Когнитивная нейробиология процессов научения и восприятия языка: 2018 г. этап 2

Проект: исполнение гранта/договораисполнение этапа гранта/договора

описание

Лаборатория Поведенческой Нейродинамики проводит исследования в области Когнитивной нейробиологии процессов научения и восприятия языка. Проект направлен на реализацию масштабной исследовательской программы по изучению нейрокогнитивных основ языка и научения.

Наши цели – расширение существующих на данный момент в этой области представлений и прояснение природы нейропластических изменений, практически мгновенно возникающих в ответ на предъявление новых речевых стимулов в процессе их освоения детьми и взрослыми.

Онтогенетические аспекты усвоения новых слов будут изучаться на детях, чей возраст не выходит за пределы критического для овладения языком периода.

Помимо установления механизмов вербального научения, одной из основных целей является уточнение мозговых основ хранения и обработки вербальной информации как таковой – посредством оценки работы задействованных в этом процессе структур, временной динамики их активации и взаимодействия между различными участками мозга, а также функциональных и анатомических связей между ними, – с выходом на установление потенциальных причинно-следственных связей.

описание для неспециалистов

Текущие исследования новой лаборатории преимущественно направлены на выяснение механизмов языкового научения. Способность человека к быстрому освоению новых слов, критическая с точки зрения языковой коммуникации, хорошо известна благодаря данным поведенческих экспериментов и наблюдений. В то же время, нейрональные основы этого жизненно важного навыка (известного также как 'fast mapping') до сих пор неизвестны. Проведенные ранее нейрофизиологические исследования показали, что новые мнемические следы могут формироваться в коре головного мозга почти мгновенно, в течение всего нескольких минут после предъявления нового слова (Shtyrov et al., 2010, J Neuroscience; Shtyrov, 2012, The Neuroscientist). Такая способность к быстрому научению является специфичной для звуков родного языка и зависит от индивидуальных особенностей языкового опыта человека. Наши работы существенно расширяют это предметное поле и включают в себя несколько направлений исследований:
перцептивное научение новым словоформам: согласно нашим предположениям, перисильвиева область коры, и особенно ее верхне-височная часть, играет решающую роль в формировании нейронных контуров, отвечающих за усвоение лексической информации. Эта гипотезу мы проверяем в различных нейрофизиологических экспериментах;
определение специфических паттернов освоения бессмысленных словоформ и осмысленных слов, а также паттернов овладения различными типами значений – в частности, абстрактными и конкретными;
сенсомоторное научение в процессе артикуляции. Согласно нашим теоретическим представлениям, построение связанных друг с другом мнемических контуров должно задействовать моторные и слуховые перцептивные области;
обнаружение различных нейрональных путей, обеспечивающих разные типы освоения новых слов, – в первую очередь, имплицитное научение, основанное на использовании контекстной информации, и эксплицитное научение, осуществляемое с помощью прямых инструкций;
сравнение особенностей нейродинамики, сопутствующей освоению новых слов, у взрослых носителей языка и у детей, что необходимо для уточнения существующих представлений о механизмах созревания мозговых систем, отвечающих за освоение языка.
Для достижения всех перечисленных целей мы сочетаем использование психолингвистических поведенческих экспериментов и средств нейровизуализации. Особое внимание при этом уделяется тончайшей балансировке всех параметров стимулов и строгому контролю над поведенческими параметрами научения, а также точным временным расчетам в отношении наблюдаемых нейрофизиологических эффектов. Мы используем ЭЭГ высокой плотности и нейростимуляционные методы (ТЭС) для того, чтобы одновременно зафиксировать нейродинамические процессы, связанные с процессами освоения языка, и установить причинно-следственные связи между мозговыми структурами и специфическими функциональными изменениями, сопровождающими языковое научение.

основные результаты по этапу (подробно)

