Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова, 2021, T. 71, № 4, стр. 500-514

Поздние компоненты связанных с событиями потенциалов у детей, подростков и взрослых при чтении слов

Е. И. Гальперина 12*, О. В. Кручинина 12, Е. П. Станкова 2, А. Н. Корнев 1

1 Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет Минздрава РФ
Санкт-Петербург, Россия

2 Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН
Санкт-Петербург, Россия

* E-mail: galperina-e@yandex.ru

Поступила в редакцию 12.11.2020
После доработки 16.12.2020
Принята к публикации 22.12.2020

Аннотация

Известно, что различия при чтении повторяющихся/новых слов у взрослых отражаются в компонентах связанных с событием потенциалов (ССП) N400 и P600, однако вопрос о функциональном значении этих компонентов и возрастной траектории их развития все еще остается открытым. Целью нашего исследования было оценить амплитуду и латентность компонентов N400 и P600 в ответ на повторяющиеся и новые слова в трех возрастных группах: у детей предподросткового возраста (N = 25, 9–11 лет), подростков (N = 17, 12–14 лет) и взрослых (N = 22, 18–36 лет). Возрастные различия амплитуды были выявлены для компонента N400, усредненного по отведениям F3, Fz, F4, C3, Cz, C4, и компонента P600, усредненного по отведениям Р3, Pz, Р4, различий по латентности выявлено не было. Сравнение амплитуды усредненных ССП на повторяющиеся и новые слова выявило различия у всех возрастных групп: у детей во временном интервале 750–850 мс, у подростков во временном интервале 650–750 мс, а у взрослых – в интервале 600–800 мс. При этом во всех возрастных группах амплитуда Р600 на повторяющееся слово выше, чем на новое. Для N400 различия в ответ на повторяющееся и новое слова выявлены только в группе взрослых: латентность на новое слово меньше, чем на повторяющееся. По-видимому, процесс сопоставления новой и ранее предъявленной вербальной зрительной информации многостадийный. Эти стадии формируются на разных этапах онтогенеза и отражаются в разных компонентах ССП. Сначала проявляются различия между повторяющимся и новым словом по компоненту Р600: в 12–14 лет паттерн различий аналогичен таковому у взрослых. В то время как различия по компоненту N400 в детском и подростковом возрасте не выявляются и присутствуют только у взрослых.

Ключевые слова: ССП, дети, подростки, чтение, N400, P600, слова

DOI: 10.31857/S0044467721040031

Список литературы

  1. Безруких М.М., Крещенко О.Ю. Особенности формирования навыков письма и чтения у школьников младших классов. Известия Российской академии образования. 2011. 1 (17): 122–136.

  2. Корнев А.Н. Основы логопатологии детского возраста: клинические и психологические аспекты. СПб.: Речь, 2006. 380 с.

  3. Корнев А.Н., Ишимова О.А. Методика диагностики дислексии у детей. Методическое пособие. СПб.: Изд-во Политехнического ун-та, 2010. 72 с.

  4. Портнова Г.В., Мартынова О.В., Иваницкий Г.А. Возрастные различия слуховых вызванных потенциалов при восприятии последовательных и пространственных компонентов звуковой информации. Физиология человека. 2014. 40 (1): 26.

  5. Сороко С.И., Белишева Н.К., Нагорнова Ж.В., Шемякина Н.В. Анализ возрастной динамики и половых особенностей спонтанной биоэлектрической активности и компонентов слуховых вызванных потенциалов у младших школьников, проживающих в Арктической зоне РФ. Физиология человека. 2018. 2 (44): 84–95.

  6. Ставцев A.Ю., Ушаков В.Л., Верхлютов В.М. Моделирование влияния толщины слоев и проводимости тканей головы и мозга на потенциалы ЭЭГ с использованием метода конечных элементов. Журн. высш. нервн. деят. им. И.П. Павлова. 2007. 57 (6): 742–752.

  7. Фарбер Д.А., Семенова Л.К., Алферова В.В. Структурно-функциональное созревание развивающегося мозга. Л.: Наука, 1990. 198 с.

