Звук как часть когнитивного развития

Роль звука при нормальном когнитивном развитии

С рождения мозг ребенка готов к развитию и собственной организации. Основным стимулом для этого служит поток нервных импульсов, поступающих от органов чувств (афферентация), особенно если такая стимуляция постоянна, а поступающая информация не прерывается. Слух, разумеется, один из важнейших источников информации для такой стимуляции.

Несколько примеров того, как афферентация в раннем возрасте влияет на когнитивное развитие.

Пока ребенок развивается в утробе матери, его слуховая система также развивается благодаря звуковой стимуляции извне. Дети будут лучше обучаться тому языку, который они слышали в утробе, поскольку они могут слышать голос матери.

Мозг избавляется от неиспользуемых связей в процессе развития.
Число синаптических связей активно растет с момента рождения ребенка до достижения им 2-3-летнего возраста, после чего их рост замедляется вплоть до почти полной остановки в зрелом возрасте. Это происходит предположительно из-за того, что мозг избавляется от малоиспользуемых связей, чтобы оставались только самые эффективные пути прохождения нервного импульса. Известно, что в возрасте от 6 до 10 месяцев способность различать звуки родного языка улучшается, в то время как способность различать звуки иностранных языков, наоборот, снижается. Например, взрослым японцам очень тяжело различать английские слова, содержащие звуки /R/ и /L/, т.к. в детстве во время изучения родного японского языка они эти звуки не употребляли.

Наши способности формируются под воздействием тех стимулов, которые мы получаем в детстве.
Например, дети гораздо лучше взрослых могут различать лица обезьян. Этот навык со временем пропадает, т.к. мозг считает его ненужным, если, конечно, человек не наблюдает обезьян постоянно. В этом случае наша способность визуального распознавания ухудшается, адаптируясь под визуальные признаки нашего вида.

Стимуляция во время развития может улучшить навыки восприятия в будущем.
Даже очень короткое воздействие определенных звуков на ребенка во время его развития может улучшить его навыки восприятия в будущем. Эксперименты явно показали, что животные особо активно участвуют в процессе обучения, если применялись естественные звуки, используемые животными для общения. Животные с нарушениями слуха, которые 10 дней участвовали в тренировках в процессе своего развития, показывали схожие с нормально слышащими нетренированными взрослыми особями результаты, в отличие от животных, которых тренировали в течение четырех дней. То есть даже относительно небольшой период звуковой тренировки может компенсировать негативный эффект от слуховой депривации, оказываемый на звуковое восприятие.

Для нормального развития мозгу необходима постоянная звуковая стимуляция

Так, тренированные хорьки показывают лучшие результаты в заданиях на локализацию, если их тренировали во время их развития. Это доказывает важность сенсорного опыта для формирования нейронного механизма, лежащего в основе способности локализовывать различные звуки.  Получение знаний посредством слуховой (аудиальной) модальности, формально и информально, начинается с момента рождения и даже раньше. Для нормального развития требуется постоянное восприятие звука.

Физиологическое развитие слуховой системы

Мы рождаемся с готовой для дальнейшего развития нейронной «сетью» в нашем мозге, но с не полностью развитыми связями. Потенциал есть, необходимо дальнейшее развитие. Чем больше нейронов задействовано в процессе мышления, тем сильнее связи. У ребенка к шести годам размер мозга становится почти как у взрослого человека. Однако анатомически мозг будет развиваться до 11-12-летнего возраста, расширяя как организацию нейронных связей, так и связи между разделами мозга. Такое развитие включает в себя рост нейронов, увеличение количества и сложности синапсов, миелинизацию аксонов. В функциональном смысле важность этого процесса, в котором основную роль играет афферентация, представляет усвоение информации от нескольких органов чувств. В 13-летнем возрасте даже ребенок с нормальным слухом не может полностью усвоить информацию, если требуется одновременно проанализировать визуальный и аудиосигналы. Мультисенсорное восприятие речи – необходимая способность для коммуникации. Она имеет критическое значение для эффективного обучения в школе и социальной активности. В дальнейшем у ребенка в возрасте от 10 до 18 лет информация из височных областей коры головного мозга запустит процесс функциональных изменений одновременно в механизмах восприятия речи и звуков. Комплексные функции, такие как вытеснение – подавление иррелевантных (несущественных) стимулов, развиваются только во взрослом возрасте.

