиеся, чья специальность напрямую связана с изучением иностранных языков и прежде всего английского - группа I, с высоким уровнем владения иностранным языком; студенты, которые изучали английский язык только в рамках базового школьного и университетского курсов - группа II, с низким уровнем владения иностранным языком.

Результаты анкетирования показали, что в группе I более половины (63,0%) студентов занимаются английском языком дополнительно. Большинству из них нравится изучение английского языка (97,0%), что логично, так как они выбрали специальность, связанную с иностранными языками.

Методика свободного ассоциативного теста предназначалась для выявления степени владения иностранным языком. Тест состоял из 25 слов-стимулов на каждом языке (Бизюк А.П., 2005). Ассоциации требовалось дать на том же языке, что и стимульное слово. Каждая ответная реакция одновременно оценивалась с позиции грамматической и логической градаций. Грамматической тип представлен синтагматическими и парадигматическими реакциями (например, «собака-лает» и «собака-преданность» соответственно), логический тип - центральными и периферическими (например, «собака-лает» и «собака-корабль» соответственно). При расчетах учитывалось и количество отказов. Обследуемых также спрашивали о том, переводили ли они английские слова-стимулы в преддверии ответа.

Регистрация электроэнцефалограммы производилась в состоянии спокойного бодрствования при открытых глазах (фоновое состояние) и в ситуациях чтения про себя словосочетаний на русском и английском языках. Запись ЭЭГ проводилась по стандартной системе «10-20» с помощью компьютерного электроэнцефалографа №иго5соре-416 (НПФ Биола, Россия) с использованием серебряных чашечковых электродов монополярно с объединенным ушным электродом от симметричных отведений затылочных (01/2), теменных (Р3/4), центральных (С3/4), лобных (Р3/4), передневисочных (Т3/4) и височно-теменно-затылочных (ТРО^) - согласно методу Бетелевой Т.Г. (1983). В качестве референтных использовались разделенные ушные электроды (А1, А2). Запись ЭЭГ производилась в полосе пропускания 3-35 Гц. Эпоха анализа составляла 2,56 с. Реорганизация биоэлектрической активности мозга исследовалась в частотных диапазонах тета-, альфа- и бета-колебаний (4-7 Гц, 8-13 Гц, 14-35 Гц, соответственно). ЭЭГ-обследование проведено у 50 студентов (15 - из группы I и 35 - из группы И).

Для последующего анализа данных вычислялись оценки функции когерентности (КОГ) анализируемых диапазонов частот для межполушарных (6), всех внутриполушарных (30) и межполушарных диагональных (30) пар отведений. Когерентность отражает функциональное взаимодействие корковых

зон в рамках выполнения определенной функции и служит количественным показателем уровня интегративной деятельности структур мозга (Захаров С.М., 2000). Рост значений оценки максимума функции КОГ указывает на усиление взаимодействия между двумя зонами коры головного мозга. «Распад» связей между определенными областями головного мозга указывает на спад сопряженной активности полушарий и усилением роли специализаций гемисфер для реализации когнитивной задачи (Бахтин О.М., 2010; Каплан А.Я., 2003). Для выявления пространственно-временной структуры взаимодействия основных областей головного мозга в процессе чтения словосочетаний, оценивалась статистическая значимость изменений функции КОГ.

