CC BY
55
2014
ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Сер. 12
Вып. 4
ПСИХОЛОГИЯ РАЗВИТИЯ, АКМЕОЛОГИЯ
УДК 159.91
Д. И. Тюмкова1, Н. И. Никитин2, Р. Ж. Мухамедрахимов1
ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ЛАТЕНТНОГО ПЕРИОДА И ТОЧНОСТЬ ЛОКАЛИЗАЦИИ НЕПОДВИЖНОГО ЗВУКА У ДЕТЕЙ РАННЕГО ВОЗРАСТА*
1 Санкт-Петербургский государственный университет, Российская Федерация, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9
2 Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН, Российская Федерация, 199034, наб. Макарова, 6.
В статье рассматриваются длительность латентного периода и ошибка локализации в связи с различным углом предъявления унимодального (звукового) сигнала в горизонтальной плоскости в группе 16 детей (9 мальчиков, 7 девочек) в возрасте 12,3 ± 1,5 месяцев (при сроке гестации 38,9 ± 1,2 недель) без заболеваний слуховой системы и соматических заболеваний на время обследования. Неподвижными звуковыми сигналами служили серии коротких щелчков (100 мкс) с периодом следования 20 мс и интенсивностью 65 дБ и общей длительностью 1 с, предъявляемые в постоянной для всех детей последовательности от 5 разных динамиков, которые располагались под углами 0° (прямо против ребенка), 30° и 60° справа и слева от ребенка.
Обнаружено, что в 86,7% случаев дети обследованной выборки продемонстрировали локали-зационное поведение (76,7% — поворотом головы в сторону звукового сигнала и 10% — поворотом головы в противоположную сторону). Средняя длительность латентного периода в ответ на предъявление звукового сигнала при его различных угловых положениях составила 0,48 ± 0,33 с, средняя ошибка локализации после первого локализационного движения — 21,6 ± 4,7°. Значения латентного периода и ошибки локализации анализируются в связи со стороной и углом предъявления звукового сигнала. Обсуждение результатов проводится в связи с данными, полученными в исследованиях взрослых, и направлено на понимание формирования механизмов слуховой пространственной локализации у детей к концу первого и начала второго года жизни. Библиогр. 18 назв. Рис. 2.
Ключевые слова: пространственный слух, ранний возраст, длительность латентного периода, ошибка локализации неподвижного звука.
DURATION OF THE LATENT PERIOD AND UNMOVING SOUND LOCALIZATION ERROR IN INFANTS
D. I. Tyumkova1, R. J. Muhamedrahimov2, N. I. Nikitin1
1 St. Petersburg State University, 7/9, Universitetskaya nab., St. Petersburg, 199034, Russian Federation
2 I. P. Pavlov Institute of Physiology of the Russian Academy of Sciences, 6, Makarova nab., St. Petersburg,199034, Russian Federation
The article considers the duration of the latent period and the localization error to the different angle of presentation of the unimodal (audio) signal in the horizontal plane in a group of 16 children (9 boys,
* Исследование выполнено при поддержке гранта РГНФ № 14-06-00713 «Комплексное психофизиологическое изучение слуховой пространственной ориентации у детей младенческого и раннего возраста» (руководитель проекта Р. Ж. Мухамедрахимов, ИАС СПбГУ № 8.16.577.2014) при взаимодействии лаборатории слуха Института физиологии им. И. П. Павлова РАН и кафедры психического здоровья и раннего сопровождения детей и родителей факультета психологии СПбГУ
7 girls) aged 12,3±1,5 months (38 of gestation, 9 1,2 weeks) without auditory system diseases and medical conditions at the time of the survey. Unmoving sound signals were a series of short clicks (100mcs) with a repetition period of 20 ms and an intensity of 65 dB and a total duration of 1s imposed in constant sequence for all children from 5 different speakers, which were located at angles of 0 ° (directly against the child), 30 ° and 60 ° right and left child. It was found that 86,7% of children demonstrated localization behavior (76,7% — by turning their heads toward the sound, and 10% — by turning the head to the opposite side) in the survey. The average duration of the latent period in response to the presentation of a sound when its different angular positions was 0,48±0,33, the average error of localization after the first localization movement — 21,6±4,7 c. Values of the latent period and localization errors are analyzed in connection with side angle and sound presentation. Discussion of the results is carried out in connection with the data obtained in studies of adults, and is aimed at understanding the mechanisms of formation of auditory spatial localization in children by the end of the first and beginning of the second year of life. Refs 18. Figs 2.
Keywords: spatial hearing, early age, duration of the latent period, the error localization unmoving sound.
