Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 11
1.1. Электрофизиологические корреляты вербальной деятельности .11
1.2. Роль полушарий головного мозга в обеспечении речевой функции .17
1.3. Билингвизм. Проблемы усвоения и интерференции языков .21
1.4. Нейрофизиологические аспекты хранения и репрезентации языков .26
Глава 2. Организация и методы исследования 36
Глава 3. Результаты исследования и обсуждение 45
3.1. Типы ассоциативных реакций у студентов с разным уровнем владения иностранным языком 45
3.2. Характеристика ЭЭГ состояния спокойного бодрствования обследованных студентов 49
3.3. Функциональное взаимодействие корковых зон у студентов с низким уровнем владения иностранным языком при чтении грамматических конструкций на разных языках 53
3.4 Функциональное взаимодействие корковых зон у студентов с высоким уровнем владения иностранным языком при сравнении процессов обработки синтагматических и парадигматических конструкций на русском и английском языках 70
3.5. Сравнение изменений биоэлектрических показателей мозга обследованных студентов в процессе чтения разных грамматических конструкций на разных языках 75
Заключение 85
Выводы 91
Список литературы
- Роль полушарий головного мозга в обеспечении речевой функции
- Нейрофизиологические аспекты хранения и репрезентации языков
- Функциональное взаимодействие корковых зон у студентов с низким уровнем владения иностранным языком при чтении грамматических конструкций на разных языках
- Сравнение изменений биоэлектрических показателей мозга обследованных студентов в процессе чтения разных грамматических конструкций на разных языках
Роль полушарий головного мозга в обеспечении речевой функции
Умственная деятельность реализуется на основе системной организации процессов переработки информации, важнейшим детерминантом которой выступает внутриполушарная и межполушарная специализация работы мозга [23, 63, 65, 82, 91, 95, 149]. Полушария головного мозга можно считать отдельными и независимыми когнитивными системами, каждая из которых характеризуется своим восприятием, памятью, языком и вниманием, но в то же время эти две системы способны обрабатывать информацию параллельно [62, 63, 113, 217, 218]. Специализация полушарий не имеет жестко закрепленных психических функций, но в большей степени определяется способом обработки информации [39]. E. Zaidel et al. (2008) описывают несколько возможных форм взаимодействия между полушариями во время узнавания слов: полушария могут обрабатывать информацию независимо друг от друга, разделять между собой обработку промежуточных результатов, и, наконец, одна гемисфера может даже контролировать выполнение определенного задания другой, об этом также упоминается и в других работах [48, 98, 218]. Когда каждая гемисфера обрабатывает информацию, поступающую только ей, независимо от другой, используя свои собственные лексические репрезентации и стратегии, происходит явление прямого доступа. E. Zaidel ставит в пример данные о зрительном восприятии слова, при котором обычно проявляется значимая связь между частотой встречаемости данного слова и полем зрения: низкочастотные слова, представленные в левое поле зрения, опознаются хуже, чем высокочастотные. Если полушарие специализировано исключительно на обработке определенной информации, а стимулы проецируются в «неверное полушарие», то необходима передача в компетентное полушарие через мозолистое тело [218, 219].
Широко известным является факт, что левая гемисфера занимается сегментной обработкой речевой информации, правая – анализирует целостно, сопоставляя вербальные сигналы с их акустическими образами [70, 86, 210]. Правое полушарие ответственно за глобальное восприятие, поскольку оно обладает холистической стратегией обработки информации, отбирая отдельные признаки в целостный образ [28, 71, 113, 118, 129, 179, 190]. Больные с нарушением левого полушария (то есть с активным правым) не способны к написанию отдельных букв, но могут сразу написать слово, как единое целое. Вместе с тем, левое полушарие является хранилищем абстрактной информации, а правое – конкретной [38, 39].