Задание на чтение включало в себя четыре набора словосочетаний, напечатанных черным цветом 14 кеглем Times New Roman с интервалом 1,5 на белой бумаге формата A4. Участников просили прочесть предложенные последовательности грамматических конструкций про себя, в своем обычном темпе, как если бы они читали художественную книгу в течение двух минут. В обоих языках использовалось два типа словосочетаний: синтагматический и парадигматический. Парадигматическая организация языка - это включение слова в известную систему противопоставлений или в известную иерархическую систему кодов (например, «брат отца»). Синтагматический принцип заключается в том, что в основе организации высказывания лежит не иерархия противопоставления, а плавные переходы от одного слова к другому (например, «собака лает»). Выбор в качестве когнитивной нагрузки не связанных между собой словосочетаний на обоих языках обусловлен тем, что в языке многие слова полисемантичны, поэтому словосочетание является наименьшей грамматической конструкцией, ограничивающей семантику слова и при этом не создающей сюжета, в отличие от текста. Контекст, пусть даже минимально возможный является важным с точки зрения уменьшения многозначности слов (Kecskes I., 2007). Декодирование речевого сообщения никогда не протекает на чистом фоне и отдельные фрагменты сообщения могут легко спровоцировать побочные ассоциации и стереотипы (Лурия А.Р., 1975). Исходя из вышесказанного, мы попытались по возможности «уменьшить» влияние потенциально эмоционального компонента и те процессы памяти, которые необходимы для удержания определенной информации по ходу чтения всего текста. По сути, словосочетание - это грамматическая конструкция, состоящая из минимального количества слов, но способная отобразить признаки аналитической и синтетической языковых групп, к которым относятся английский и русский соответственно (Бонк H.A., 2001). Процесс декодирования сложного речевого сообщения включает три этапа: выделение точного значения отдельных лексических единиц (слов); усвоение их синтаксической связи; выделение общего смысла сообщения (Лурия А.Р., 1975). Отсутствие смысловой связи в наборах словосочетаний подразумевало возможность выявить изменения биоэлектрической активности корковых структур головного мозга, связанные с анализом и обработкой простейших грамматических конструкций на уровне «существительное - существительное» (парадигмы) или «существительное — глагол» (синтагмы).

Статистический анализ результатов исследования проводился с применением лицензионного набора компьютерных программ SPSS 22.0 для Windows. Статистический анализ номинативных данных ассоциативного теста проводился с использованием критерия у2, количественных данных (количество ответов) - с помощью непараметрического критерия Манна-Уитни. Для наглядности результаты анализа конвертировались в процентные показатели. Анализ показателей пространственной синхронизации биопотенциалов зон коры мозга в разных экспериментальных ситуациях проводили как внутри группы, так и между группами после проверки на нормальность распределения и равенство дисперсий с использованием тестов Шапиро-Уилка (Shapiro-Wilk's test) и Ливена (Levene's test) соответственно. В том случае, если распределение признаков в выборке значимо отличалось от нормального, производились дополнительные процедуры (отсеивание экстремальных значений, извлечение корней) способствующие выравниванию распределений. В дальнейшем все процедуры статистического анализа проводились с использованием нормированных выборок, что позволило использовать в качестве характеристики данных средние значения (М) и среднеквадратичные отклонения (а). Значимость внутригрупповых различий в экспериментальных ситуациях оценивалась с использованием параметрического t-критерия Стьюдента для связанных выборок. Анализировали все записи ЭЭГ в каждой группе. Для реализации межгруппового сравнения было решено уравнять группы количественно с помощью программы Research Randomizer. В результате из 35 записей ЭЭГ группы II случайным образом было отобрано 15, которые и были использованы в статистической обработке наиболее чувствительным t-критерием Стьюдента. Различия считались статистически значимыми при величине вероятности ошибочного принятия нулевой гипотезы о равенстве генеральных средних р<0,05 (Бююль А., Цефель П., 2005; Наследов А.Д., 2007; Cleophas Т., 2010).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Анализ данных ассоциативного теста показал, что слова-стимулы на английском языке вызвали значительные трудности у большей части студентов группы И, что подтверждается довольно большим числом отсутствия ответа (42,0%, включающих незнание английского слова / отсутствие ассоциации / ассоциацию на русском языке) (таблица). Центральные и парадигматические реакции на английские стимулы в этой группе студентов составили менее 50,0% от общего числа ответов, что ниже нормы (Попова Т.В., 2011). Снижение количества центральных и парадигматических реакций связано с тем, что обследуемые затруднялись дать четкие конкретные характеристики английского слова-стимула, поэтому в ответах преобладали реакции, логически слабо связанные со словами-стимулами.