До 70-х годов XX в. исследования в области психофизиологии пространственного слуха касались преимущественно взрослых людей [1-7 и др.]. Полученный в результате этих исследований большой объем знаний привел к необходимости поиска механизмов формирования слухового пространственного восприятия у детей, в том числе на наиболее ранних этапах развития в младенческом и раннем возрасте.
Известно, что слуховая система в период новорожденности является значительно более зрелой по сравнению со зрительной или моторной [8]. От рождения дети чувствительно реагируют на местоположение источника звука, поэтому многие психофизические методы исследования младенцев основаны на повороте головы как компоненте ориентировочного рефлекса [7; 9]. Исследователи предполагают, что к 4-м месяцам созревание корковых систем завершается, и слуховая система достигает определенного уровня зрелости, реакции становятся более произвольными [10, 4]. Именно поэтому большинство исследований пространственного слуха проводят на детях старше 4-5 месяцев [10-14 и др.]. Анализ представленных в литературе работ показывает, что существует значительное число исследований слухового пространственного восприятия в раннем возрасте, посвященных отдельным феноменам данной области: межвозрастные различия в реагировании, дифференциальные пороги пространственной локализации [10-13] и др. Однако на сегодняшний день знания об этой сфере являются неполными и слабо систематизированными.
Представленные в настоящей статье данные получены в рамках комплексного междисциплинарного исследования, направленного на изучение формирования базовых механизмов локализационного поведения в младенческом и раннем возрасте. Отражены результаты изучения таких показателей раннего локализационного поведения, как длительность латентного периода и точность локализации в связи с различным углом предъявления унимодального (звукового) сигнала в горизонтальной плоскости.
Метод
Участники исследования. В исследовании приняли участие 16 детей (9 мальчиков, 7 девочек) в возрасте от 9,7 до 16,1 месяцев (средний возраст по группе 12,3 ± 1,5 месяцев при сроке гестации 38,9 ± 1,2 недель) без заболеваний слуховой си-
стемы, трудностей восприятия звуков, и соматических заболеваний на время обследования, а также их матери (возраст матерей в группе 29,8 ± 3,7 лет).
Аппаратура и оборудование. Эксперименты проводились в звукоизолированной анэхоидной (безэховой) камере размером 3x3x4,5 м. В центре камеры находилась полукружная поворотная дуга радиусом 1 м, по длине которой на равном расстоянии друг от друга располагались 49 динамиков (Visaton, Германия) с идентичными частотными характеристиками.
Мама с ребенком находились в кресле, расположенном в центре дуги. Ребенок сидел на коленях у матери. В спокойном состоянии его голова находилась на уровне дуги, лицо было обращено в сторону центрального динамика (0°), правое ухо находилось напротив правого крайнего динамика дуги (+90°), левое ухо — напротив крайнего левого динамика (-90°).
Звуковые сигналы были синтезированы в цифровом виде на компьютере. Выбор сигнала и его предъявление осуществлялись экспериментатором в соседней комнате с помощью специально разработанной компьютерной программы. Сигналы преобразовывались из цифрового вида в аналоговый вид с помощью многоканальной аудиоплаты Echo Layla 3G (США), работающей с частотой дискретизации 96 кГц. С выхода преобразователя сигналы поступали на аттенюаторы, процессорно-управляемый электронный коммутатор и многоканальный усилитель звука.
Звуковыми сигналами служили серии коротких щелчков (100 мкс) с периодом следования 20 мс и интенсивностью 65 дБ. Длительность каждой серии щелчков составляла 1 с. Неподвижные звуковые сигналы подавались в заданной постоянной для всех испытуемых последовательности от 5 разных динамиков, которые располагались под углами 0° (прямо против ребенка), 30° и 60° справа и слева от ребенка. Количество предъявлений звуков в каждом из угловых пространств равнялось 2, общее число предъявлений неподвижных звуковых сигналов в различных угловых положениях — 10.
Ориентировочная реакция ребенка в виде поворотов головы и глаз на предъявляемый звуковой сигнал регистрировалась с помощью двух видеокамер, а угловое положение головы в заданный момент времени — с помощью прибора системы Fastrak (Pollhemus). Сигналы с обеих камер поступали на цифровой видеосмеситель Panasonic WJ-AVE55.
На голову ребенка надевался чепчик, к которому крепился прибор Fastrak (Poll-hemus). Fastrak позволяет регистрировать движение головы испытуемого в горизонтальной плоскости в течение заданного времени. В данном эксперименте он начинал регистрацию положения головы за 0,5 с до подачи звукового стимула, вел регистрацию во время звучания сигнала, и заканчивал ее спустя 2 с после окончания предъявления звукового стимула.
