Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Психофизиологическая интерпретация пространственно-слуховых эффектов дихотической стимуляции

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Шеромова, Нина Николаевна

Введение.

Глава 1. Обзор литературы.

Глава 2. Методика исследования.

2.1 .Обоснование методики.

2.2.Описание возможностей прибора.

2.3 .Процедура исследования.

2.4.Обоснование выбранных для изучения параметров звуколокализационной функции.

2.5. Объект исследования.

Глава 3. Влияние интенсивности дихотического стимула на формирование звукового образа.

3.1.Влияние интенсивности звукового дихотического раздражителя на степень чувствительности испытуемых к интерауральным временным различиям стимуляции.

3.2.Влияние интенсивности звукового сигнала на структуру субъективного звукового поля.

3.2.1.Влияние интенсивности звукового сигнала на диапазон субъективного звукового 49 поля.

3.2.2.Влияние интенсивности звукового сигнала на дискретность субъективного звукового 51 поля.

3.2.3.Влияние интенсивности интенсивности звукового на дифференциальные пороги 56 смещения звукового образа.

Глава 4. Влияние частоты следования дихотических стимулов на формирование звукового образа.

4.1.Влияние частоты следования дихотических стимулов на степень чувствительности испытуемых к интерауральным временным различиям стимуляции.

4.2.Динамика формирования субъективного звукового образа.

Глава 5. Индивидуальные особенности восприятия дихотических стимулов.

5.1.Особенности восприятия дихотических стимулов у детей с задержкой психического развития.

5.2.Индивидуальные проявления асимметрии звуколокализационной функции.

5.3.Индивидуальные особенности структуры субъективного звукового поля и траектории движения звукового образа.

Глава 6. Обсуждение результатов.

Выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Психофизиологическая интерпретация пространственно-слуховых эффектов дихотической стимуляции"

Среди сенсорных систем человека, формирующих его субъективную сферу, слуховая система занимает особое место. Именно эта система, вооружившись в процессе эволюции гортанью с уникальным аппаратом вокализации, обогащает нас словом, а следовательно, абстрактным мышлением и светом разума, которые позволяют нам проникать в безграничности пространства и времени (Айрапетьянц Э.Ш., 1968, 1970; Альтман Я.А., 1990; Middlebrooks, Green, 1991; Grantham, 1995).

На этом фоне исследование психофизиологических механизмов пространственного слуха представляется частной и конкретной проблемой, которая включает в круг своих интересов только одну из многих сторон деятельности слуховой анализаторной системы. Однако при более глубоком погружении в эту проблему становится очевидным, что работа механизма локализации звука теснейшим образом связана с соотношением возбудительных и тормозных процессов в мозге, с развитием и особенностями корково-подкорковых взаимоотношений, с взаимодействием перекрещенных и неперекрещенных слуховых путей, а также с морфофункциональной зрелостью последних, со степенью развития других анализаторных систем, особенно вестибулярной и двигательной (Айрапетьянц Э.Ш., Батуев A.C., 1968; Радионова Е.А., 1987; Culling, 2000 и т.д.). Кроме того, в последнее десятилетие все больше и больше накапливается данных, свидетельствующих о том, что локализация звука обеспечивается не только бинауральным, но и биполушарным взаимодействием, а поэтому эта проблема оказывается органично вплетенной в проблему парной работы больших полушарий, в проблему межполушарной асимметрии и функциональной специализации полушарий (Бианки В.Л., 1967, 1983; Георгиева Н.Б., 1968а, 19686). Наконец, источник звука, который локализуется человеком, отражается, как известно, его психической сферой в виде идеального, субъективного образа, мнимость и нематериальность которого особенно наглядно выступает при дихотической звуковой стимуляции, т.е. при стимуляции через наушники, когда два статичных источника, материальных и реальных, с помощью нейрофизиологических процессов предстают в «субъективном поле» испытуемого в виде слитного звукового образа (СЗО) с совершенно иными пространственными параметрами, чем у двух его составляющих.

