Нейрофизиологические и поведенческие показатели развития языка и речи у детей и подростков, проживающих в городской и сельской местности Архангельской области: 2019 г. этап 1

  • Golovanova, Irina (PI)
  • Сукманова, Анастасия Александровна, (CoI)

Project

Description

Представляемый проект посвящен оценке нейрофизиологических, когнитивных и поведенческих показателей, а также качества жизни жителей городской и сельской местностей севера России. Исследования проводятся с целью выявления социальных и биологических факторов, влияющих на формирование нарушений развития языка и речи (НРЯиР). Данный проект реализуется нами совместно с проектом «Выявление связи генома, головного мозга и особенностей поведения при нарушениях развития языка и речи», поддержанным Российский научным фондом (грант № 18-18-00451, руководитель Григоренко Елена Леонидовна) и проводимым с 2018 года по настоящее время.
Наш научно-исследовательский коллектив осуществляет экспедиции в географически изолированное поселение, расположенное на севере России (кодируемое нами как «поселение АЗ»), где частота встречаемости НРЯиР превышает аналогичный показатель в генеральной совокупности. Количество постоянных жителей в данном поселении на 2017 год составило 508 человек, и с каждым годом этот показатель сокращается. На территории поселения расположены общеобразовательная средняя школа и детский сад, которые посещают жители поселения и ближайших деревень. В 2019 году научно-исследовательским коллективом было осуществлено две экспедиции в поселение АЗ. Ранее нами были собраны данные о социально-экономическом статусе, языковом развитии и когнитивных способностях жителей поселения АЗ, полученные в 2018 году из экспедиции по проекту РНФ «Выявление связи генома, головного мозга и особенностей поведения при нарушениях развития языка и речи». Данный проект дополняет и расширяет полученные ранее сведения анализом нейрофизиологических показателей развития языка и речи у исследуемой популяции и позволяет сформировать дополнительные группы сравнения к тем, которые исследовались ранее и крайне важны для изучения манифестации, распространения и этиологии НРЯиР. Таким образом, наши проекты РНФ и РФФИ обогащают друг друга, поднимая нашу работу по изучению НРЯиР на более высокий уровень проведения научных исследований.
Для изучения нейрофизиологических показателей развития языка и речи нами были разработаны три эксперимента для исследования биоэлектрической активности мозга с помощью метода электроэнцефалографии (ЭЭГ). Данные эксперименты позволят изучить уровень развития структур головного мозга, формирование навыков письменной речи и способность к распознаванию просодического компонента речи (ритм, интонирование, громкость). С помощью опросника была произведена оценка поведения участников в повседневной жизни и их навыков саморегуляции, оказывающих влияние на академическую успеваемость.
Для анализа развития речи дошкольников их спонтанные высказывания были записаны во время свободной игры длительностью 30 минут (две серии: в июле и ноябре 2019 года). Третью запись мы планируем выполнить в феврале 2020 года. Исследование речевых высказываний, полученных с промежутком в 4 месяца, позволит провести дополнительный анализ динамики развития речи в раннем возрасте. Полученные результаты могут расширить имеющиеся в мировой литературе представления об этиологии НРЯиР и помочь в формировании новых методов диагностики.
В описываемом этапе проекта приняли участие 49 школьников в возрасте от 8 до 18 лет и 17 дошкольников в возрасте от 2 до 7 лет, родители (или законные представители) которых предоставили информированное согласие об участии. Участники школьного возраста от 11 лет, а также родители и учителя всех школьников заполнили опросники, направленные на оценку поведения и навыков саморегуляции. ЭЭГ исследование прошли 49 школьников и 13 дошкольников. Образцы естественной речи были записаны у 17 участников дошкольного возраста, повторная запись спустя 4 месяца была проведена у 15 участников. Также нами были получены логопедические заключения о языковом статусе участников после обследования у специалиста-логопеда, приглашенного исследовательской группой в поселение АЗ. В настоящий момент нами проводится предварительная обработка полученных ЭЭГ-данных, подсчет стандартизованных баллов по результатам опросников, перевод в текстовый формат аудио записей естественной речи.
Для продолжения исследовательской деятельности с целью изучения контрольной для поселения АЗ группы, нами были установлены рабочие связи с Министерством образования Архангельской области, а также местными логопедическим центром и средней общеобразовательной школой, расположенными в городе Архангельске и прилегающем поселении. Была проведена информационная кампания о сроках и целях исследования среди учителей и родителей потенциальных участников исследования.