Процедура обследования. Мама с ребенком садились в кресло, расположенное в центре дуги. Ребенок сидел на коленях у матери в вертикальном положении лицом к дуге. Для фиксации положения ребенка мама придерживала его тело обеими руками. Экспериментатор давал матерям инструкцию наблюдать за ребенком и по возможности не взаимодействовать с ним. По окончании эксперимента матерям предоставлялась обратная связь от экспериментатора при совместном просмотре видео.
Методы анализа данных. Основным методом анализа регистрируемого локали-зационного поведения ребенка в связи с различным углом предъявления сигнала
в горизонтальной плоскости стал анализ данных системы Fastrak. Полученные цифровые данные перекодировались в удобные для оценки графики, которые представляли собой траектории движения головы ребенка, с возможностью точной оценки ее градусного положения в каждый момент времени.
Математические методы обработки данных. Анализ данных был проведен с использованием программного пакета SPSS 12.0. Для выявления корреляционных зависимостей для групп использовался коэффициент корреляции r-Пирсона. Для выявления различий между группами значений — критерий Т-Вилкоксона.
Результаты
В ходе проведенного исследования было обнаружено, что дети обследованной выборки продемонстрировали локализационное поведение в ответ на предъявление стимула в 86,7% случаев, 76,7% из них представлены поворотом головы в сторону звукового сигнала и 10% — поворотом головы в противоположную сторону. В 13,3% реакция на звук отсутствовала.
Локализационное поведение демонстрировалось всеми детьми выборки и имело в подавляющем большинстве схожее внешнее выражение: замирание в момент начала звучания сигнала, быстрое движение головы в сторону предъявляемого звука, поисковые движения головы и глаз вокруг области звучания сигнала. Описанные элементы локализационного поведения обнаруживаются при просмотре видеоматериала, и имеют графические аналоги. Нами было принято решение о выделении трех периодов, так как отдельные элементы реакции повторялись у всех испытуемых, имели свои характерные особенности и входили в состав целостного локализацион-ного поведения. Периоды названы соответственно: 1) латентный, 2) период первого локализационного движения, 3) период уточнения локализации.
Первые два периода соответствуют по своим характеристикам описанию ориентировочной реакции, входящей составной частью в локализационное пространственное поведение. Название первого периода соответствует названию первого этапа ориентировочного рефлекса, чаще обозначаемого в отечественной литературе как «скрытый период» [4]. Второй и третий периоды названы нами в соответствии с их функциональными и временными проявлениями.
Все три периода можно выделить в 78,3% проанализированных случаев, в 6,7% есть сложности с их выделением. В 15% периоды не выделяются, их отсутствие преимущественно связано с отсутствием локализационного поведения в целом. Периоды были обнаружены вне зависимости от градуса предъявления сигнала, возраста испытуемых (в рамках представленной возрастной группы).
Выделены также основные характеристики локализации: длительность (характеризует все три периода) и точность локализации (характеризует два последних периода; также может быть обозначена значением ошибки локализации, что отражает несоответствие положения головы источнику звука в градусной мере и определяется в виде разности между значениями угла предъявления звука и угла конечного положения головы после локализации в абсолютных значениях). Рассмотрим подробнее обнаруженные показатели для латентного периода и периода первого лока-лизационного движения.
Исследуемой характеристикой латентного периода является длительность. Средняя длительность латентного периода в ответ на предъявление звукового сигнала при его различных угловых положениях (по центру — 0о, а также слева и справа от центральной линии на 30о и 60о) для обследованной выборки составила 0,48 ± 0,33 с. Было проведено сравнение средней длительности латентного периода локализации при различных угловых положениях предъявляемого сигнала (рис. 1).
Рис. 1. Длительность латентного периода в зависимости от угла предъявления звукового сигнала.
Примечание: По оси абсцисс — угол предъявления сигнала, в градусах (-30° и -60° — слева от центральной линии, 0° — по центральной линии, 30° и 60° — справа от центральной линии); по оси ординат — длительность латентного периода, с.
Анализ данных с помощью непараметрического критерия Вилкоксона (Wilcox-on signed-rank test) не обнаружил статистически значимых различий в длительности латентного периода в зависимости от угла предъявления сигнала. При этом коэффициент детерминации R2 указывает на то, что изменение длительности локализа-ционного движения в данном случае на 85,4% обусловлено право- и левосторонним предъявлением стимула (R2 > 0,7), однако статистически значимого различия между длительностью периода при право- и левостороннем предъявлении обнаружено не было.
