言语障碍儿童和自闭症谱系障碍儿童对声音信号的感知特征

Efimova Viktoriya Leonidovna ORCID: 0000-0001-7029-9317 博士 农业 A.I.赫尔岑俄罗斯国立教育学院年龄心理学与家庭教育学系副教授 191186, Russia, Saint Petersburg, nab. Moika River, 48 prefish@ya.ru Nikolaeva Elena Ivanovna ORCID: 0000-0001-8363-8496 博士 兽医 A.I.赫尔岑俄罗斯国立教育学院年龄心理学与家庭教育学系教授 191186, Russia, Saint Petersburg, nab. Moika River, 48 klemtina@yandex.ru

Frolovskaia Ol'ga Vladimirovna ORCID: 0000-0002-3801-8172 A.I.赫尔岑俄罗斯国立教育学院年龄心理学与家庭教育学系研究生 196084, Russia, Saint Petersburg, nab. Moika River, 48 olga_3p@mail.ru

В последние годы существенно увеличилось количество детей с расстройством аутистического спектра (РАС) и нарушениями речевого развития (НР) ^[8,25]. Обе группы детей объединяет общее качество: весьма часто родители утверждают, что ребенок ведет себя так, как будто не слышит обращенной к нему речи ^[26]. Поход к отоларингологу обычно не дает результата, так как слух на периферическом уровне оказывается в норме. Тем не менее, особенности восприятия речи становятся причиной нарушений речевого развития ребенка. Поскольку периферический слух не нарушен, актуальным становится поиск дисфункций на центральном уровне обработки и интеграции слуховой информации.

При описании зрелости мозговых процессов обычно используют два основных явления: цикл синаптогенез-прунинг в коре головного мозга и миелинизацию проводящих путей ^[28]. Если цикл синаптогенез-прунинг, в основном изучают посмертно ^[6,24] то оценить эффективность миелинизации можно у детей в зависимости от возраста разными методами, в частности с помощью структурной и диффузионной ЯМР томографии, BOLD технологии ^[7], а так же с помощью регистрации акустических стволовых вызванных потенциалов (АСВП). Сейчас известно о гетерогенности факторов созревания в различные периоды времени в разных областях мозга, сетях и функциональных системах.^[20,17]

Асинхрония микроструктурной миелинизации между первичной слуховой корой и другими слуховыми областями особенно заметна до рождения.^[16] Применение технологии акустических стволовых вызванных потенциалов демонстрирует, что наиболее интенсивные изменения в скорости проведения биоэлектрических импульсов по стволу мозга происходят сразу после рождения и в первые три года и затем изменения продолжаются до 5 лет.^[11,19] Согласно нашим данным, симметричная скорость проведения слуховой информации по слуховым трактам ствола мозга слева и справа начинается только после 5 лет.^[27]

Особенностью слуховой системы является ее латерализованность, причем часть характеристик акустической информации (прежде, всего, связанных с языком) перерабатывается в левом полушарии, а другая часть – в правом. ^[1,29] Функциональная асимметрия в коре отмечается особенно у 6 месячных недоношенных детей, у которых речевая информация раньше достигает левой задней височной коры (posterior temporal region), чем правой. Исследования показали большую активацию левого planum temporale, чем правого, при восприятии речи и, напротив правого при восприятии музыки у 2-3 месячных младенцев. ^[12,3]

Большинство подобных исследований связано с вызванными потенциалами на уровне коры, хотя наши данные свидетельствуют о том, что у детей с теми или иными проблемами в развитии нарушения проявляются на уровне ствола, что обусловлено весьма ранними процессами, происходящими в первом триместре, когда начинается закладка стволовых структур. ^[22]

В этом исследовании сделана попытка найти прогностические параметры, позволяющие определить диагностические отличия двух самых распространённых сейчас расстройств - речевых нарушений и расстройств аутистического спектра, используя методы АСВП (акустические стволовые вызванные потенциалы) и мульти-ASSR (стационарные слуховые вызванные потенциалы).

На основе данных об особенностях речевого развития мальчиков и девочек ^[27,29] мы предположили, что речевые нарушения могут быть обусловлены более медленным процессом миелинизации и возможно в связи с этим выраженной асимметрией стволовых трактов, несущих акустическую информацию в кору мозга, тогда как частично РАС может быть связано с выпадением восприятия определенных частот речевого диапазона на уровне ствола мозга, что может приводить к измененной картине речевого мира у детей с РАС.