  8. Филимоненко Ю.И., Тимофеев В.И. Руководство к методике исследования интеллекта у детей Д. Векслера (WISC): Адапт. вариант. СПб.: Госстандарт России, ГП “ИМАТОН”, 1994. 94 с.

  9. Чулков Н.А. Безопасность жизнедеятельности. Национальный исследовательский Томский политехнический университет. 2011.

  10. Шеповальников А.Н., Цицерошин М.Н., Левинченко Н.В. “Возрастная минимизация” областей мозга, участвующих в системном обеспечении психических функций: аргументы за и против. Физиология человека. 1991. 17 (5): 28.

  11. Atchley R.A., Rice M.L., Betz S.K., Kwasnya K.M., Serenoc J.A., Jongmanc A. A comparison of semantic and syntactic event related potentials generated by children and adult. Brain Lang. 2006. 99 (3): 236–246.

  12. Benau E.M., Morris J., Couperus J.W. Semantic Processing in Children and Adults: Incongruity and the N400. J. Psycholinguist. Res. 2011. 40 (3): 225–239.

  13. Best J.R., Miller P.H. A developmental perspective on executive function. Child Dev. 2010. 81 (6): 1641–1660.

  14. Canseco-Gonzalez E. Using the recording of event-related brain potentials in the study of sentence processing. Foundations of neuropsychology: A series of textbooks, monographs, and treatises. San Diego: Academic Press. 2000. P. 229–266.

  15. Castel A.D., Humphreys K.L., Lee S.S., Galván A., Balota D.A., McCabe D.P. The development of memory efficiency and value-directed remembering across the life span: a cross-sectional study of memory and selectivity. Dev. Psychol. 2011. 47 (6): 1553–1564.

  16. Cattell R.B. Culture Fair Intelligence Tests: CFIT. Institute for Personality and Ability Testing.1973.

  17. Chaumon M., Bishop D.V., Busch N.A. A practical guide to the selection of independent components of theelectroencephalogram for artifact correction. J. Neurosci Methods. 2015. 250: 47.

  18. Crandall M. The ELAN Event-Related Potential in Children 5 to 12 Years of Age. All Theses and Dissertations. 2010. 2151.

  19. Crone E., Dahl R. Understanding adolescence as a period of social-affective engagement and goal flexibility. Nat. Rev. Neurosci. 2012. 13: 636–650.

  20. Crone E.A., Konijn E.A. Media use and brain development during adolescence. Nat. Commun. 2018. 9 (1): 588–603.

  21. Delogu F., Brouwer H.,Crocker M.W. Event-related potentials index lexical retrieval (N400) and integration (P600) during language comprehension. Brain Cogn. 2019. 135: 103569.

  22. Ducharme S., Albaugh M.D., Nguyen T.-V., Hudziak J.J., Mateos-Pérez J.M., Labbe A., Evans A.C., Karama S. Trajectories of cortical surface area and cortical volume maturation in normal brain development. Data Brief. 2015. 5: 929–938.

  23. Federmeier K.D. Thinking ahead: The role and roots of prediction in language comprehension. Psychophysiology. 2007. 44 (4): 491–505.

  24. Fiebach C.J., Friederici A.D., Müller K., Cramon D.Y.V. fMRI evidence for dual routes to the mental lexicon in visual word recognition. J. cogn. Neurosci. 2002. 14 (1): 11–23.

  25. Friederici A.D. The time course of syntactic activation during language processing: a model based on neurological and neurophysiological data. Brain and Language. 1995. 50:259281.

  26. Friederici A.D. Neurophysiological aspects of language processing. Clin. Neurosci. 1997. 4 (2): 64–72.

  27. Friederici A.D. Event-related brain potential studies in language. Current Neurology and Neuroscience Report. 2004. 4 (6): 466–470.

  28. Friederici A.D. The neural basis of language development and its impairment. Neuron. 2006. 52. 941–952.

  29. Friederici A.D., Hahne A. Developmental patterns of brain activity reflecting semantic and syntactic processes. In J. Weissenborn & B. Houle (Eds.), Approches to bootstrapping: Phonological, lexical, syntactic, and neurophysiologcal aspects of early language acquisition. Amsterdam/Philadelphia: John Benjamin. 2001. P. 231–246.