Таблица

Количество студентов с разными типами ассоциативных реакций на _слова-стимулы английского языка _

Типы ассоциативных реакций Группа I (%) Группа II (%) Достигнутый уровень значимости, р

Логические Центральные 75,0 27,0 <0,001

Периферические 12,0 31,0 <0,001

Грамматические Синтагматические 19,0 12,0 0,034

Парадигматические 68,0 46,0 <0,001

Отсутствие ответа 13,0 42,0 <0,001

Не исключено, что в некоторых случаях студенты называли английские слова, которые удалось вспомнить на момент вопроса, поэтому и произошло увеличение периферических реакций. Такая скачкообразность мыслительных процессов свидетельствует о недостаточном знании и невысоком уровне владения вторым языком. Это подтверждается и ответами на вопрос переводят ли респонденты английские слова сначала на русский язык, чтобы дать ассоциацию на английском: 82,0 % студентов группы II для ответа постоянно переводили про себя иностранное слово на русский и лишь 6,0 % - не совершали перевода вообще. В группе I у 25,0 % респондентов - всегда возникали ассоциации сразу на английском языке, у 62,5 % - отмечен перевод стимулов в некоторых случаях и 12,5 % - всегда переводили про себя английское слово.

Анализ показателей ЭЭГ студентов группы II в ситуации чтения словосочетаний синтагматического типа на русском языке по сравнению с фоновым состоянием обнаружил усиление синхронного взаимодействия в тета-диапазоне между контрлатеральными фронтальными и затылочными отведениями обоих полушарий (р<0,05), а также между левой теменной и правой височной областями (р=0,009). Простые синтагматические конструкции русского языка составляют основную часть живой речи и являются наиболее естественными, тем не менее, даже на уровне обработки простых словесных конструкций необходима совместная работа обоих полушарий, о чем свидетельствует взаимодействие между лобными и затылочными зонами. Анализ показателей пространственной синхронизации в бета-диапазоне ЭЭГ обнаружил рост степени КОГ только в связях левой центральной области с правыми затылочной (р=0,05) и височно-теменно-затылочной (р=0,012). Не исключено, что активация левой центральной (моторной) области в бета-диапазоне связана с присутствием глаголов в синтагматических словосочетаниях. В процессе чтения русских словосочетаний, представляющих отношения объектов (парадигмы), по сравнению со спокойным бодрствованием наиболее реактивными оказались колебания тета-диапазона ЭЭГ. Наблюдалось значимое увеличение степени КОГ диагональных связей между фронтальными и затылочными областями (р<0,05), левой теменной и правой височной зонами

и

(р=0,001), а также выявлено усиление взаимодействия контрлатеральных зон коры, которые образовали фокус активности в переднеассоциативных областях. Феномен тета-активности помимо общепризнанной связи с эмоциональным состоянием может также рассматриваться как показатель рабочего напряжения, усиления внимания при когнитивных нагрузках (Коробейникова И.И., 2011; Кошельков Д.А., 2010).

В ситуации чтения синтагм на английском языке по сравнению с состоянием спокойного бодрствования у студентов с низким уровнем владения иностранным языком было выявлено статистически значимое повышение уровня синхронной активности в тета-диапазоне между затылочными зонами коры больших полушарий (с 0,36 до 0,41, р=0,023), между левой лобной и правой височной областями (с 0,16 до 0,20, р=0,003) (рис. 1). Выявлено усиление связей постцентральных областей в полосе частот бета-колебаний ЭЭГ. Синхронизация работы затылочных областей во всех исследуемых диапазонах отличалась достаточно высокими по сравнению с остальными областями значениями КОГ, что может свидетельствовать об усилении зрительного гнозиса, необходимого для постоянного обмена потоком графической информации, которая поступает в оба поля зрения (суть в оба полушария) и к тому же закодирована символами иностранного языка. Подключение лобных структур обеспечивает торможение возникновения бесконтрольных побочных ассоциаций (Бетелева Т.Г., 2002; Кабардов М.К., 2013; Лурия А.Р., 2002).

Рисунок 1. Пространственное распределение статистически значимых различий показателей КОГ ЭЭГ студентов группы II в процессе чтения словосочетаний на английском языке по сравнению с фоном.

Обозначения: сплошная линия указывает на рост степени синхронизации между отведениями; А - тета-диапазон, В - бета-диапазон ЭЭГ.