Исследуемой характеристикой периода первого локализационного движения является ошибка локализации. Средняя ошибка локализации после первого лока-лизационного движения при различных угловых положениях источника звука (по центру — 0°, а также слева и справа от центральной линии на 30° и 60°) в обследованной выборке равна 21,6 ± 4,7°.
На рис. 2 представлены среднегрупповые значения ошибки локализации положения звука после первого локализационного движения при предъявлении сигнала в различных углах горизонтальной плоскости. Сравнение среднегрупповых значений ошибки локализации при различных углах предъявления звука критерием Вилкоксона показало, что ошибка локализации в -30о отличается от ошибки локализации в 0о на уровне статистической тенденции (р = 0,099) и значимо больше, чем ошибка локализации звука в 60о (р = 0,034).
Рис. 2. Ошибка локализации после первого локализационного движения в зависимости от угла предъявления звукового сигнала
Примечание: По оси абсцисс — угол предъявления сигнала, в градусах (-30° и -60° — слева от центральной линии, 0° — по центральной линии, 30° и 60° — справа от центральной линии); по оси ординат — величина ошибки локализации, в градусах.
Обсуждение результатов
В литературе обнаруживается недостаток данных о формировании базовых механизмов локализационного поведения в младенческом и раннем возрасте, и проведенное исследование было направлено на изучение характеристик локализационного поведения в данный возрастной период. В результате было обнаружено, что при предъявлении неподвижного звукового стимула дети обычно демонстрируют выраженную ориентировочную реакцию на звук в виде поворота головы в направлении источника сигнала. При этом у детей обследованной выборки обнаружены общие закономерности пространственной звуковой ориентации, проявляющиеся внешне сходным поведением и имеющие четкую периодичность в 78,3% случаев.
Изучение отдельных локализационных периодов, показало, что средняя длительность латентного периода у детей обследованной выборки составляет 0,48 ± 0,33 с и является относительно константным показателем, не меняющимся в зависимости от градуса источника сигнала. Сведения о длительности латентного периода широко представлены в литературе, однако ранее они рассматривались только как компонент ориентировочного рефлекса. Известно, что длительность латентного периода с возрастом уменьшается [4; 15]: наибольшая длительность соответствует приблизительно 8 с в первые дни после рождения, наименьшая — менее секунды во взрослом возрасте. В исследовании была обнаружена относительная неизменность длительности латентного периода, что соответствует ожиданиям, так как латентный период представляет собой процесс скрытой, «мозговой» обработки полученной информации, и его длительность соответствует времени передачи импульса между мозговыми структурами. Полученные значения длительности латентного периода в обследованной выборке приближены к тем же значениям у взрослых людей (меньше секунды), что может косвенно свидетельствовать о достаточном уровне формиро-
вания соответствующих мозговых структур у детей в возрасте около года, в первую очередь связанных с миелинизацией нервных волокон и образованием надежных синаптических связей между нейронами разных порядков.
Стоит упомянуть, что обнаружена слабая тенденция к увеличению длительности латентного периода при правостороннем предъявлении сигнала по сравнению с левосторонним предъявлением. Так как данная тенденция не подтверждается статистически, она требует дальнейшей проверки на расширенной выборке. Однако могут быть выдвинуты предположения о природе данного явления, связанные с функциональной межполушарной асимметрией головного мозга. Проверка данной гипотезы, помимо расширения выборки, требует соотнесения результатов с другими исследованиями. В частности имеются схожие данные, полученные на зрительной системе млекопитающих [16], что свидетельствует о возможности подтверждения обнаруженной тенденции в дальнейшем, а также представляет интерес для понимания развития пространственного слуха в раннем возрасте.
Результаты исследования показали, что средняя ошибка локализации в обследованной возрастной группе, равная 21,6 ± 4,7, больше тех же показателей для взрослой выборки [17], что свидетельствует о незрелости механизмов слуховой пространственной локализации у детей к концу первого и начала второго года жизни. Анализ величин ошибки локализации при различных угловых положениях источника звука обнаружил статистически значимые различия для сигнала в точке -30° — в ней ошибка локализации значимо больше, чем в 0° и 60°. Хорошо известно, что у взрослого человека пространственное различение звука при расположении источника сбоку значительно хуже, чем при его расположении по центру [3-4]. Данные литературы показывают, что увеличение ошибки у взрослого человека происходит в среднем на 1° с отдалением точки предъявления на каждые 10°, то есть прямолинейно, что не было обнаружено в обследованной возрастной группе. Говорить о природе данного явления на настоящий момент рано, эти данные требуют дальнейшего изучения на расширенной выборке.