Таким образом, можно с полным правом говорить о том, что микропроблема локализации звука является составной частью одной из фундаментальных проблем современности, а именно психофизиологической проблемы. Более того, возникновение пространственного образа звука внутри головы испытуемого, перемещение его по воле исследователя дает уникальную возможность приблизиться к пониманию морфофункциональной структуры этого образа, к пониманию того нейрофизиологического мостика, который связывает материальное и идеальное, физическое и психическое и делают эту связь в какой-то степени эквивалентной и адекватной. И даже сейчас, когда контуры нейрофизиологической архитектуры, обеспечивающей физико-психическую связь, находятся еще в зачаточном или предположительном состоянии, по степени соответствия этой связи, устанавливаемой эмпирически, уже можно судить о качестве протекающих в мозге процессов, о скорости их развертывания, о зрелости различных путей и связей, а, в целом, по состоянию звуколокализационной функции и структуры субъективного звукового поля (СЗП) можно судить об особенностях морфофункциональной организации мозга и его психофизиологическом состоянии в момент исследования.

Настоящая работа является продолжением нейро- и психофизиологических исследований, проводимых в лаборатории В.И. Щербакова (Щербаков В.И. и др., 1970; Щербаков В.И., Косюга Ю.И., 1980а, 19806; Щербаков В.И., 1988 и т.д.), посвященных восприятию человеком и животными пространства и механизмам ориентации в нем. Общепризнано, что пространственный анализ раздражителей внешнего мира вне зависимости от их модальности осуществляется совместной деятельностью различных сенсорных систем, ибо локализация любого дистантного объекта - звучащего, видимого или запахового - предполагает одновременную ориентацию человека и животного относительно локализуемого объекта. И хотя данный факт ввиду его очевидности никем не оспаривается, исследований, в которых предпринималась бы попытка конкретизации механизмов межанализаторной интеграции при отражении пространства, крайне мало. Это касается и механизмов отражения звукового пространства, что является предметом настоящего исследования. Если исходить из имеющихся литературных данных, то все существующие модели локализации звука построены на базе деятельности слуховой сенсорной системы (Альтман Я.А., Дубровский H.A., 1972; Блауэрт Й; 1979; Stern, Trahiotis, 1997; Sujaku et al., 1981; Yost, Gourevitch, 1987; Радионова E.A., Никитин H. И., 2000 и т.д.). Однако, как показали эксперименты на животных (Щербаков В.И., Швачкина М.Т., Яшнова O.K., 1974, 1975; Щербаков В.И., Косюга Ю.И., 1976, 1978, 19806), различные воздействия на вестибулярную систему (охлаждение горизонтального канала, изолированная перерезка вестибулярной ветви VIII пары) при полной сохранности слухового анализатора приводят к нарушению звуколокализационной функции. В исследованиях М.К. Паренко и Т.В. Маясовой (Паренко М.К., 2000; Маясова Т.В., 2000) отмечен факт вовлечения в процесс локализации звука зрительной системы в виде движений глаз, следящих за перемещением мнимого звукового образа в субъективном звуковом поле. При дихотической стимуляции наиболее отчетливо этот феномен проявляется у детей младших возрастных групп. Еще нагляднее межанализаторное взаимодействие наблюдали в экспериментах на животных при использовании диотического метода стимуляции, когда мнимый источник звука перемещался во внешнем пространстве и всем комплексом ориентировочных реакций (поворотом головы, ушных раковин, глаз) животные отражали его местоположение (Щербаков В.И., Швачкина М.Т., Косюга Ю.И., 1978; Щербаков В.И., Швачкина М.Т., 1978; Щербаков В.И., Горева O.A., 1978 а, 1978 б, 1982;

Щербаков В.И. и др., 1983; Щербаков В.И. и др., 1993). Таким образом, метод дихотической стимуляции является, с нашей точки зрения, наиболее адекватным методом при решении всех аспектов проблемы пространственного анализа слуха, так как он дает возможность вводить такие параметры стимуляции, которые могут и не встречаться в естественном звуковом пространстве. Полученные с помощью этого метода факты дают исследователям разнообразную информацию об особенностях обработки звуковых сигналов парными полушариями мозга (Альтман Я.А., 1970, 1972). Уже сейчас с помощью метода дихотической стимуляции исследована латерализация разнообразных звуковых сигналов, таких, как тоны, шумы, щелчки, речевые фрагменты, а также определены многие параметры звуколокализационных возможностей человека (Hornbostel, Wertheimer, 1920; Hall, 1964; Гусев Е.К., 1968; Klumpp, Eady, 1956; Tollin , Henning, 1999; Breebaart, Kolilrausch, 2001 и т.д.).