Layman's description

Язык и речь являются многоаспектные феноменами и оказывают влияние практически на все сферы на человеческой деятельности. Исследование процессов развития языка и речи, а также механизмов их нарушения остается важной задачей для психологии, педагогики и медицины. Всесторонне описание и исследование нарушений языка и речи позволят совершенствовать программы их коррекции, повысив их эффективность. В процессе формирования речи и созревания языковых навыков можно отметить как биологические, так и социальные факторы. Поэтому изучение уровня развития языка и речи в поселениях с различным качеством жизни, позволит всесторонне оценить влияние социально-экономических факторов на данные процессы.
Представленный проект посвящен оценке нейрофизиологических, когнитивных и поведенческих показателей, а также качества жизни жителей городской и сельской местностей севера России. Исследования проводятся с целью выявления социальных и биологических факторов, влияющих на формирование нарушений развития языка и речи (НРЯиР). Данный проект реализуется нами совместно с проектом «Выявление связи генома, головного мозга и особенностей поведения при нарушениях развития языка и речи», поддержанным Российский научным фондом (грант № 18-18-00451, руководитель Григоренко Елена Леонидовна) и проводимым с 2018 года по настоящее время.
Наш научно-исследовательский коллектив осуществляет экспедиции в географически изолированное поселение, расположенное на севере России (кодируемое нами как «поселение АЗ»), где частота встречаемости НРЯиР превышает аналогичный показатель в генеральной совокупности. Количество постоянных жителей в данном поселении на 2017 год составило 508 человек, и с каждым годом этот показатель сокращается. На территории поселения расположены общеобразовательная средняя школа и детский сад, которые посещают жители поселения и ближайших деревень. В 2019 году научно-исследовательским коллективом было осуществлено две экспедиции в поселение АЗ. Ранее нами были собраны данные о социально-экономическом статусе, языковом развитии и когнитивных способностях жителей поселения АЗ, полученные в 2018 году из экспедиции по проекту РНФ «Выявление связи генома, головного мозга и особенностей поведения при нарушениях развития языка и речи». Данный проект дополняет и расширяет полученные ранее сведения анализом нейрофизиологических показателей развития языка и речи у исследуемой популяции и позволяет сформировать дополнительные группы сравнения к тем, которые исследовались ранее и крайне важны для изучения манифестации, распространения и этиологии НРЯиР. Таким образом, наши проекты РНФ и РФФИ обогащают друг друга, поднимая нашу работу по изучению НРЯиР на более высокий уровень проведения научных исследований.
Для изучения нейрофизиологических показателей развития языка и речи нами были разработаны три эксперимента для исследования биоэлектрической активности мозга с помощью метода электроэнцефалографии (ЭЭГ). Данные эксперименты позволят изучить уровень развития структур головного мозга, формирование навыков письменной речи и способность к распознаванию просодического компонента речи (ритм, интонирование, громкость). С помощью опросника была произведена оценка поведения участников в повседневной жизни и их навыков саморегуляции, оказывающих влияние на академическую успеваемость.
Для анализа развития речи дошкольников их спонтанные высказывания были записаны во время свободной игры длительностью 30 минут (две серии: в июле и ноябре 2019 года). Третью запись мы планируем выполнить в феврале 2020 года. Исследование речевых высказываний, полученных с промежутком в 4 месяца, позволит провести дополнительный анализ динамики развития речи в раннем возрасте. Полученные результаты могут расширить имеющиеся в мировой литературе представления об этиологии НРЯиР и помочь в формировании новых методов диагностики.

