Диссертация (Восприятие референциально неоднозначных выражений русского языка - данные связанных с событиями потенциалов мозга), страница 9

Метод ССПМетод ССП относится к числу непосредственных методик исследования языка, используемых для анализа работы головного мозга в связи с обработкой или (реже) порождения языка. Данный метод основан на записи электроэнцефалограммы (ЭЭГ), которая измеряет спонтанную ритмическую активность мозга. Связанными с событиями потенциалами называются изменения биоэлектрической активности мозга, вызванные определенными внешними воздействиями, или стимулами.

Суть исследований с использованием метода ССП заключается в предъявлении экспериментальных стимулов, одновременной фиксации ЭЭГ ипоследующей специальной обработке полученного ЭЭГ-сигнала для выделения ССП, сопровождающих реакцию мозга испытуемого на предъявленные стимулы.2.1.1. Языковые стимулыОсновным преимуществом метода ССП является его высокое временное разрешение –частота дискретизации электрического сигнала обычно составляет не менее 250 Гц. Такаявысокая временная точность и специальное программное обеспечение позволяет анализировать изменения в электроэнцефалограмме, сопровождающие восприятие отдельных слов,морфем и даже звуков.

Языковые стимулы (звуки/буквы, слова (псевдослова), отдельныепредложения и фрагменты текста) могут предъявляться как в зрительной модальности, так ина слух. При визуальном предъявлении предложения и дискурсивные отрезки появляютсяпофрагментно, фрагменты могут состоять из отдельных слов или включать два-три слова(например, существительное предъявляется вместе с предлогом и артиклем).

Слова или сочетания слов появляются в центре монитора компьютера. Длительность предъявления каждого стимула обычно колеблется в пределах 400-800 мс, в зависимости от длины фрагмента,34а время между стимулами обычно устанавливается в размере от 100 мс. Такой способ предъявления стимулов называется быстрым серийным визуальным предъявлением (англ. rapidserial visual presentation, RSVP). Схема пофрагментного предъявления предложения представлена на Рис. 2.1.Рис. 2.1. Пофрагментное предъявления экспериментального предложения в эксперименте сприменением метода ССПТакой способ предъявления имеет несколько оснований: во-первых, пословное (пофрагментное) предъявление позволяет анализировать ССП, связанные с восприятием отдельных фрагментов (как правило, слов); во-вторых, в связи с расположением отдельных слов вцентре экрана снижается количество артефактов в записи, вызванных горизонтальными движениями глаз.

Преимуществом зрительного предъявления является отсутствие необходимости озвучивать стимулы, что снижает временные затраты на подготовку материала эксперимента.При слуховом предъявлении отдельные аудиозаписи стимулов должны быть специальным образом подготовлены. Для того чтобы была возможность исследовать ССП, сопровождающие восприятие, к примеру, отдельных слов, все аудиофайлы с записями экспериментальных предложений обычно редактируются таким образом, что ключевое слово находится через определенное количество миллисекунд после начала звучания файла. На Рис. 2.2представлен пример осциллограммы предложения, в котором начало звучания предложениясмещено на 1825 мс с тем, чтобы звучание глагола-сказуемого началось через 6000 мс послезапуска файла.35Рис.

2.2. Пример осциллограммы аудиозаписи, отредактированной для эксперимента с применением метода ССППодготовка аудиоматериала требует больше временных затрат по сравнению с визуальным предъявлением. Кроме того, при анализе результатов эксперимента, в котором стимулы предъявляются на слух, нужно учитывать, что в отличие от зрительного предъявления,когда стимулы появляются мгновенно, слуховое предъявление стимула (например, слова)занимает некоторый промежуток времени, что оказывает влияние на процесс восприятия. Сдругой стороны, восприятие предложений на слух по сравнению с чтением предложений,предъявляемых пословно, в большей степени приближено к ситуации естественного использования языка, то есть эксперименты со слуховым предъявлением стимулов обладают большей экологической валидностью.