  30. Friedman D., Johnson R. Event-related potential (ERP) studies of memory encoding and retrieval: A selective review. Microscopy Res. Techniq. 2000. 51 (1): 6–28.

  31. Frost R. Toward a strong phonological theory of visual word recognition: true issues and false trails. Psychological bulletin. 1998. 123 (1): 71.

  32. Giedd J.N., Blumenthal J., Jeffries N.O., Castellanos F.X., Liu H., Zijdenbos A., Paus T., Evans A.C., Rapoport J.L. Brain development during childhood and adolescence: a longitudinal MRI study. Nat. Neurosci. 1999. 2(10): 861–863.

  33. Gouvea A.C., Phillips C., Kazanina N., Poeppel D. The linguistic processes underlying the P600. Lang. Cogn. Proc. 2010. 25 (2): 149188.

  34. Hahne A., Eckstein K., Friederici A.D. Brain signatures of syntactic and semantic processes during children’s language development. J. Cogn. Neurosci. 2004. 16: 1302–1318.

  35. Hampton W.A., Weber-Fox C. Specific aspects of cognitive and language proficiency account for variability in neural indices of semantic and syntactic processing in children. Dev. Cogn. Neurosci. 2013. 5: 149–171.

  36. Hoeks J.C.J., Stowe L.A., Doedens G. Seeing words in context: The interaction of lexical and sentence level information during reading. Cogn.Brain Res. 2004. 19 (1): 59–73.

  37. Holcomb P.J., Coffey S.A., Neville H.J. Visual and auditory sentence processing: a developmental analysis using event related brain potentials. Dev. Neuropsychol. 1992. 8: 203–241.

  38. Huttenlocher P., De Courten C., Garey L., Van der Loossynapto H. Genesis in human visual cortex–evidence for synapse elimination during normal development. Neurosci Lett. 1982. 33: 247–252.

  39. Kaan E., Harris A., Gibson E., Holcomb P. J. The P600 as an index of syntactic integration difficulty. Lang. Cogn. Proc. 2000. 15: 159201.

  40. Kim A., Osterhout L. The independence of combinatory semantic processing: evidence from event-related potentials. J. Mem. Lang. 2005. 52 (2): 205–225.

  41. Kutas M., Federmeier K.D. Thirty years and counting: finding meaning in the N400 component of the event-related brain potential (ERP). Ann. Rev. Psychol., 2011. 62: 621–647.

  42. Maïonchi-Pino N., Magnan A., Écalle J. Syllable frequency effects in visual word recognition: Developmental approach in French children. J. Appl. Dev. Psychol. 2010. 31: 70–82.

  43. Mandler G., Yonelinas A.P., Aly M., Wang W.C., Koen J.D. Recollection and familiarity: examining controversial assumptions and new directions. Hippocampus. 2010. 20 (11): 1178–1194.

  44. Marinković K. Spatiotemporal dynamics of word processing in the human cortex. The Neuroscientist: a review journal bringing neurobiology, neurology and psychiatry. 2004. 10 (2): 142–152.

  45. Maurer U., Brem S., Kranz F., Bucher K., Benz R., Halder P., Steinhausen H.-C., Brandeis D. Coarse neural tuning for print peaks when children learn to read. NeuroImage. 2006. 33: 749–758.

  46. McNealy K., Dapretto M., Bookheimer S. Language and the developing brain: insights from neuroimaging. Neuroimaging in Developmental Clinical Neuroscience, eds. Judith M. Rumsey and Monique Ernst. Published by Cambridge University Press. Cambridge University Press. 2009. 91–107.

  47. Mills K.L., Goddings A.-L., Herting M.M., Meuwese R., Blakemore S.-J., Crone E.A., Dahl R.E., Güroğlu B., Raznahan A., Sowell E.R., Tamnes C.K. Structural brain development between childhood and adulthood: Convergence across four longitudinal samples. Neuroimage. 2016. 141: 273–281.

  48. Moisala M., Salmela V., Carlson S., Salmela-Aro K., Lonka K., Hakkarainen K., Alho K. Neural activity patterns between different executive tasks are more similar in adulthood than in adolescence. Brain Behav. 2018. 8 (9): e01063.