Key findings for the stage (in detail)

Были проведены исследовательские работы на территории географически изолированного поселения Архангельской области (кодируемое нами как “поселение АЗ”), в котором частота встречаемости НРЯиР превышает подобный показатель в генеральной популяции.
В ходе работы по проекту исследовательский коллектив получил следующие данные, на основе которых проводилась научная работа по данному проекту.
1. Демографическая анкета, содержащая вопросы о социально-экономическом статусе и составе семьи, условиях проживания, доходе, образовании и профессиональном стаже родителей, а также об образовании ребенка и наличии у него медицинских диагнозов.
2. Записи образцов естественной речи у участников от 8 до 18 лет. Процедура записи проводилась в форме полуструктурированного интервью, целью которого являлось получение не менее 50 законченных высказываний (единиц речи, включающих в себя подлежащее и сказуемое). После завершения интервью участникам нужно было посмотреть две книги с картинками и без слов: «Frogs where are you?» by Mercer Mayer и «Floatsam» by David Wiesner. После просмотра книг, участники должны были пересказать их содержание.
В рамках первого года реализации гранта был создан блок опросных методов, разработаны три эксперимента для исследования электрической активности мозга с помощью метода электроэнцефалографии (ЭЭГ), а также проведена запись образцов естественной речи у участников дошкольного возраста. Полученная информация поможет исследовать этиологию НРЯиР, а также изучить совместное влияние социальных и психофизиологических факторов на возникновение языковых нарушений, начиная с дошкольного возраста.
Блок опросных методов был дополнен методикой исследования исполнительных функций.

Методика BRIEF (BRIEF; Behavior Rating Inventory of Executive Function; Gioia et al., 2000)

В настоящий момент существует большое количество исследований, направленных на изучение исполнительных функций, поскольку они играют важную роль в эмоциональном, когнитивном и поведенческом развитии. Исполнительные функции также связаны с навыками самоконтроля и академической успеваемостью и, как следствие, с развитием языковых навыков в школьном возрасте (Blair, 2016;Baggett & Alexander, 2016; Lerner, 2015; Çak, 2017).
Учитывая важность исполнительных функций в психическом развитии, остро стоит вопрос их изучения и описания. Тесты, проводимые в лабораторных условиях, могут предоставить объективные данные о степени выраженности отдельных компонентов исполнительных функций, однако их экологическая валидность будет низкой (Turkstra, Coelho, & Ylvisaker, 2005; Pennington & Ozonoff, 1996). В современных исследованиях все чаще наряду с лабораторными экспериментами используются опросники, которые позволяют оценить поведение участников в реальной жизни.
Одним из широко используемых опросников является методика BRIEF. Данный опросник используется в школах и медицинских учреждениях, а также в различных исследованиях с участием детей, подростков и взрослых (Isquith, Roth, & Gioia, 2013; Roth, Isquith, & Gioia, 2014). BRIEF применяется как для исследования лиц без поведенческих трудностей, так и для лиц с нарушениями развития, соматическими болезнями, неврологическими и психическими расстройствами.
В рамках настоящего исследования нами были использованы формы опросника для родителей и учителей об участниках от 5 до 18 лет (BRIEF; Gioia et al., 2000) и форма самоотчета для участников от 11 до 18 лет (BRIEF-2: Gioia, G. A., Isquith, P. K., Guy, S. C., & Kenworthy, L. (2015).
Полученные результаты позволят определить, наблюдается ли у участников поведение, указывающее на наличие задержек развития и психических расстройств, которое может объяснить их языковые сложности, а также выделить поведенческие факторы связанные с наличием НРЯиР.

Исследование нейрофизиологических показателей развития языка и речи (метод электроэнцефалографии)

ЭЭГ-исследование включало в себя эксперименты, направленные на изучение уровня развития структур головного мозга (Эксперимент 1), формирования навыков письменной речи (Эксперимент 2) и способности к распознаванию просодического компонента речи (Эксперимент 3) с целью определения психофизиологических коррелятов развития и нарушений языка и речи у детей и подростков.
Запись проводилась с помощью ЭЭГ-усилителя actiCHamp (BrainProducts, Inc) и использованием 128 активных Ag/AgCl электродов у старших школьников и 64 активных Ag/AgCl электрода у младших школьников и дошкольников. Электроды были размещены на эластичных ЭЭГ-шапочках по международной системе 10-20. Контакт с кожей головы обеспечивался нанесением электролитного гипоаллергенного геля на металлическую часть электрода. В качестве онлайн-референтов были выбраны каналы TP9, TP10. Сопротивление по всем каналам во время записи не превышало 50 kΩ. Предъявление стимулов и ввод ответов участников осуществлялся с помощью ноутбука с установленным программным пакетом Presentation (Neurobehavioral Systems, Inc.). Для предъявления звуковых стимулов использовались магнитно-экранированные динамики.