Перспективы исследования. На наш взгляд, полученные данные открывают перспективные направления дальнейших исследований в области психофизиологии пространственного слуха в раннем возрасте. Они связаны с продолжением изучения представленных в статье направлений как базовых в данной области [18], а также с перспективой междисциплинарного исследования ранее не изучавшегося влияния специфики раннего социально-эмоционального окружения ребенка на качество локализационного поведения [18].
Литература
1. Gardner M. B. Lateral localization of 0o or near -0o oriented speech signals in anechoic space // The Journal of Acoustical Society of America. 1968. Vol. 44 (3). P. 797-802.
2. Алексеенко Н. Ю. Значение двигательной активности для пространственного слуха // Сенсорные системы. Л.: Наука, 1978. С. 46-60.
3. Альтман Я. А. Локализация движущегося источника звука. Л.: Наука, 1983. 176 с.
4. Альтман Я. А. Пространственный слух. СПб.: Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН, 2011. 312 c.
5. Блауэрт Й. Пространственный слух / пер. с нем. И. Д. Гурвиц. М.: Энергия, 1979. 222 c.
6. Гельфанд С. А. Слух: введение в психологическую и физиологическую акустику / пер. с англ. О. К. Федоровой, О. П. Токарева. М.: Медицина, 1984. 350 c.
7. Соколов Е. Н. Восприятие и условный рефлекс. М.: Изд-во МГУ, 1958. 330 с.
8. Growth in head size during infancy: Implications for sound localization / R. K. Clifton, M. G. Clark-son, J. Gwiazda, J. A. Bauer, R. M. Held // Development Psychobiology. 1988. Vol. 24 (4). P. 477-483.
9. Bruce A. S., Dale B., Sandra E. T. Binaural unmasking in infants // Journal Acoustical Society of America. 1988. Vol. 83 (3). P. 1124-1132.
10. Muir D., Field J. N. Infants orient to sounds // Child Development. 1979. Vol. 50. P. 199-216.
11. Morrongiello B. A. Infants' localization of sounds in the median sagittal plane: Effects of signal frequency // Journal Acoustical Society of America. 1987. Vol. 82 (3). P. 900-905.
12. Morrongiello B. A. Infants' monaural localization of sounds: effects of unilateral ear infection // Journal Acoustical Society of America. 1989. Vol. 86 (2). P. 597-602.
13. Development of multisensory spatial integration and perception in humans / P. A. Neil, C. Chee-Ruit-er, C. Scheier, D. J. Lewkowicz, S. Shimojo // Development Science. 2006. Vol. 9 (5). P. 454-464.
14. Замесина Д. И., Мухамедрахимов Р. Ж., Никитин Н. И. Характеристики локализации неподвижных звуковых сигналов детьми раннего возраста // Научные исследования выпускников факультета психологии. СПб.: СПбГУ 2013. С. 203-221.
15. Infants' understanding of auditory events / L. L. LaGasse, R. F. VanVorst, S. M. Brunner, M. S. Zucker // Infant and child Development. 1999. N 8. P. 85-100.
16. Grothe B., Pecka M., McAlpine D. Mechanisms of Sound Localization in Mammals // Physiological Reviews. 2010. Vol. 90 (3). P. 983-1012.
17. Мухамедрахимов Р. Ж., Никитин Н. И., Замесина Д. И. Пространственная слуховая ориентация у детей в раннем возрасте // Ананьевские чтения — 2013: психология в здравоохранении. Материалы научной конференции 22-24 октября 2013 года / отв. ред. О. Ю. Щелкова. СПб.: Скифия-принт, 2013. С. 93-95.
18. Замесина Д. И., Мухамедрахимов Р. Ж., Никитин Н. И. Слуховое пространственное восприятие у детей в раннем возрасте // От детектора признака к единому зрительному образу. Выездная сессия ОФФМ РАН, посвященная 80-летию со дня рождения академика И. А. Шевелева. Материалы симпозиума. М., 2012. С. 98-99.
Статья поступила в редакцию 20 июня 2014 г.
Контактная информация
Тюмкова Дарья Ивановна — аспирант; [email protected]
Мухамедрахимов Рифкат Жаудатович — доктор психологических наук, профессор; [email protected]
Никитин Николай Иванович — кандидат биологических наук; [email protected]
Tyumkova Darja I. — post graduate student; [email protected]
Muhamedrahimov Rifkat J. — Doctor of Psychology, Professor; [email protected]
Nikitin Nikolay I. — Candidate of Biology Sciences; [email protected]