По результатам подготовительных работ:
Закуплено следующее оборудование:
Система Polhemus FASTRAK Motion Tracking System;
Система actiCHamp-128
в состав которой входит Электронный базовый блок с интегрированными 8 AUX каналами для регистрации психофизиологических сигналов • Электронные блоки для регистрации биопотенциалов параметров (4 шт) • Аккумуляторный блок питания • Зарядное устройство • Набор кабелей (питания, USB, соединения аккумулятора к базовому блоку, триггерный кабель) • Стартовый набор: шприцы, гель SuperVisc, клеящиеся кольца, измерительная лента • Запасные сигнальные активные электроды типа slim, 65 см – • Активный заземляющий электрод типа slim, 160 см –• 32- канальные связки электродов типа slim. • Кейс для переноски системы • Программа Brain Vision Recorder для регистрации ЭЭГ/ВП на DVD-диске с ключом UR для защиты ПО;
Система LiveAmp-32 для длительной регистрации и беспроводной передачи по радиоканалу до 32 каналов ЭЭГ/ЭхГ (до 10 м внутри помещений, до 30 м – вне помещений). Возможно сохранение данных на внутреннюю карту памяти (до 32 Гб). Частота регистрации – до 1000 Гц. Имеется TTL-триггер для синхронизации с внешним оборудованием и 3-х осевой акселерометр. Вес устройства – 60 грамм. Длительность записи на внутреннюю карту – до 4.5 часов, при беспроводной передаче – 3 часа. Система включает программное обеспечение для регистрации и анализа биосигналов.
Тест Векслера (детский вариант).
Закуплены все необходимые комплектующие и материалы для проведения исследования, в том числе: электродный гель, запасные электроды и разъемы, ЭЭГ шлемы, датчик кожно-гальванической реакции к усилителю BrainAmp, трехосевой датчик ускорения к усилителю BrainAmp, дезинфицирующие жидкости для обработки электродов и шапочек. шприцы для введения геля, оборудование для очистки электродов, гигиенические принадлежности для психофизиологических экспериментов.

Четвертый этап проведения экспериментальной части. Проведение экспериментов, направленных на изучение перцептивного процесса овладения новыми словоформами у детей:
- получено разрешение Этического комитета СПбГУ на проведение экспериментальных процедур с несовершеннолетними испытуемыми (одобрена форма Информированного согласия)
- разработаны и апробированы оригинальные поведенческие методики, направленные на изучение процесса овладения новыми словоформами у детей
- созданы экспериментальные протоколы и парадигмы, адаптированные для несовершеннолетних испытуемых; определены параметры проведения ЭЭГ-исследований на детской выборке,
- получены новые экспериментальные ЭЭГ-данные по активации областей мозга, возникающей в ходе процесса овладения новыми словоформами у детей: выполнено описание динамики электро-физиологических основ процессов научения, а также определена топография активации мозга, сопровождающей освоение новых словоформ

Пятый этап проведения экспериментальной части. Проведение серии экспериментов, направленных на изучение процесса освоения семантики новых словоформ при помощи электрофизиологических методик у взрослых:
- уточнены и расширены данные, полученные научным коллективом ранее, с помощью метода ЭЭГ высокой плотности
– собран обширный эмпирический материал, позволяющий выявить нейрональные основы освоения конкретных и абстрактных понятий
Шестой этап проведения экспериментальной части. Изучение процесса освоения семантики новых словоформ у детей
- получены новые экспериментальные данные о нейробиологических основах процесса освоения семантики новых словоформ детьми
- подготовлено описание динамики электрической активности мозга, подлежащей процессам семантического научения, происходящего в различных экспериментальных режимах

Седьмой этап проведения экспериментальной части. Проведение экспериментов, направленных на изучение процесса овладения лингвистическим материалом при помощи методик микрополяризяции (tDCS, trancranial direct current stimulation)
- разработана и успешно апробирована экспериментальная парадигма, адаптированная для использования в ТЭС-исследовании
- получены уникальные данные касательно роли артикуляторных процессов в освоении семантики новых словоформ, предъявляющихся в различных экспериментальных режимах
- составлено описание нейрональных основ процессов освоения новых словоформ в различных условиях стимуляции.

6. Копии статей, опубликованных в научных изданиях, индексируемых в базе данных Web of Science.
1. Gansonre С., Højlund А., Leminen А., Bailey С., Shtyrov Y. Task‐free auditory EEG paradigm for probing multiple levels of speech processing in the brain // Psychophysiology. 2018. P. 1-18. https://doi.org/10.1111/psyp.13216.
2. Kimppa L., Shtyrov Y., Partanen E., Kujala T. Impaired neural mechanism for online novel word acquisition in dyslexic children // Scientific Reports. 2018. 8. P.1-12 https://DOI:10.1038/s41598-018-31211-0.
3. Щербакова О.В., Филиппова М.Г., Штыров Ю.Ю. Негативность, связанная с ошибкой, как маркер неосознаваемой чувствительности к многозначности стимула // Журнал высшей нервной деятельности им. И. П. Павлова, 2018. (принята в печать)
4. Nikola Vukovic, Francesca Fardo, Yury Shtyrov. When words burn – language processing differentially modulates pain perception in typical and chronic pain populations. // Language and Cognition (принята в печать)
5. Partanen E.J, Leminen A., Cook C. and Shtyrov Y Formation of neocortical memory circuits for unattended written word forms: neuromagnetic evidence // Scientific Reports, 2018. DOI:10.1038/s41598-018-34029-y