Применение метода дихотической стимуляции в экспериментах на животных (Косюга Ю.И., 1995) давало возможность фиксировать лишь внешние, отчетливо улавливаемые проявления психической деятельности, тогда как ее внутренняя составляющая оставалась недосягаемой. Изучить пространственную компоненту субъективного мира позволяют исследования человека, поскольку только он наделен Природой безграничными возможностями самовыражения своих ощущений и состояний с помощью членораздельной речи. Так как метод дихотической стимуляции позволяет формировать искусственную субъективную сферу человека и моделировать в ней разнообразные пространственно-слуховые ощущения, то его применение особенно перспективно в психофизиологических исследованиях человека.

Представления Ивана Михайловича Сеченова (Сеченов И.М., 1951, 1952, 1997) о том, что нейрофизиологическую основу всех психических явлений составляют рефлексы, достаточно давно утвердились в физиологии. Однако проблема пространственного слуха до сих пор не подвергалась анализу с рефлекторных позиций, что сильно тормозит, но нашему мнению, ее решение. Большинство исследователей на основе экспериментальных данных предлагают модели локализации, объясняющие лишь возможный способ измерения интерауральных параметров сигналов (Jeffress, 1948; Licklider, 1962; Lange, 1962; Durlach, 1963; Aharonson, Fürst, 2001 и т.д.). Другими словами, изучение звуколокализационных механизмов в основном идет на уровне афферентного звена слухового анализатора. Вместе с тем известно, что ответная реакция со стороны лишь афферентных элементов слухового анализатора не может служить критерием возникновения слухового образа с определенными пространственными параметрами, ибо единственно надежным критерием может служить эффекторное проявление, например ориентировочная реакция.

Несмотря на то что благодаря работам Я.А. Альтмана с сотрудниками накоплен значительный экспериментальный и клинический материал по проблеме пространственного слуха, его явно недостаточно, чтобы объяснить индивидуальные вариации бинаурального восприятия звуков, и в частности вариации субъективного звукового пространства внутри головы испытуемого и траектории движения звукового образа, зависимость их от характера дихотической стимуляции и многое другое. Поэтому изучение индивидуальных особенностей восприятия звуков у людей разного возраста, пола, типов высшей нервной деятельности, у людей с той или иной психопатологией, наследственной или приобретенной, открывает новые возможности для понимания процессов формирования СЗО и СЗП, а также дает дополнительные сведения о деятельности целого мозга.

С помощью разработанных в нашей лаборатории методик (A.C. №2131215, А.С.№2130753 и т.д.) дихотической стимуляции мы восполнили пробел предыдущих диссертационных работ (Паренко М.К., 2000; Маясова Т.В., 2000) и исследовали звуколокализационные способности детей с задержкой психического развития. Кроме того, на взрослых испытуемых в возрасте от 20 до 22 лет мы пытались выяснить зависимость звукового образа и субъективного звукового поля от силы и частоты следования дихотических пар. Анализ полученных данных с позиции рефлекторной теории позволяет по-новому взглянуть на нейрофизиологические механизмы формирования СЗО.

Целью работы являлась психофизиологическая интерпретация пространственно-слуховых эффектов дихотической стимуляции.

В процессе исследования решались следующие задачи:

1. Разработать адекватную методику для исследования эффектов дихотической стимуляции.

2. Исследовать влияние амплитуды и частоты дихотического стимула на формирование слитного звукового образа.

3. Исследовать профиль асимметрии звуколокализационной функции в зависимости от характера стимуляции.

4. Изучить особенности восприятия дихотических стимулов у детей с задержкой психического развития.