При чтении английских парадигм по сравнению с фоновым состоянием у студентов группы II в тета-диапазоне ЭЭГ сохранялась связь между зрительными областями (с 0,36 до 0,40 при р=0,039) аналогично ситуации при чтении английских синтагм. Вовлеченность переднеассоциативных структур

А

Синтагмы

В

А

Парадигмы

мозга (РЗ-02, р=0,001; Р4-01, р=0,001; ТЗ-Р4, р=0,026) в обработку анализируемых грамматических конструкций связана с актуализацией процессов памяти и повышением произвольности деятельности. Рост КОГ между дистантными контрлатеральными отведениями в ситуациях чтения на иностранном языке возможно связан с тем, что во-первых, английский язык имеет более сложную систему времен глаголов, а во-вторых, в русском языке нет морфологической единицы, идентичной артиклю, что лишает респондента опоры на родной язык и создает дополнительные трудности декодирования. Процесс обработки грамматических конструкций предъявляемых обследуемым требует совместной работы разных областей обоих полушарий головного, мозга. Репрезентации конкретных существительных, используемых в наборах словосочетаний, вероятнее всего распределены билатерально, и имеют тесную связь с ансамблями нейронов, связанными с работой правого полушария (Ппс1е11 А., 2006).

При сравнении показателей КОГ в ситуациях чтения словосочетаний в пределах одного языка (синтагмы уб парадигмы) у студентов группы II было выявлено, что чтение парадигм на русском языке сопровождается усилением синхронного взаимодействия зон переднеассоциативных отделов коры на частоте тета-колебаний, что может быть связано не только с эмоциональным напряжением и удержанием внимания, но и с обработкой окончаний слов, определением падежей, отношений объектов друг к другу (рис. 2). Выявлено усиление функциональных связей между левым височным и правым лобным (р=0,007), левыми височным и центральным (р=0,002), левым височным и теменным (р=0,037) отведениями. Наибольшие изменения значений КОГ были зафиксированы между контрлатеральными центральными зонами (р=0,036) и между правыми фронтальной и височной (р=0,047).

Рисунок 2. Пространственное распределение статистически значимых различий показателей КОГ по тета-диапазону ЭЭГ студентов группы II в процессе чтения парадигм по сравнению с синтагмами на русском языке.

Обозначения: сплошная линия указывает на рост степени синхронизации между отведениями.

Поскольку русский язык относится к группе синтетических языков, формы слов имеют большое значение для определения смысловой нагрузки и довольно

сложны для распознавания (например, «брат отца» и «отец брата»), следовательно, требуют больше задействованных ресурсов и контроля при обработке. В аналогичном сравнении показателей КОГ при обработке грамматических конструкций на английском языке не было получено значимых статистических различий, что может свидетельствовать о том, что чтение на иностранном языке для студентов нелингвистических специальностей является сложной задачей в целом, невзирая на тип конструкции. Полученные данные согласуются с результатами, описанными Залевской A.A. (2008), где указывается, что процессы обработки мозгом родного и иностранного языков различаются не столько качественно, сколько количественно, и обработка символов иностранного языка сопровождается большей мобилизацией ресурсов.

В группе I статистический анализ не показал значимого роста КОГ во всех ситуациях чтения по сравнению с фоновым состоянием. Это связано с изначально высокими фоновыми показателями БЭА мозга данной группы во всех исследуемых диапазонах ЭЭГ. Вероятно, устная инструкция о предстоящем языковом задании на русском и английском языках непосредственно перед записью ЭЭГ мотивировала студентов, способствуя избыточной мобилизации для выполнения когнитивной задачи, связанной с языком. Кроме того, предложенные наборы словосочетаний оказались, по-видимому, для студентов группы I значительно легче ожидаемого, поэтому вместо роста синхронного взаимодействия между зонами коры больших полушарий происходит спад уровня синхронной работы областей, очевидно, с целью перераспределения функциональной нагрузки, направленного на усиление взаимодействия определенных «компетентных» для каждой когнитивной задачи зон коры.

Сравнение показателей КОГ при чтении разных грамматических конструкций на русском языке у студентов I группы обнаружило, что обработка русских парадигм по сравнению с синтагмами вызвала рост синхронного взаимодействия между отведениями на всех исследуемых частотных диапазонах. Наблюдалось усиление функциональных внутриполушарных связей в тета-диапазоне: левой центральной и левой затылочной (с 0,17 до 0,25, р=0,048); правой центральной с правыми теменной (с 0,52 до 0,57, р=0,036) и теменно-височно-затылочной (с 0,25 до 0,30, р=0,043); правыми затылочной и височно-теменно-затылочной (с 0,17 до 0,61, р=0,05). В диапазоне альфа-частот происходило усиление синхронной работы между межполушарными лобными (с 0,42 до 0,48, р=0,015) и теменными зонами (с 0,48 до 0,53, р=0,025), а также между лобной и височно-теменно-затылочной (с 0,15 до 0,20, р=0,012), центральной и височной областями правого полушария (с 0,29 до 0,37, р=0,012). В бета-диапазоне преобладали диагональные связи. Еще в работах Ливанова М.Н. (1972) отмечалось, что простые задачи вызывают диффузную синхронизацию мозговых потенциалов, тогда как при более сложных задачах синхронизация ограничена определенными областями. Несомненно, что чтение словосочетаний парадигматического типа на родном языке не являлось чрезмерно трудной