Таким образом, актуальность исследования определяется значительным увеличением количества детей с РАС и нарушениями речи за последние годы, а также необходимостью изучения психофизиологических механизмов возникновения этих нарушений развития. Хотя известно, что для обеих групп детей могут быть характерны сложности с восприятием речи, особенности проведения биоэлектрических импульсов слуховыми трактами ствола мозга у детей с РАС и нарушениями речи изучены недостаточно. Новизна исследования состоит в использовании сразу двух объективных электрофизиологических методов для оценки скоростных и частотных характеристик функционирования слуховых трактов ствола мозга у детей с нарушениями речи и расстройством аутистического спектра.

Организация исследования

Испытуемые. Было обследовано 495 детей в возрасте от 2 до 11 лет. Экспериментальная группа включала детей с РАС (F.84) и составила 245 человек, а также детей с речевыми нарушениями (F.80) 250 человек. Все дети проходили обследование в клинике «Прогноз» и не имели нарушений слуха по заключению аудиологов. Диагнозы были выставлены специалистами. Для всех детей были получены информированные согласия их родителей на проведение исследования. Методика исследования была утверждена протоколом 01 Этического комитета от 21.01.2020 года.

Методики.

1. CASD (Checklist for Autism Spectrum Disorders) опросник расстройств аутистического спектра (Susan D. Mayes, PhD 2012). ^[21] Он явился дополнительным инструментом для психиатра или невролога при постановке диагноза, который опирался на Диагностическое и статистическое руководство по психическим расстройствам, пятое издание (DSM-5).

2. Регистрация АСВП (акустических стволовых вызванных потенциалов).

Акустические (слуховые) стволовые вызванные потенциалы (АСВП) или Auditory Brainstem Response (ABR) – это самый быстрый отклик мозга на слуховую стимуляцию, который регистрируется на уровне мозгового ствола. Данный метод диагностики отражает нервную активность подкорковых слуховых структур, возникающую в период до 10 мс после акустической стимуляции. АСВП регистрируется с кожи головы с помощью поверхностных электродов. Этот метод удобен во многих отношениях благодаря своей неинвазивности, быстроте, объективности, точности, количественным данным. АСВП традиционно используется в клинической практике как для определения порогов слуха, так и для оценки качества функционирования ствола мозга. Показано, что значения латентности и амплитуды пиков АСВП указывают на степень миелинизации, а также синхронизацию активации нейронов ^[14,18]

АСВП регистрировали при помощи анализатора «NicoletVikingselectTM» (VIA SYS Healthscare Inc, USA). Использовали отведения: сосцевидный отросток слева и справа – вертекс. «Стандартным» стимулом служил щелчок длительностью 0,1 мс и интенсивностью 70 дБ HL. Для регистрации VI пика использовали модифицированный стимул – короткий тон с частотой 4 кГц, длительностью плато – 0,5 мс, переднего фронта – 0,5 мс. Идентификацию VI пика осуществляли с учетом выявления V пика при стандартной стимуляции. На анализируемой трассе при модифицированной стимуляции определяли доминирующий V пик. Следующее за ним позитивное отклонение считали VI пиком и определяли его пиковую латентность. Стимулы предъявляли при помощи головных телефонов (TDH39) отдельно в левое и правое ухо с частотой 10,1 Гц. Усредняли от 500 до 1000 предъявлений стимулов, трассы, содержащие артефакты, автоматически исключались.

3. Регистрация мульти-ASSR (стационарных слуховых потенциалов)

Стационарные слуховые вызванные потенциалы (Auditory Steady-State Responses, ASSR) представляют собой нервные потенциалы, которые вызываются периодической модуляцией стимула. Таким образом, ASSR — это электрические ответы различных отделов слухового пути, которые вызываются постоянными модулированными звуковыми сигналами ^[30]. Данный метод широко используется для определения частотных порогов слуха у детей.

Стационарные слуховые потенциалы (мульти-ASSR) регистрировали при помощи анализатора «Нейро-Аудио» (Нейрософт, Россия). Использовали отведения: сосцевидный отросток слева и справа – вертекс. Стимуляция проводилась частотно-специфичным Chirp-стимулом. Стимулы предъявляли при помощи головных телефонов фирмы Нейрософт (TDH39) одновременно в левое и правое ухо. Мультичастотный анализ начинался с MM (mixed modulation) стимула, который состоит из четырех CF (carrier frequency) несущая частота тонов (500, 1000, 2000 и 4000 Гц), представленных на 4 MF (modulation frequency) частота модуляции, тонах (77, 85, 93 и 101 Гц). Алгоритм FFT (fast Fourier transform) оценивает энергию ответа на 4 предъявляемых частотах стимула, которая должна превышать фоновую ЭЭГ-активность. Таким образом, ASSR оценивался на следующих частотах: 500, 1000, 2000 и 4000 Гц. Когда сигналы накапливаются, F-тест (test frequency) применяется к каждому последующему усредненному результату. Регистрация наличия либо отсутствия ответа происходила автоматически.