Регистрация ЭЭГ в состоянии покоя
Перед началом блока экспериментов у всех участников регистрировалась ЭЭГ в состоянии покоя. Все участники получили инструкцию расположиться в кресле неподвижно и совершать как можно меньше движений. Дети до 7 лет в течение 3 минут смотрели повторяющийся видеоролик с нейтральным сюжетом (аквариум с рыбами). Дети старше 7 лет находились 3 минуты с открытыми и 3 минуты с закрытыми глазами. В момент записи на экране предъявлялся фиксационный крест. Полученные данные позволяют исследовать функциональные особенности структур мозга участников, а также будут использованы в анализе процессов активации головного мозга в Эксперименте 1.

Эксперимент 1
Данный эксперимент направлен на исследование глобальных процессов активации головного мозга при восприятии устной речи. Участники смотрели один видеоролик (мультфильм «Три кота») и слушали две аудио сказки (Киплинг Р. «Как верблюд получил свой горб», Немецкая народная сказка «Серебряный колокольчик»).
В ходе разработки стимульного материала нами было отобраны 20 коротких литературных текстов для дошкольного и школьного возраста, оцененных исследовательской группой как интересные для участников от 5 до 18 лет. В выбранных текстах было подсчитано число слов с более и менее чем 4-мя слогами, среднее число слов и слогов на предложение. В эксперимент были включены два текста, характеризующиеся лингвистическим разнообразием и понятные для детей от 5 до 18 лет. Тексты были озвучены и записаны профессиональным диктором.
Видеоролик был выбран из списка популярных мультфильмов, ориентированных на детей дошкольного возраста. Мультфильм “Три кота” отличается лингвистическим разнообразием и включает в себя диалоги между несколькими персонажами, а также интересен детям школьного и дошкольного возраста.
Каждый аудио- и видеофрагмент не превышал 5 минут. Во время прослушивания аудиосказок участникам было предложено смотреть на экран с нейтральным фоновым видео («Падающий снег»). Для проверки внимательности участников после каждой части эксперимента им было задано 5 вопросов по содержанию сказки или мультфильма.
Участникам от 2 до 5 лет демонстрировался только мультфильм, поскольку долгое удерживание внимания на аудиосказке представляет трудность для данного возраста. Участникам от 5 до 18 лет предъявлялись три стимульных фрагмента.
Существующие исследования указывают, что анализ глобальных процессов нейрональной активации может дать информацию о степени биологического развития мозга. Результаты такого эксперимента у лиц с НРЯиР уточняют представление об этиологии данных нарушений.
В ЭЭГ исследованиях детей дошкольного возраста возникают трудности на этапе организации дизайна эксперимента и подбора стимульного материала, поскольку в этом возрасте участникам не удается долго удерживать внимание на одной деятельности. Тем не менее ЭЭГ-данные могут предоставить ценную информацию об уровне развития различных навыков и способностей, в том числе о развитии языковых навыков. Разработка психофизиологических экспериментов, адаптированных для применения в раннем возрасте, может послужить базой для создания эффективных диагностических методик с использованием ЭЭГ. Ранняя диагностика НРЯиР играет решающую роль в их профилактике и коррекции.