7. Перечень мероприятий. Документы, подтверждающие участие в конференциях.
Члены научного коллектива участвовали в следующих конференциях:
Архитектура и механизмы языковой обработки ("Architectures and Mechanisms for Language Processing") Берлинский университет имени Гумбольдта, Германия, Берлин
8-ая конференция по негативности рассогласования в Университете Хельсинки
8-ая международной конференции по когнитивной науке, Светлогорск, Россия
Научная школа “Активные и пассивные методы исследования мозга”, Москва, Россия

8. Документы, подтверждающие прохождение обучения, переподготовки или повышения квалификации. Копии приказов о мероприятиях.
Научный коллектив принял участие в следующих повышениях квалификации:
Tools and Techniques in Cognitiv Neuroscience, Германия, г. Лейпциг, Институт Макса Планка
Donders Neuroimaging Tool-kit, a course on the essentials of all major neuroimaging techniques, including ERP. MEG. fMRI. PET, and TMS, Нидерланды, г. Наймеген, Центр когнитивной Нейровизуализации им. Дондерса, Университет Радбауда, Институт Дондерса
The in-depth Donders Brain Stimulation Tool-kit, about transcranial
magnetic stimulation (TMS) and transcranial current stimulation (tDCS/tACS), Нидерланды, г. Наймеген, Центр когнитивной Нейровизуализации им. Дондерса, Университет Радбауда, Институт Дондерса

9. Документы, подтверждающие проведение семинара.
Коллективом Лаборатории поведенческой нейродинамики организованы следующие научные мероприятия:
Международный симпозиум “Неделя языка всякого и якого” (Приказ № 2642/1 от 06.04.2018) прошел с 27.05.2018 по 01.06.2018 (Главное здание СПбГУ, Санкт-Петербург, Россия);
Научный семинар “Когнитивная нейробиология речи” (Приказ № 8867/1 от 13.09.2018) прошел в период с 26.09.2018 по 29.09.2018 (факультет психологии СПбГУ, Санкт-Петербург, Россия)
“Нейробиология речи: когнитивные и социальные аспекты” (Приказ 11021/1 от 09.11.2018) прошел 17.12.2018 по 20.12.2018 (факультет психологии СПбГУ, Санкт-Петербург, Россия)

10. Актуальный сайт лаборатории http://cogneuro.spbu.ru/

11. Перечень проведенных работ
В рамках договора ЕД-057157 от 20.09.2018 были закуплены комплектующие (Ноутбук и монитор) для аппаратно-программного комплекса для предъявления визуальной стимуляции. А также в рамках ЕД-054155 от 31.08.2018 была закуплены увлажнители воздуха, вентиляторы и профессиональная химия для поддержания работы Лабораторного помещения.

описание вклада в работу каждого из участников, допустима оценка в процентах (учётная форма ЦИТиС)

Александров Александр Алексеевич, разработка экспериментов с участием детей, нет
Андрющенко Екатерина Александровна, проведение экспериментов, нет
Благовещенский Евгений Дмитриевич, проведение экспериментов, нет
Васильева Марина Юрьевна, проведение экспериментов с участием детей, нет
Гнедых Дарья Сергеевна, проведение экспериментов, нет
Кирсанов Александр Сергеевич, проведение экспериментов, нет
Князева Вероника Михайловна, проведение экспериментов с участием детей, нет
Костромина Светлана Николаевна, разработка дизайна исследования, нет
Курмакаева Диана Маратовна, проведение экспериментов, нет
Мкртычян Надежда Андреевна, проведение экспериментов, нет
Мячиков Андрей Викторович, обработка собранных данных, нет
Новиковская Надежда Александровна, проведение экспериментов, нет
Осадчий Алексей Евгеньевич, обработка собранных данных, нет
Скочилов Роман Владимирович, обработка собранных данных, нет
Филиппов Алексей Александрович, проведение экспериментов, нет
Филиппова Маргарита Георгиевна, проведение экспериментов, нет
Шаболтас Алла Вадимовна, разработка дизайна исследования, нет
Штыров Юрий Юрьевич, общее руководство проектом
Щербакова Ольга Владимировна, разработка дизайна исследования, нет

передача полной копии отчёта третьим лицам для некоммерческого использования: разрешается/не разрешается (учётная форма ЦИТиС)

не разрешается

проверка отчёта на неправомерные заимствования во внешних источниках: разрешается/не разрешается (учётная форма ЦИТиС)

размешается
Короткий заголовокGZ-2018
АббревиатураMega_5 - 2
СтатусЗавершено
Действительная дата начала/окончания1/01/1831/12/18

Ключевые слова

  • Нейробиология
  • Язык
  • Речь
  • Электоэнцефалография