Предполагается, что правое полушарие способно обрабатывать вербальные стимулы, хоть и в гораздо меньшей степени, кроме этого правая гемисфера участвует в мониторинге ошибок, тем самым увеличивая точность выполнения вербального задания [129, 218]. У людей, владеющих несколькими языками, при продукции слов на самом слабо изученном языке, в большей степени активируется левое полушарие, в частности префронтальная зона коры [105, 192]. Часто в образовательных учреждениях используется левополушарный подход к обучению иностранным языкам, хотя процесс чтения обеспечивается обоими полушариями головного мозга, левое кодирует печатные символы, а правое находит значение декодируемому [61].
На ранних этапах усвоения второго языка значительную роль играет правая гемисфера, с ростом профессионализма роль правого полушария отходит на второй план [193]. На начальном этапе развития навыка чтения правая гемисфера отвечает за анализ перцептивных свойств текста, создание эталонов и кодов зрительной информации. Совершенствование техники чтения подключает левое полушарие, которое занимается зрительно пространственным анализом информации и семантической обработкой. На первых стадиях развития навыка все образующие его операции осуществляются полностью и контролируются сознательно. По мере совершенствования и роста автоматизма лишние действия постепенно устраняются, возрастает корковая селективность. Также с ростом профессионализма включается такой механизм как догадка по контексту – когда читающий автоматически по контексту может узнавать слова или целые фразы, согласно закону ассоциативных связей [28]. Некоторые исследователи полагают, что при обучении второму языку посредством материнского метода, левая гемисфера ответственна за родной язык, а правая за иностранный [99]. Наряду с этим в ученой среде существуют мнения о том, что только при употреблении родного языка человек использует оба полушария головного мозга [1].
Успешность чтения на иностранном языке определяется особенностями функциональной асимметрии мозга, умением вероятностного прогнозирования, психологическими особенностями памяти и внимания, и тем, насколько обучаемый владеет лексическим и грамматическим материалом. Оказалось, что люди с доминирующим левым полушарием имеют более благоприятные психологические особенности для успешного обучения иностранному языку [92].
Область Вернике, ответственная за речеслуховую обработку, играет роль при реализации парадигматической функции языка, иными словами отвечает за глубинную семантику, лежащую в основе понятий [101]. Однако для успешной обработки вербальных символов необходимо участие не только классических речевых центров, но и других областей коры и подкорковых структур [76, 96, 98, 144]. Переднеассоциативные области необходимы для восприятия нового, в функциях программирования, контроля и поиска стратегий при решении задач, а также ответственны за синтагматическую функцию языка, при этом правая область участвует в невербальных операциях, а левая – в вербализованных сознательных операциях [101]. Височные области обоих полушарий взаимодействуют при выполнении тестов на обнаружение грамматических и семантических ошибок, очевидно, совместная работа данных зон свидетельствует о разных стратегиях обработки речи двумя полушариями головного мозга и необходимости сравнения воспринимаемого материала с эталонами, хранящимися в памяти [101]. Совместная работа различных пространственно распределенных областей мозга не только левого, но и правого полушария определяется спецификой выполнения решаемой задачи [94]. Стимуляция участков мозга, расположенных в центре речевой области у пациентов, владеющих двумя языками, нарушает способность говорить на обоих языках, в то время как при раздражении периферических участков этой области выключается лишь один из языков [15]. Клинические данные, полученные методом лечения пациентов унилатеральным электрошоком, показали, что при «выключении» левого полушария на короткое время возникает тотальная афазия. Во время инактивации левой гемисферы избирательность речевых нарушений прослеживается отчетливо. После правосторонних припадков происходит нарушение просодических компонентов речи [8]. Часто после мозговой травмы полиглот приобретает афазию, которая касается лишь одного из изученных языков, что может быть связано с тем, что процессы научения разным языкам поддерживаются разными нейронными сетями. В пользу этого говорят и работы по электрической стимуляции коры мозга билингвов [207].