Эксперимент 2
В эксперименте 2 изучаются особенности письменной речи участников с НРЯиР. Письмо является одним из важнейших индикаторов наличия речевых нарушений (Snowling et al., 2016). Свободная письменная речь отражает степень сформированности грамматической, лексической и семантической структур (Bishop et al., 2013). Тем не менее, вопрос нейрофизиологических коррелятах процессов письменной речи до конца не исследован. В связи с этим нами был разработан эксперимент, направленный на изучение нейрональной активности головного мозга в процессе моторной и идиомоторной печати на компьютере. Участниками эксперимента стали школьники старше 11 лет, имеющие навык печати на компьютере. Стимульный материал представлял собой 24 изображения, по которым необходимо было придумать и напечатать предложения. Изображения были заимствованы из стандартизированного теста Formulated Sentences Examiner's Manual (Clinical Evaluation of Language Fundamentals®-Fifth Edition (CELF®-5) Elisabeth H. Wiig, Eleanor Semel & Wayne A. Secord, 2013), направленного на изучение языка и речи. Над каждым изображением было представлено слово или словосочетание. Перед началом основной части эксперимента участнику была предложена тренировка. В первой части эксперимента задачей респондента было придумать и напечатать предложение по картинке со словом, указанным над ней. Во второй части эксперимента от участника требовалось представить процесс печати предложения, не совершая при этом непосредственных движений. Для единообразия задачи участникам было предложено ориентироваться на клавиатуру компьютера при побуквенном наборе. После каждого предложения во второй части участник озвучивал вслух придуманное предложение, которое фиксировалось экспериментатором. Моторные ответы респондента выражались через нажатие клавиш на клавиатуре компьютера. Длительность эксперимента определялась участником и варьировалась от 15 до 30 минут.

Эксперимент 3
Чтобы изучить способность участников распознавать просодический (интонационный) компонент устной речи, им было предложено прослушать аудиозапись стимульного предложения: «Мой кот любит спать». Данный эксперимент предлагался участникам от 4 до 18 лет, поэтому стимульное предложение включало простую лексику, входящую в пассивный словарь дошкольников. Предложение было представлено в двух режимах: стандартном и ускоренном. Стандартная скорость соответствует обычной разговорной речи, а ускоренная запись была получена путем увеличения скорости воспроизведения стандартного стимула в 2 раза. Cтимулы подавались на левое ухо участников через полноразмерные наушники при уровне звукового давления 50 дБ в псевдослучайном порядке. В ходе эксперимента было предъявлено по 700 проб каждого типа стимула. Длительность эксперимента составляла 40 минут. Чтобы снизить усталость от монотонной стимуляции, участникам было предложено на выбор несколько фильмов, которые они могли посмотреть во время ЭЭГ записи. Фильмы демонстрировались с помощью ноутбука при уровне звука 70 Дб. Хотя просмотр фильма оказывал влияние на регистрируемую активность, его звуковая дорожка не включала в себя повторяющихся аудофрагментов в отличии от экспериментального стимула, который всегда предъявлялся без изменений. При усреднении всех предъявлений стимула на ЭЭГ-записи хаотические эффекты, связаны с фильмом, будут устранены. Перед проведением эксперимента участники проходили тест чувствительности слуха, чтобы исключить влияние нарушений слуха на полученные данные.
Способность к распознаванию просодического компонента речи является важным фактором в развитии языковых навыков, особенно в раннем детстве. Информация о трудностях в распознавании просодики у лиц с НРЯиР позволит лучше понять природу данного расстройства и скорректировать образовательную программу с учетом трудностей в распознавании речи, с которыми сталкиваются дети с НРЯиР. Насколько нам известно, на данный момент не было проведено нейрофизиологических исследований, изучающего способность к распознаванию просодического компонента методом анализа речевой огибающей у детей с НРЯиР (Myers, B. R., Lense, M. D., & Gordon, R. L., 2019). Результаты эксперимента смогут дополнить мировую исследовательскую литературу.

Запись образцов естественной речи

Для анализа динамики речевого развития в раннем детстве нами будет проведено 3 записи естественных высказываний ребенка в ходе 30 минут свободной игры. Записи будут проводиться с перерывом в 4 месяца. Анализ речевых высказываний будет осуществляться путем транскрибирования аудиоматериала в текстовый файл, и последующего структурного и нарративного анализа речевых образцов. При анализе будет учитываться такая информация, как длина высказывания, количество сделанных пауз, количество стилистических, семантических и грамматических ошибок, количество повторений, индексы MLU (Средняя длина высказывания), TTR (Соотношение количества неповторяющихся слов к количеству знаков в тексте), DSS (Оценка сложности высказывания) и IPSyn (Индекс продуктивного синтаксиса) и другие.
Полученные результаты позволят уточнить языковой статус и наличие нарушений у участников проекта, а также дадут представление о динамике развития языковых навыков у детей с НРЯиР и их нормотипических сверстников.