задачей (но все же более трудной по сравнению с чтением русских синтагм) для русскоязычных студентов, тем не менее, потребовалось усиление ряда функциональных связей коры головного мозга для выполнения этой когнитивной задачи.

Поскольку группы студентов изначально отличались по фоновым показателям БЭА и сравнение результатов полученных в исследуемых ситуациях между группами представлялось не совсем корректным, было принято решение в расчете разниц между показателями КОГ в фоновом состоянии и каждой из четырех экспериментальных ситуаций по формуле |А|срКОГ=81Ти—ФОН, которые использовались для межгруппового сравнения. Данный анализ позволил выявить величину изменений КОГ в каждой группе при переходе от состояния спокойного бодрствования к когнитивной нагрузке и использовать этот показатель для межгруппового сравнения.

Статистический анализ межгрупповых различий показателей |Д|срКОГ для всех исследуемых ситуаций на обоих языках обнаружил увеличение функционального взаимодействия между областями коры мозга у студентов с низким уровнем владения иностранным языком. Сравнение разниц КОГ при переходе от фона к чтению словосочетаний «существительное-глагол» на английском языке между группами выявило значимые различия в тета-диапазоне в межполушарных парах центральных (р=0,011) и затылочных отведений (р=0,046) (рис.3). Большие значения КОГ обнаружены между диагональными левой височной и правой височно-теменно-затылочной (р=0,012); левой центральной и правой теменной (р=0,003) областями в группе II.

Tema Альфа Бета

Рисунок 3. Статистически значимые различия изменений КОГ ЭЭГ обследуемых групп при переходе от фона к чтению английских синтагм. Обозначения: Сплошная линия указывает на более высокие показатели пространственной синхронизации у студентов группы II по сравнению с группой I.

Увеличение синхронной работы зон коры мозга в альфа-диапазоне ЭЭГ выявлено в левой фронтальной и правой теменной областях (р=0,045) и правых фронтальной и затылочной (р=0,047). Также у студентов группы II при чтении синтагм на английском языке в бета-диапазоне ЭЭГ наблюдалась активация биопотенциалов мозга правого полушария в парах C4-TPOd (р=0,004), ТРОсГР4 (р=0,026), Р4-С4 (р=0,016). Декодирование синтагматических конструкций на иностранном языке характеризовалось вовлечением центральных корковых зон в образование функциональных связей с другими зонами мозга. Активность моторных областей, по всей вероятности, связана с процессами обработки слов, обозначающих действия, в предложенных парах «существительное-глагол», также в литературе имеются данные об участии моторных областей в ситуациях декодирования вербальных символов, вызывающих трудности чтения и понимания (Tremblay Р., 2011). Английский глагол настоящего времени, состоящий из нескольких слов - глагольная группа, чаще всего не воспринимается русскоязычными студентами как единая структура, где основным аспектом является не грамматический разбор, а понимание общего смысла фразы. Поэтому образование функциональных связей с вовлечением отведений правого полушария при декодировании английских синтагм возможно связано с поиском понимания смысла слов. По данным клинических исследований известно, что при поражениях правого полушария пациенты становятся чрезвычайно болтливы, что предполагает наличие тормозящего влияния, которое правая гемисфера оказывает на вербальную активность левого полушария (Кабардов М.К., 2013)

Задание на чтение английских парадигм также обнаружило большие значения когерентного взаимодействия по всем исследуемым частотным диапазонам ЭЭГ у студентов группы II по сравнению с показателями студентов группы I (рис. 4).