Результаты

Корреляционный анализ показал связь диагноза аутизм с восприятием частот 500 Гц справа (r=0,436), 500 Гц слева (r=0,238), 2000 Гц справа (r=0,355), 4000 ГЦ справа (r=0,390). Следовательно, диагноз аутизм связан с восприятием изучаем частот, в основном, справа то есть идущих к левому полушарию.

Факторный анализ (критерий Кайзера-Мейера-Олкина, равный 0,614), описывающий 60,1% объясненной дисперсии, показал связь диагноза (то есть либо РАС, либо речевые нарушения) только с возрастом: чем старше ребенок, тем вероятнее диагноз РАС. Все остальные показатели были сгруппированы по типам анализа (Табл.1 и 2).

Таблица 1.

Согласно данным таблицы 1, данный факторный анализ может быть использован для интерпретации.

Таблица 2

Первый фактор (21,1%) объясненной дисперсии включал все частоты, используемые в исследовании. Второй фактор (16,2% объясненной дисперсии) включал скорость движения сигнала до VI пиков АСВП. В третий фактор (11,9% объясненной дисперсии) вошли возраст и диагноз: чем старше ребенок, тем вероятнее диагноз аутизм), 4 фактор (10,9%) включал движение биоэлектрического импульса от III к V пикам АСВП слева и справа.

Следовательно, факторный анализ не позволил связать каждый диагноз с одним из изучаемых параметров. В тоже время было показано, что возраст играет значимую роль в формировании речевых нарушений.

Далее был проведен множественный линейный пошаговый регрессионный анализ, в который переменная «диагноз» считалась зависимой, а все остальные изучаемые показатели- независимыми переменными (Табл. 3).

Таблица 3.

Влияние независимых переменных на зависимую «Диагноз»

В таблице 3 представлены результаты множественного линейного пошагового регрессионного анализа. Из нее видно, что на вероятность получения ребенком диагноза РАС влияют такие переменные как возраст, скорость проведения информации до VI пика АСВП справа и слева, проведение от III до V пиков справа и отсутствие ответа ствола мозга на акустические сигналы с частотой 2000 Гц слева. Чем старше ребенок и чем медленнее двигается биоэлектрический импульс по стволу справа и слева до VI пика, и чем больше вероятность, что ствол не реагирует на сигналы частотой 2000 Гц слева, тем вероятнее диагноз РАС.

Обсуждение результатов

Основным результатом факторного анализа стало понимание, что речевой диагноз у мальчиков, составляющих подавляющее число детей с речевыми проблемами, в основном, преходящий и компенсируется с возрастом. Это может быть объяснено спецификой формирования речи у мальчиков, рождающихся с более зрелым правым полушарием. Необходимо время, чтобы левое полушарие стало более активным. Речевые проблемы компенсируются, РАС, напротив, сохраняется. Другое объяснение полученных результатов состоит в том, что диагноз РАС обычно устанавливается позже, чем диагнозы, связанные с нарушениями речевого развития. Так как проявления в поведении нарушений слухового восприятия у детей с РАС и детей речевыми проблемами могут быть сходными, а диагноз РАС устанавливается на основе определенных черт поведения, то дифференциальная диагностика часто бывает затруднена, особенно в дошкольном возрасте. Ребенок может сначала получить диагноз «нарушение речи» (НР), а позже в возрасте 4-5 лет диагноз будет изменен на РАС.

Наше исследование выявило у детей с РАС и НР сходные дисфункции проведения биоэлектрических импульсов по слуховым трактам ствола мозга. Но данные множественного линейного регрессионного анализа свидетельствуют о том, что у детей с РАС имеется сочетание замедления продвижения биоэлектрического импульса по стволу с отсутствием ответов ствола мозга на частоте 2000 Гц слева.

Хотя многочисленные исследования функционирования центральных отделов слуховой системы при РАС указывают на наличие дисфункций на всех ее уровнях ^[23,9], важно учитывать, что в онтогенезе она развивается снизу-вверх и начинает функционировать еще до рождения. Таким образом, нарушения проведения и обработки биоэлектрического импульса на уровне ствола мозга при отсутствии периферических нарушений слуха можно считать первичным дефицитом, который становится причиной нарушения речевого развития ребенка. Так как речь является самым сложным видом слуховой информации, которую обрабатывает человеческий мозг, для восприятия речи критически важны, как скоростные характеристики слуховых трактов ствола мозга, так и наличие ответов на все частоты речевого диапазона.