Полученные результаты

В 2019 году было проведено две экспедиции (июнь-июль и ноябрь) в сельское поселение АЗ, в котором частота встречаемости НРЯиР превышает подобный показатель в генеральной популяции. Были собраны данные у 49 школьников в возрасте от 7 до 18 лет и 17 дошкольников в возрасте от 2 до 8 лет.
Все участники школьного возраста старше 11 лет, а также их родители и учителя заполнили опросник BRIEF, направленный на оценку поведения и навыков саморегуляции. ЭЭГ исследование прошли 49 школьников и 13 дошкольников. Образцы естественной речи были записаны у 17 участников дошкольного возраста, повторная запись спустя 4 месяца была проведена у 15 участников.
Были получены логопедические заключения о языковом статусе участников после обследования у специалиста, приглашенного исследовательской группой в поселение АЗ. Школьники с 1 по 9 класс прошли первичную диагностику у логопеда, включающую анализ письменной и экспрессивной речи. Кроме того, 12 дошкольников прошли логопедическое обследование, направленное на анализ рецептивной и экспрессивной речи. Родители остальных участников отказались от диагностики.
Коллективом проекта были установлены рабочие связи с Министерством образования Архангельской области, а также местным логопедическим центром и средней общеобразовательной школой, расположенными в городе Архангельске и прилегающем поселении. Была проведена информационная кампания о сроках и целях исследования среди учителей и родителей потенциальных участников исследования на 2020 год.

Key findings for the stage (summarized)

В 2019 году было проведено две экспедиции (июнь-июль и ноябрь) в сельское поселение АЗ, в котором частота встречаемости НРЯиР превышает подобный показатель в генеральной популяции. Были собраны данные у 49 школьников в возрасте от 7 до 18 лет и 17 дошкольников в возрасте от 2 до 8 лет.
Все участники школьного возраста старше 11 лет, а также их родители и учителя заполнили опросник BRIEF, направленный на оценку поведения и навыков саморегуляции. ЭЭГ исследование прошли 49 школьников и 13 дошкольников. Образцы естественной речи были записаны у 17 участников дошкольного возраста, повторная запись спустя 4 месяца была проведена у 15 участников.
Были получены логопедические заключения о языковом статусе участников после обследования у специалиста, приглашенного исследовательской группой в поселение АЗ. Школьники с 1 по 9 класс прошли первичную диагностику у логопеда, включающую анализ письменной и экспрессивной речи. Кроме того, 12 дошкольников прошли логопедическое обследование, направленное на анализ рецептивной и экспрессивной речи. Родители остальных участников отказались от диагностики.
Коллективом проекта были установлены рабочие связи с Министерством образования Архангельской области, а также местным логопедическим центром и средней общеобразовательной школой, расположенными в городе Архангельске и прилегающем поселении. Была проведена информационная кампания о сроках и целях исследования среди учителей и родителей потенциальных участников исследования на 2020 год.

Transfer of the full copy of the report to third parties for non-commercial use: permitted/not permitted

Не разрешается.

Check of the report for improper borrowing in external sources (plagiarism): permitted/not permitted

Разрешается.

Rationale of the interdisciplinary approach

Данный проект представляет собой междисциплинарное исследование, в рамках которого проводится изучение нейрофизиологических (методом электроэнцефалографии) и поведенческих показателей развития языка и речи у детей и подростков Архангельской области.

Rationale of the intersectoral approach

Результаты проекта внесут существенный вклад в описание психологических и психофизиологических особенностей развития детей с дефицитами в развития языка и речи, а также будут способствовать совершенствованию системы образования в городских и сельских образовательных учреждений.
AcronymRFBR_a_2019 - 1
StatusFinished
Effective start/end date15/01/1925/12/19