Нейрофизиологические аспекты хранения и репрезентации языков
Концепция решающей роли родного языка гласит, что новые языковые навыки базируются на основе грамматической структуры первого выученного языка. Обучение чтению на родном языке облегчает чтение на втором языке [77]. Другими словами, чем успешнее индивидуум владеет родным языком, тем легче ему дается изучение второго языка. В противовес имеется версия, утверждающая, что ошибки при изучении нового языка носят универсальный характер, и сходны с ошибками детей, изучающих первый язык [99].
Возраст является важным фактором, оказывающим влияние на овладение вторым языком, этот факт подтвержден многими исследованиями [60, 119, 138, 147, 171]. Впервые гипотеза о преимуществе раннего освоения иностранных языков в естественной, или искусственно созданной, многоязычной среде, подобной среде родного языка, была высказана У. Пенфильдом (1959) на основе его изучения патологии головного мозга [77]. Чем раньше дети начинают осваивать второй язык, тем легче достигается естественный акцент, присущий носителям данного языка [77, 171]. Усвоение фонетических различий, свойственных определенному языку, сопровождается забыванием других, так как мозг ребенка потенциально готов к усвоению любого человеческого языка. Так, например, все новорожденные чувствительны к различению звуков «l» и «r» или «t» дентального и ретрофлексивного, но ребенок, начавший изучать японский, впоследствии не различает первую пару звуков, а при изучении английского – вторую [77, 90, 122].
Некоторые исследователи придерживаются позиции, что для успешного овладения иностранным языком ребенок должен начать изучение до 3 лет, иначе сенситивный период будет упущен, поскольку при сформированности образца родного языка уже трудно воспринимать чужой язык [30]. Есть данные, говорящие о том, что границей для групп ранних и поздних билингвов служит возраст шесть лет [151]. Другие считают, что до 7-летнего возраста у ребенка есть все шансы овладеть вторым языком и достигнуть уровня носителей языка [212]. В своем исследовании I. Pitknen (2010) приводит данные о том, что в процессе созревания головного мозга до пубертатного периода происходит постепенное снижение способности научения второму языку, однако после полового созревания способность овладения иностранным языком зависит от социального окружения и личностных характеристик индивидуума [187]. Критический период для овладения вторым языком не ограничен только созреванием мозга; разные компоненты языка могут иметь различные временные рамки. Согласно работам D. Birdsong (2006) критический период для фонетических процессов может быть ограничен жесткими временными рамками, в то время как для семантических процессов это совсем не обязательно [117, 147]. Также известно, что мозг обладает пластичностью и даже при изучении второго языка после критического периода происходят локальные перестройки в синапсах и дендритах, что в сравнении с ранее сформированными дистантными аксональными связями, обеспечивающими обработку родного языка, может свидетельствовать о фундаментально отличных физиологических событиях [187, 212]. I. Pitknen (2010) предполагает, что позднее изучение второго языка может основываться на нескольких формах пластичности: гиппокампальный нейрогенез, который происходит в течение всей жизни и способствует запоминанию новых слов и концептов; и изменения в сером веществе кортекса, заключающиеся в увеличении синапсов и шипиков дендритов (иными словами – арборизация) [187]. Уровень владения вторым языком коррелирует с увеличением плотности серого вещества коры в левой теменной области, что характерно для людей, выучивших второй язык в раннем возрасте [60, 182, 200]. Также есть данные, что билингвы, выучившие второй язык в раннем детстве и в более позднем возрасте, имеют сходные паттерны активации коры головного мозга, с разницей лишь в том, что поздние билингвы при продукции слов второго языка задействуют больше анатомических ресурсов [191]. В большей степени способность к изучению иностранных языков базируется на функциональных пластических изменениях, чем на структурных [182].