Научная новизна работы

Впервые было исследовано влияние амплитудно-частотных характеристик дихотического стимула на показатели звуколокализационной функции. Показано, что при увеличении амплитуды дихотического стимула повышается чувствительность и разрешающая способность звуколокализационной функции человека. Установлено, что временные показатели звуколокализационной функции монотонно увеличиваются при увеличении частоты в серии дихотических импульсов. С помощью психофизиологического исследования было определено, что время формирования локализованного звукового образа составляет около 300 мс.

Впервые показаны особенности восприятия дихотических стимулов у детей с задержкой психического развития. Впервые доказано, что нейрофизиологическая структура пространственного звукового образа имеет не только морфо-топографическую, но и временную организацию, т. е. время трансформируется сначала в интенсивность, а затем в пространство.

Научно-практическая значимость исследования

1. Полученные данные являются основой для дальнейшего развития рефлекторной теории пространственного слуха.

2. Разработан способ исследования межполушарной сенсорной асимметрии, который может быть использован для экспресс-диагностики односторонних поражений отоневрологической сферы, ранней диагностики центральных и периферических поражений слухового анализатора, для опосредованной оценки функционально-адаптивных возможностей слуховой и вестибулярной систем, а также для тестирования испытуемых при выборе профессий, связанных с акустическими и вестибулярными нагрузками

3. Разработан способ исследования межполушарной сенсорной асимметрии, который может быть использован для исследования умственного утомления, оценки степени межполушарной асимметрии, а также для диагностики поражений слухового анализатора.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ и зарегистрированы 2 заявки на изобретения.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы формирования гармонически развитой личности учащихся в современных условиях» (Чебоксары, 1995 г.); на научно-практических конференциях (Нижний Новгород, 1997-2000 гг.); на Всероссийской конференции

Биология - наука XXI века» (Пущино, 2001 г.); на XVIII съезде физиологов России (Казань, 2001 г.).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, пяти глав основного содержания, обсуждения результатов, выводов и списка цитированной литературы. Текст диссертации изложен на 136 страницах машинописного текста, иллюстрирован 14 рисунками и 26 таблицами. Библиография включает 159 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Физиология", Шеромова, Нина Николаевна

Выводы

1. В предложенных условиях дихотической стимуляции структура СЗП зависит от интенсивности звукового стимула. При увеличении амплитуды звукового сигнала до уровня 50-60 дБ интерауральные временные различия, характеризующие момент смещения 30 из центра СЗП, максимальную латерализацию и момент «расщепления» 30 на два билатерализованных слуховых ощущения, уменьшаются.

2. Структура субъективного звукового поля трансформируется в соответствии с интенсивностью дихотического стимула: изменяются угловые размеры диапазона СЗП, его центральной зоны и зоны движения.

3. Временные показатели звуколокализационной функции монотонно увеличиваются при увеличении частоты следования дихотических пар.

4. В исследованном диапазоне амплитудно-временных комбинаций дихотического стимула оптимальный режим распознавания пространственных координат звукового образа обеспечивается при частоте следования дихотических пар - 3 Гц и амплитуде звуковых импульсов - 50 дБ.

5. Функциональное состояние центральной нервной системы влияет на процесс формирования слитного звукового образа при дихотической стимуляции, о чем свидетельствует неустойчивость и значительная вариабельностью пространственно-слуховых эффектов дихотической стимуляции у детей с задержкой психического развития.

6. Структура межполушарной асимметрии существенно зависит от частоты следования дихотических пар и более устойчива по отношению к амплитуде звукового сигнала.

7. Использование дихотических стимулов средней громкости создает оптимальные условия для последовательного и независимого рефлекторного отражения этих стимулов каждым из полушарий мозга.

8. Внутримозговая морфофункциональная основа пространственного образа звука имеет биполушарную организацию, в сложнорефлекторной архитектуре которой важную роль играют временные взаимоотношения между симметричными структурами.

9. Субъективизация дихотического стимула является результатом интегративного афферентно-эфферентного взаимодействия ориентировочных рефлексов на звук и зависит от степени зрелости контрлатеральных, ипсилатеральных путей и реципрокных взаимоотношений между билатеральными рефлексами.