АСВП (акустические стволовые вызванные потенциалы) и мульти-ASSR (стационарные вызванные потенциалы) в настоящем исследовании оценивали качество функционирования слуховых трактов ствола мозга. Результаты исследования АСВП отражают скоростные характеристики, они важны для восприятия речи, так как разница между акустически сходными фонемами внутри слова определяется нервной системой в диапазоне 30 мс. В результате исследования мы получили кривые с пиками. Каждый соответствует определенному уровню ответа: I пик — слуховой нерв; II пик — улитковые ядра; III пик — верхнеоливарный комплекс; IV пик — ядра боковой петли; V пик — нижние бугороки четверохолмия; VI пик — медиальное коленчатое тело таламуса; VII — слуховая лучистость. Время возникновения каждого пика хорошо изучено и имеет определенное значение. Любое замедление в работе слуховых трактов ствола будет приводить к необходимости угадывания значения слова, что является сложной задачей для ребенка, языковая система которого пока не сформирована полностью. Наше исследование подтвердило, что у детей с РАС (расстройством аутистического спектра) и НР (нарушениями речи) выявляется недостаточность миелинизации слуховых трактов ствола мозга. Замедление наиболее выраженно на уровне медиального коленчатого тела таламуса (VI пик).

Известно, что результаты АСВП отражают степень миелинизации слуховых трактов ствола мозга ^[14,18]

В литературе показано, что результаты АСВП у младенцев могут предсказывать РАС, особенности АСВП в первые дни жизни у детей с РАС указывают на то, что у них уже имеются особенности слухового восприятия. ^[13,15] Также выявлено, что степень тяжести проявлений стереотипного поведения у детей с РАС связана с показателями АСВП ^[5]. Однако оказалось, что нарушения на АСВП не являются специфическими для РАС, они указывают в целом на то, что у ребенка на момент рождения уже имеются дисфункции или функциональная незрелость ствола, что может нарушать восприятие речи и как следствие речевое развитие. Например, это показано в ретроспективном исследовании, в котором анализировались результаты АСВП 2992 новорожденных ^[4]. Дисфункции слуховых трактов у детей с РАС не компенсируются с возрастом ^[10], даже у взрослых сохраняются нарушения обработки слуховой информации на уровне варолиева моста ^[2].

Второй аспект, который изучался в нашем исследовании – это частотные характеристики, которые оценивались методом мульти-ASSR. Фонемы русского языка имеют достаточно широкий частотный диапазон. Можно предположить, что отсутствие ответа на звуки определенных частот, даже с одной стороны, будет осложнять дифференциацию фонем, а значит и восприятие речи.

Результаты мульти-ASSR (стационарных слуховых потенциалов) и АСВП (акустических стволовых вызванных потенциалов) указывают на наличие дисфункций слуховых тактов ствола мозга у детей с РАС (расстройством аутистического спектра) и НР (нарушениями речи), более выражены дисфункции у детей с РАС. Этим можно объяснить некоторые аутистические проявления в поведении детей. Это гипер- или гипочувствительность к звукам, затруднения в выделении звукового сигнала из фонового шума, трудности с определением локализации звука.

Выводы

Нам удалось установить, что и у детей с расстройством аутистического спектра, и у детей с нарушениями речи выявляются дисфункции, связанные с проведением биоэлектрических импульсов слуховыми трактами ствола мозга. Несмотря на то, что у испытуемых были разные диагнозы, недостаточная миелинизация слуховых трактов ствола мозга может приводить к затруднениям в восприятии речи и нарушениям ее формирования.

Полученные нами данные выявили сходства и различия в функционировании слуховых трактов у детей с расстройством аутистического спектра и нарушениями речи. Результаты нашего исследования показали, что для детей с расстройством аутистического спектра характерны нарушения как скоростных, так и частотных характеристик функционирования слуховых трактов ствола мозга. Для детей с нарушениями речи в большей степени характерно нарушение скоростных характеристик функционирования слуховых трактов ствола мозга.

Вопрос о том, можно ли использовать эту информацию для дифференциальной диагностики нуждается в дальнейшем изучении. Важным является то, что структуры ствола мозга, от которых зависит качество проведения по слуховым трактам биоэлектрических импульсов, формируются до рождения ребенка. Таким образом, уже в первые недели жизни можно выявить детей из группы риска, у которых в последствии с высокой вероятностью разовьется РАС или НР. Это информация необходима для проведения ранних коррекционных мероприятий, направленных на функциональное развитие ствола мозга и профилактику нарушений развития, которую можно начинать до появления проявлений РАС или НР.

本文以最终版本发表，该版本是在最后一次同行评审通过并建议接受发表后批准的。文中包含了作者根据之前未建议发表的负面同行评审报告所做的修改。所有同行评审报告，包括最初的负面评审报告，均与本文一同以开放获取的形式发表。作者的所有修改版本均存档于出版商的存储库中，并可根据爱思唯尔的编辑政策和适用的数据可用性要求，在合理请求下提供。<br><a href="#reviews">阅读本文的所有评论</a>
阅读本文的所有评论