K. Kim et al. (1997) обнаружили, что у людей, поздно овладевших языком, первый и второй языки представлены в совершенно разных зонах левой нижней лобной области коры (зона Брока). Однако, у людей, рано выучивших второй язык, активизировались одни и те же зоны речемоторной области для обоих языков. Кроме того, были получены данные о том, что в обеих группах участников (задание было описать про себя часть своего дня) области в пределах зоны Вернике перекрывались, активизируясь и первым и вторым языком, независимо от возраста изучения второго языка [162, 207]. Раннее многоязычие активирует идентичные области головного мозга, то есть все языки воспринимаются как родные. В случае позднего многоязычия другие языки активируют другие области мозга [77, 130, 151, 186]. Данные психолингвистических исследований показали, что билингвы не могут ограничивать доступ к репрезентациям слов на других языках [208]. С ростом профессионализма билингв начинает использовать одни и те же механизмы для обработки родного и иностранного языков. При этом анатомическое перекрытие зон не исключает возможности использования лингвистических структур первого языка для ассимиляции второго [207].
Исследования I. Kecskes, L. Albertazzi (2007) говорят о том, что вовсе не обязательно билингв использует те же самые механизмы обработки двух языков, что и монолингв при обработке одного языка [126]. Такие феномены как внимание, торможение, избирательность у людей, владеющих двумя языками, возможно, используются в большей степени, так как билингв должен работать с двумя языковыми системами вместо одной. Однако абсолютного равенства языков не бывает, и всегда один из нескольких языков является доминантным [1]. I. Wartenburger et al. (2003) протестировав итальянцев, в разной степени владеющих немецким языком, при задании на семантику (требовался ответ на вопрос «Имеет ли это предложение смысл?») получили в качестве результатов схожие показатели активации головного мозга у обследуемых групп. [139]. Однако в задании на грамматику (вопрос «Верно ли грамматически это предложение?») были получены различные паттерны. В этом случае, участники, изучившие язык в более раннем возрасте имели ряд активных сильно перекрывающихся областей для заданий на обоих языках, в то время как группа поздно изучивших язык, имела значительно более обширную активацию при обработке грамматики на втором языке, особенно в зоне Брока и субкортикальных структурах. Группы рано и поздно овладевших вторым языком не имели разницы в успешности исполнения задания.
Функциональное взаимодействие корковых зон у студентов с низким уровнем владения иностранным языком при чтении грамматических конструкций на разных языках
После команды «открыть глаза» наблюдалась четкая реакция десинхронизации, или реакция «arousal» – резкое исчезновение альфа-веретен в теменно-затылочных областях и появление высокочастотной низкоамплитудной активности, которая связана с потоком афферентной информации через зрительный анализатор (рис. 6). Хотя некоторые ученые говорят о большей приемлемости термина «реакция активации», поскольку в этих условиях происходит относительное снижение уровня тормозных гиперполяризационных процессов, определяющее переход нервных структур к состоянию активной деятельности, к реализации процессов внимания, ориентировочной реакции, выработке новых активных форм поведения и ассоциаций [103]. Л/
При действии любого нового или знакомого, но биологически значимого раздражителя, к коре и других структурах головного мозга регистрируется более или менее длительное снижение амплитуды фоновых медленных колебаний потенциала. Изменения импульсации отдельных нейронов новой коры при этом могут иметь две формы. Это или длительное торможение ее, или тонические упорядоченные разряды, частота которых находится в пределах 1-100 колебаний в секунду, в большинстве случаев 20-40 Гц. Степень неопределенности в распределении разрядов нейронов новой коры и гиппокампа на фоне активации ЭЭГ уменьшается, снижается их энтропия. При этом возникает другая форма синхронизации близлежащих нейронов: повышение числа совпадений импульсов в единицу времени [103]. При закрывании глаз происходит восстановление альфа-активности. 3.3. Функциональное взаимодействие корковых зон у студентов с низким уровнем владения иностранным языком при чтении грамматических конструкций на разных языках
Общеизвестным является тот факт, что для успешного выполнения разного рода когнитивной деятельности необходим разный уровень взаимодействия различных корковых зон. При исследовании показателей ЭЭГ в группе II когерентный анализ выявил усиление синхронного взаимодействия в тета-диапазоне между контрлатеральными фронтальными и затылочными отведениями обоих полушарий, а также между левой теменной и правой височной областями в ситуации чтения словосочетаний типа «существительное – глагол» на русском языке по сравнению с фоном (рис. 7, табл. 3).