Кроме того, в экспериментах со зрительным материаломиспытуемые быстрее утомляются, поэтому слуховое предъявление является больше подходит для экспериментов с участием пациентов с афазией и детей.Для контроля внимания после части стимулов или после каждого из них испытуемыйотвечает на вопрос про этот стимул, который появляется на экране целиком, нажатием насоответствующую кнопку или выполняет другой тип задания (Секерина, 2006).2.1.2. Сбор данныхВо время эксперимента параллельно происходит сбор поведенческих данных (регистрация ответов испытуемых) и данных ССП.

Запись ССП осуществляется с помощью электродов, закрепленных в эластичной шапочке или сетке. Количество электродов, называемыхтакже каналами, может варьировать 8 или 16 до 256. Измерения, проводимые с помощью 128и 256 электродов, относятся к измерениям высокой плотности. Существуют два вида установок для записи ССП: установки с электродами, которые перед каждым использованием36вручную наполняются электропроводным гелем, и установки, для использования которыхнеобходимо лишь погрузить на время (от 10 минут) сетку с закрепленными в ней электродами в солевой раствор.

Установки, обеспечивающие измерения высокой плотности, относятсяко второму типу – с одной стороны, это упрощает процесс подготовки оборудования к записи ЭЭГ, с другой стороны, раствор на электродах испаряется достаточно быстро, что увеличивает сопротивление на электродах и ухудшает качество записи. 128 и 256 канальные установки характеризуются равномерным и плотным распределением электродов по поверхностиголовы.

Это позволяет, в частности, в случае обнаружения артефакта на электроде вычислятьнапряжение на нем на основе значений на близлежащих электродах, то есть производитьанализ на основе более полных данных. На Рис. 2.3 представлена схема расположения электродов установки Geodesic Sensor Net (Electrical Geodesics Inc.), осуществляющей запись со128 каналов и использованной в настоящем исследовании.Рис. 2.3. Схема распределения электродов в 128-канальной установке Geodesic Sensor Net(Electrical Geodesics Inc.)2.1.3. Обработка данныхИсходный аналоговый ЭЭГ-сигнал, содержащий информацию об электрической активности мозга, оцифровывается с частотой дискретизации не менее 100 Гц (Luck, 2005), чтоделает возможным анализ низкочастотных потенциалов, таких как N400 (негативный потен37циал, достигающий максимума примерно через 400 мс после предъявления стимула).

В лингвистических экспериментах, как правило, частота дискретизации составляет 250-500 Гц, чтопозволяет анализировать также высокочастотные потенциалы, например, ELAN (англ. earlyleft anterior negativity – негативность, которая возникает на интервале 100-300 мс послепредъявления стимула и регистрируется на левых фронтальных электродах). Таким образом,метод ССП позволяет осуществлять запись с временным разрешением в несколько миллисекунд, благодаря чему становится возможным анализировать изменения мозговой активности,которые сопровождают восприятие отдельных слов. При этом запись сигнала может производиться как непрерывно во время всего эксперимента, так и в виде отрезков, синхронизированных с предъявлением стимула (в лингвистических экспериментах чаще всего слова).Обработка данных может включать этап пересчета значений сигнала относительнонового референциального значения (например, усредненного значения напряжения по двуммастоидным электродам).

После фильтрации данных, в результате которой удаляются шумыиз сигнала, производится сегментация сигнала в соответствии с экспериментальными условиями. Возможно, но не является обязательным вычитание из сигнала составляющих, обусловленных движениями глаз и морганием – осуществляется на основе данных со специальных глазных электродов. На следующем этапе обработки производится удаление артефактовавтоматически или вручную (удаляются отрезки, содержащие артефакты, связанные с движениями глаз и морганием, напряжением мышц и техническими неполадками).

Посколькуамплитуда ССП составляет 5-10 мкВ, что значительно меньше амплитуды фоновой ЭЭГ,анализ ССП основывается на усреднении большого числа измерений (Kutas, van Petten, &Kluender, 2006). В связи с этим материал экспериментов, проводимых с применением методаССП, содержит повторяющиеся или однородные стимулы, а длительность экспериментов сприменением данного метода может достигать полутора-двух часов. Усредненные по условиям сначала для каждого испытуемого, затем для всех испытуемых ВП-волны выравниваются относительно базисной линии, которая обычно предшествует предъявлению стимула.Это позволяет сравнивать ССП для разных условий независимо от абсолютного значения напряжения.