Tema Альфа Бета

Рисунок 4. Статистически значимые различия изменений КОГ между обследуемыми группами при переходе от фона к чтению английских парадигм. Обозначения: Сплошная линия указывает на более высокие показатели пространственной синхронизации у студентов группы II по сравнению с группой I.

Наибольшие различия были выявлены в тета- и альфа-диапазонах БЭА мозга. Так, в группе II на частотах 4-7 Гц большие значения КОГ наблюдались в диагональных связях: правой лобной с левыми центральной (р=0,007) и теменной (р=0,044); правой височной с левыми центральной (р=0,046) и теменной (р=0,039). БЭА мозга обследованных группы II также отличалась генерализованной активностью в альфа-диапазоне с подключением дистантно расположенных ипси- и контрлатеральных областей обоих полушарий.

Межгрупповые сравнения выявили более значительные изменения в реорганизации функционального взаимодействия корковых зон во всех исследуемых диапазонах ЭЭГ студентов группы II при переходе от состояния спокойного бодрствования к чтению на разных языках. Обнаруженная высокая нейронная активность корковых ансамблей в альфа-диапазоне, по всей вероятности, свидетельствует о неспецифическом внимании и психоэмоциональном напряжении студентов с низким уровнем владения иностранным языком. Во всех случаях, как то русские синтагмы, парадигмы и английские парадигмы, функциональная организация коры головного мозга студентов группы II характеризовалась большей синхронностью нейронных процессов зон левой гемисферы, с некоторыми вариациями, но всегда с включением височной области. Однако при обработке английских синтагм возрастала синхронная активность в правом полушарии, которое обладает более широкими семантическими полями и позволяет обнаружить дистантные и неявные связи между понятиями (Поляков В.М., 2006; Веешап М., 1993, 1998; Иванов В.В., 2004; Шеповальников А.Н., 2004; Вогк М., 2010). Учитывая также способность правого полушария к целостному симультанному восприятию слов и простых словосочетаний (Траченко О.П., 2001; 1лпс1е11 А., 2006), можно предположить, что выявленная у студентов группы II активация правой гемисферы обеспечивает более глобальную обработку вербальных стимулов на английском языке.

Левое полушарие активно использует логические механизмы жестких трансформационных преобразований такого типа, которые моделируются в современных порождающих грамматиках, с их разграничением глубинных и поверхностных структур. Правое же полушарие этими механизмами не владеет. Оно опирается на обобщенный, приблизительный и более простой механизм. Для обработки синтаксической структуры речевого сообщения в левом полушарии существует система тонких алгоритмических, формальнологических операций, базирующаяся на жестких правилах трансформационных преобразований. В правом же полушарии существует система грубых, обобщенных операций обработки синтаксической структуры сообщения, базирующаяся на механизме, напоминающем актуальное членение (Сахарный Л.В., 1994). Реальным кажется алгоритм работы, в котором правая гемисфера предоставляет весь спектр значений слов, а левое выбирает верное по смыслу, ориентируясь на контекст (в нашем случае на смысловую нагрузку слова в рамках конкретного словосочетания). Понимание данных механизмов может быть полезно в решении теоретических и практических задач, связанных с эффективностью обучения.

Языки, в которых написание слов соответствует произношению обрабатываются благодаря правилу графем-фонемной конвертации, так как связи между буквами и звуками прямые и недвусмысленные. Это так называемый «фонологический путь», или нелексический доступ (Stewart Е., Kroll J., 1994; Coltheart М., 2001; Jong Т., 2009). Для процесса декодирования речевых сообщений на языке, не имеющем четкого соответствия букв и звуков (английский) не характерна такая стратегия (Ziegler J., 2001). Если учесть данные о том, что правое полушарие работает только с лексическим доступом и сразу же конвертирует напечатанное слово в его значение (графема - значение в ментальном лексиконе) (Lindell А., 2006; Zaidel Е., 2008), то вполне вероятно, что, не зная точного значения многих слов, студенты группы II пытаются использовать правополушарную стратегию декодирования такого типа грамматических конструкций.

ВЫВОДЫ

1. Чтение словосочетаний на английском языке, независимо от уровня владения языком у обследуемых групп, представляет сложную когнитивную задачу в целом, не обнаруживая дифференцировки по типу грамматических конструкций.