Пространственное распределение статистически значимых различий показателей КОГ ЭЭГ студентов группы II в процессе чтения русских синтагм по сравнению с фоном. Обозначения: сплошная линия указывает на рост степени синхронизации между отведениями. Что касается высокочастотной бета-активности в данной ситуации по сравнению со спокойным бодрствованием, то рост степени КОГ был обнаружен только в связях левой центральной области с правыми затылочной (p=0,050) и височно-теменно-затылочной зонами (p=0,012) (рис.7, табл.3).
Феномен тета-активности помимо общепризнанной связи с эмоциональным состоянием может также рассматриваться как показатель рабочего напряжения, усиления и поддержания внимания при когнитивных нагрузках [44, 45]. Простые синтагматические конструкции русского языка составляют основную часть живой речи и являются наиболее естественными (в отличие, например, от парадигматических), поэтому, видимо, при декодировании таких словосочетаний не наблюдалось генерализованной активности между областями коры головного мозга в тета- и тем более в бета-диапазоне.
В процессе чтения русских словосочетаний, представляющих отношения объектов (парадигмы), по сравнению со спокойным бодрствованием наблюдалось значимое увеличение степени КОГ диагональных связей между фронтальными и затылочными областями, левой теменной и правой височной зонами в тета-диапазоне (рис. 8, табл. 4). Процесс обработки парадигматических конструкций родного языка также характеризовался усилением взаимодействия контралатеральных зон коры, которые образовали фокус активности в переднеассоциативных областях.
Пространственное распределение статистически значимых различий показателей КОГ по тета-диапазону ЭЭГ студентов группы II в процессе чтения русских парадигм по сравнению с фоном. Обозначения: сплошная линия указывает на рост степени синхронизации между отведениями. Увеличение количества активных зон мозга на частоте 4-7 Гц в ситуации чтения парадигматических конструкций на русском языке по сравнению с фоном может быть связано с тем, что родной язык обладает развитой системой словоизменения. Большинство существительных русского языка приобретают различные окончания в зависимости от рода, числа и падежа, часто используются вспомогательные слова (предлоги) – декодирование таких структур требует дополнительных грамматических операций в виде преобразований данной структуры в другую, более доступную, а также совершения целой цепи лингвистических трансформаций и вспомогательных абстрактных операций. К тому же в русском языке существительное характеризуется тремя грамматическими категориями: 1) падежной (из шести возможных), 2) численной, имеющей две градации, 3) родовой (три рода, имеющих соответствующее морфологическое выражение) [4, 50].
Сравнение изменений биоэлектрических показателей мозга обследованных студентов в процессе чтения разных грамматических конструкций на разных языках
Примечательно, что в трех из четырех проанализированных ситуаций в разделе 3.5. группа II отличалась от группы I большей активностью левого полушария в бета-диапазоне. Функциональный смысл частот этого диапазона обычно рассматривают как характеристику процессов напряжения. Однако сравнение показателей БЭА при чтении синтагматических конструкций на английском языке показало усиление когерентного взаимодействия между тремя зонами правой гемисферы в группе II (рис. 20). Читающие адаптируют свои стратегии обработки к конкретной орфографии, которая используется в сообщении. Некоторые исследования указывают на то, что языки, в которых написание слов соответствует произношению (например, испанский и итальянский) обрабатываются благодаря правилу графем-фонемной конвертации, так как связи между буквами и звуками прямые и недвусмысленные. Это так называемый «фонологический путь» (или нелексический доступ по Stewart и Kroll (1994)) [137, 141]. Для процесса декодирования речевых сообщений на языке, не имеющем четкого соответствия букв и звуков (английский) не характерна данная стратегия [220]. 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) [176, 218, 219], то вполне вероятно, что, не зная точного значения многих слов, студенты группы II пытаются использовать правополушарную стратегию декодирования такого типа грамматических конструкций. Учитывая также способность правого полушария к целостному симультанному восприятию слов и простых словосочетаний [84, 176], можно предположить, что выявленная у студентов группы II активация правой гемисферы обеспечивает более глобальную обработку вербальных стимулов на английском языке.