  49. Neville H.J., Coffey S.A., Holcomb P.J., Tallal P. The neurobiology of sensory and language processing in language-impaired children. J. Cogn. Neurosci. 1993. 5: 235–253.

  50. Nieuwland M.S., van Berkum J.J.A. Testing the limits of the semantic illusion phenomenon: ERPs reveal temporary semantic change deafness in discourse comprehension. Cogn. Brain Res. 2005. 24 (3): 691–701.

  51. Rossetti M.F., Cambiasso M.J., Holschbach M.A., Cabrera R.J. Oestrogens and Progestagens: Synthesis and Action in the Brain. Neuroendocrinol. 2016. 28: 7.

  52. Schmidt-Kassow M., Kotz S.A. Event-related brain potentials suggest a late interaction of meter and syntax in the P600. J. Cogn. Neurosci. 2009. 21: 1693–1708.

  53. Rugg M.D., Curran T. Event-related potentials and recognition memory. TRENDS in Cognitive Sciences. 2007. 11 (6): 251–257.

  54. Schneider J.M., Abel A.D., Ogiela D.A., Middleton A.E., Maguire M.J. Developmental differences in beta and theta power during sentence processing. Dev. Cogn. Neurosci. 2016. 19: 19–30.

  55. Seassau M., Bucci M.P. Reading and visual search: a developmental study in normal children. PLoS One. 2013. 8 (7): e70261.

  56. Singh M., Su C. Progesterone and neuroprotection. Horm. Behav. 2013. 63 (2): 284–290.

  57. Steinbeis N., Crone E.A. The link between cognitive control and decision-making across child and adolescent development. Curr. Opin. Behav. Sci. 2016. 10: 28.

  58. Taylor S.J., Barker L.A., Heavey L., McHale S. The longitudinal development of social and executive functions in late adolescence and early adulthood. Front Behav. Neurosci. 2015. 9: 252.

  59. Toffoletto S., Lanzenberger R., Gingnell M., Sundström-Poromaa I., Comasco E. Emotional and cognitive functional imaging of estrogen and progesterone effects in the female human brain: a systematic review. Psychoneuroendocrinology. 2014. 50: 28–52.

  60. Tsivilis D., Allan K., Roberts J., Williams N., Downes J.J., El-Deredy W. Old-new ERP effects and remote memories: the late parietal effect is absent as recollection fails whereas the early mid-frontal effect persists as familiarity is retained. Front. Hum. Neurosci. 2015. 14 (9): 532.

  61. Vettera C., Pilhatscha M., Weige S., Ripkea S., Smolkaa M.N. Mid-adolescent neurocognitive development of ignoring and attending emotional stimuli. Dev. Cogn. Neurosci. 2015. 14: 23–31.

  62. Vijayakumar N., Allen N.B., Youssef G., Dennison M., Yücel M., Simmons J.G., Whittle S. Brain development during adolescence: A mixed-longitudinal investigation of cortical thickness, surface area, and volume. Hum. Brain Mapp. 2016. 37: 2027–2038.

  63. Weber-Fox C., Davis L.J., Cuadrado E. Event-related brain potential markers of high-language proficiency in adults. Brain Lang. 2003. 85: 231–244.

  64. Whitford T.J., Rennie C.J., Grieve S.M., Clark C.R., Gordon E., Williams L.M. Brain maturation in adolescence: concurrent changes in neuroanatomy and neurophysiology. Hum. Brain Mapp. 2007. 28 (3): 228–237.

  65. Wierenga L.M., Langen M., Oranje B., Durston S. Unique developmental trajectories of cortical thickness and surface area. NeuroImage. 2014. 87: 120–126.

  66. Wilding E. In what way does the parietal ERP old/new effect index recollection? Internat. J. Psychophysiol. 2000. 35 (1): 81–87.

  67. Woodruff C.C., Hayama H.R., Rugg M.D. Electrophysiological dissociation of the neural correlates of recollection and familiarity. Brain Res. 2006. 1100 (1): 125–135.

  68. Yonelinas A.P., Aly M., Wang W.C., Koen J.D. Recollection and familiarity: examining controversial assumptions and new directions. Hippocampus. 2010. 20 (11): 1178–1194.

Дополнительные материалы отсутствуют.