2. Функциональная организация корковых взаимодействий при декодировании парадигматических конструкций русского языка по сравнению с синтагматическими сопровождается большей мобилизацией ресурсов головного мозга в обеих группах студентов.

3. Пространственно-временная организация БЭА мозга студентов нелингвистических специальностей в процессе чтения словосочетаний на разных языках сопровождается генерализованной активацией коры с выраженным усилением лобно-затылочных контрлатеральных связей между областями головного мозга и ростом синхронности нейрональной активности в области зрительной коры в ситуациях обработки грамматических структур на английском языке.

4. Выявлено преобладание центральных ассоциативных реакций на родном и иностранном языке у студентов, хорошо владеющих английским языком. Студенты с низким уровнем владения вторым языком характеризуются большим количеством периферических ассоциаций на английском языке.

5. Функциональная организация БЭА мозга студентов, хорошо владеющих английским языком, в процессе чтения всех типов словосочетаний на родном и иностранном языках характеризуется экономизацией ресурсов нервного субстрата, выраженной в снижении степени когерентного взаимодействия между отведениями.

СПИСОК НАУЧНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Черкасова A.C. ЭЭГ характеристики мозга взрослого человека в процессе чтения. / А. С. Черкасова // Актуальные проблемы физиологии человека на Севере: материалы I Региональной молодежной научно-практической конференции. - Архангельск, 2010.-С. 110-113.

2. Черкасова A.C. Динамика спектральных характеристик биоэлектрической активности мозга в процессе чтения у студентов / A.C. Черкасова // Физиология человека и животных: от эксперимента к клинической практике: материалы X Всероссийской молодежной научной конференции. - Сыктывкар, 2011. - С. 235-237.

3. Соколова Л.В. Реорганизация биоэлектрической активности мозга студентов в процессе чтения текстов на русском и английском языках / Л.В. Соколова, A.C. Черкасова // Пятая международная конференция по когнитивной науке: тезисы докладов. - Калининград, 2012. - С. 638-639.

4. Соколова Л.В. Функциональное взаимодействие корковых зон головного мозга студентов в процессе чтения на русском и английском языках. /Л.В. Соколова, A.C. Черкасова // Вестник Северного (Арктического) федерального университета. Серия «Естественные науки». - 2012. - №3 - С. 59-65.

5. Черкасова A.C. Ассоциативные реакции студентов на слова русского и английского языка / A.C. Черкасова // Адаптация человека на Севере: медико-биологические аспекты: материалы Всероссийской молодежной научно-практической конференции . - Архангельск, 2012. - С. 338-342.

6. Соколова Л.В. Функциональное взаимодействие корковых зон в тета-диапазоне у студентов в процессе чтения грамматических конструкций на русском и английском языках / Л.В. Соколова,

A.C. Черкасова // Экология человека. - 2014. - №5. - С. 35-40.

7. Черкасова A.C. Стратегия межполушарного взаимодействия при чтении синтагматических конструкций на английском языке / A.C. Черкасова // Наука и технологии: шаг в будущее: материалы X международной научно-практической конференции. - Чехия, 2014. -Т.26 . - С. 81-85.

8. Соколова Л.В. Стратегии взаимодействия полушарий головного мозга студентов при обработке грамматических конструкций на английском языке. / Л.В. Соколова, A.C. Черкасова // Шестая международная конференция по когнитивной науке: тезисы докладов. - Калининград, 2014.-С. 563-564.

9. Sokolova L. Indagine di interazioni corticali nella lettura sintagmatici frasi in una lingua straniera / L. Sokolova, A. Cherkasova // Italian Science Review. -2014. - №9(18). - P. 94-98. - Режим доступа: http://www.iasjournal.org/archive/2014/september/Sokolova.pdf

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с указанием фамилии, имени, отчества, почтового адреса, адреса электронной почты, наименования организации, должности, шифра и наименования научной специальности в соответствии с номенклатурой, по которой защищена диссертация, лица, составившего отзыв, подписанные и заверенные печатью, просим направлять по адресу:

163045 Архангельск, проезд Бадигнна, дом 3, САФУ имени М. В. Ломоносова, диссертационный совет Д 212.008.04.

Подписано в печать 10.03.2015. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 3430

Издательский дом САФУ 163060, г. Архангельск, ул. Урицкого, д. 56