Во всех остальных случаях, как то русские синтагмы, парадигмы и английские парадигмы, функциональная организация коры головного мозга группы II характеризовалась большей синхронностью нейронных процессов зон левой гемисферы, с некоторыми вариациями, но всегда с включением височной области (рис. 17, 18, 20). 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 просто не владеет. Оно опирается на другой, более обобщенный, «грубый», приблизительный, зато более простой механизм. Для обработки синтаксической структуры речевого сообщения в левом полушарии существует система тонких алгоритмических, формально-логических 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 [74].
Можно рассмотреть активацию правой гемисферы в группе II при чтении синтагм на английском в рамках модели поверхностных и глубинных языковых механизмов, предложенной Т. В. Черниговской, Л. Я. Балоновым, В. Л. Деглиным [99]. Исходя из клинических данных, авторы предполагают, что физиологические механизмы речи, которые обеспечивают глубинно-семантическую сторону высказывания на родном языке находятся в правом полушарии, аналогичные механизмы для иностранного языка, выученного школьным методом – в левом. Так называемые поверхностные структуры языка (окончательное фонетическое и грамматическое оформление речевого сообщения) генерируются в левом полушарии для всех языков. Данная модель была разработана авторами для процесса речепродукции, но процесс чтения про себя не исключает компонента «внутреннего» проговаривания слов. Возможно, что процесс декодирования у студентов группы II при обработке словосочетаний на английском языке тяготеет к глубинным структурам родной речи, так как имеется явление переноса навыков чтения на родном языке в иностранный [55], что приводит к активации нейронных структур правой гемисферы.
Межгрупповой анализ показателей КОГ в тета-диапазоне выявил выраженное усиление межполушарных и диагональных связей у студентов группы II. Левое полушарие является доминантным по речи, однако, за последние десятилетия научные исследования вербальной деятельности свидетельствуют о включении обоих полушарий в процессы кодирования и декодирования речевых стимулов [6, 111, 114]. Включение правой гемисферы помогает актуализировать широкое семантическое поле слова. При правополушарном чтении возможно непосредственное схватывание смысла слов, связанное с целостным, а не побуквенным восприятием слова. Существуют данные о разном соотношении проводящих путей в двух полушариях, правая гемисфера обладает более плотным и разветвленным белым веществом, следовательно, имеет более обширными функциональными взаимосвязями внутри полушария, что как раз и обеспечивает так называемое «широкое семантическое поле» и «грубую» глобальную обработку информации [6]. При межгрупповом сравнении показатели КОГ обследованных группы I не превышали аналогичные показатели студентов группы II. Объяснить этот феномен можно опираясь на концепцию Хеббовской модели о том, что в основе научения иностранному языку лежит феномен проторения пути [115]. Следовательно, у людей, лучше владеющих вторым языком, очевидно в большей степени сформированы более-менее оптимальные механизмы, обеспечивающие декодирование таких элементарных конструкций как словосочетания на английском и тем более на русском языке.
И. А. Зимняя говорит о том, что «Усвоение иностранного языка не дает человеку непосредственных знаний о реальной действительности (в отличие от математики, биологии и т. д.). Язык является средством выражения мысли об объективной действительности, свойства, закономерности которой являются предметом других дисциплин. Язык в этом смысле «беспредметен», а «беспредметной» учебной дисциплине учить трудно» [36, с. 17]. Это высказывание в высшей степени справедливо для студентов группы II, для которых овладение английским языком чаще всего определяется удовлетворением учебно-познавательной потребности. В этом заключается разительное отличие того, как воспринимается иностранный язык студентами разных специальностей. Программа обучения обследованных группы I (в основном студенты лингвистических специальностей) включает лекции, которые читаются на английском языке, то есть обучающиеся вынуждены активно вовлекаться в процесс освоения нового по своей специальности на неродном языке.