Получается, что развитие слуховой системы человека, которое начинается с момента рождения, продолжается и в подростковом, и даже во взрослом возрасте.

Наши знания о мозге увеличиваются

Последние исследования показали, что области мозга, которые не относятся к слуховой системе, также участвуют в процессе восприятия и обработки звуковой информации. У этих областей есть общие связи с теми областями коры головного мозга, которые общепринято считаются слуховой системой. Они вместе формируют нисходящую «эфферентную» слуховую систему, которая участвует в таких процессах, как бинауральная обработка и языковая обучаемость. Эти нисходящие зоны обычно развиваются позже, чем восходящие структуры. Это чрезвычайно важно, если речь идет об особенностях детского слухового восприятия, когда дети находятся в сложной звуковой обстановке, например, в шумном классе с плохим соотношением сигнала к шуму, множеством отвлекающих вещей, и при этом должны активно участвовать в учебном процессе. В похожих ситуациях мы, взрослые, используем те самые «нисходящие» процессы для обработки сигнала, которые в детском мозге еще не развиты. Шумные ситуации чрезвычайно сложны для детей со сниженным слухом.

Наш мозг пластичен – он перенаправляет ресурсы, используя доступную информацию

Последние исследования показали, что в зависимости от доступных ресурсов мозг хорька гибко подстраивается под ситуацию, используя характеристики звука для пространственного восприятия. Когда звук поступает только в одно ухо, не позволяя слуховой системе использовать преимущества бинаурального слуха, мозг перенастраивается на восприятие иных временных и амплитудных характеристик. Точно такую же перенастройку ученые наблюдали у сов-сипух. Таким образом, слуховая система способна использовать даже «аномальные», непривычные для нее данные для локализации звука в пространстве. Другой стратегией адаптации при отсутствии необходимой информации является использование прочих доступных данных. Например, известно, что мозг может различать спектральные особенности сигналов монаурально. Таким образом можно определить, спереди или сзади находится источник звука, что может пригодиться, когда бинауральное слушание недоступно.

Целостная сеть нейронных связей образуется в результате непрерывной и длительной сенсорной стимуляции

В одном из опытов хорькам временно закрывали одно ухо. Выяснилось, что зверьки использовали большее количество «монауральных» характеристик звука, когда бинауральное слушание было недоступно. Одновременно с этим проводилось исследование, регистрировавшее нервные отклики в центральной зоне слухового отдела коры головного мозга. Хорьки стали относительно более чувствительны к этим «монауральным» пространственным характеристикам. Но как только ухо открывали и у животных восстанавливалась функция слуха, они снова становились способны использовать пространственные характеристики звука и изменения в нервных откликах исчезали. Этот феномен назвали “пространственным билингвизмом” по аналогии с умением разговаривать на двух языках.

Сенсорная депривация и критические периоды.
Долгое время считалось, что если слух потерян, то он потерян навсегда. Это предположение было частично подтверждено во время испытаний на котятах с завязанными глазами, которые испытывали сенсорную депривацию зрения в течение первых трех месяцев жизни. После того как повязки были сняты, функция зрения не восстанавливалась.

Но недавние исследования показали, что имеется зависимость от того, в каком возрасте и на какой срок были завязаны глаза кошке. Следовательно, критические периоды во время созревания очень важны для нормального развития сенсорной функции.

Теперь нам известно, что успешная кохлеарная имплантация в раннем возрасте позволяет ребенку снова слышать даже после длительного пребывания в полнейшей глухоте. Но тем не менее вопросы о том, какие периоды развития являются наиболее важными для различных типов сенсорных функций, какие функции подвержены сенсорной депривации и как наилучшим образом необходимо проводить стимуляцию, чтобы уменьшить потерю сенсорных возможностей, до сих пор является предметом изучения.

Комплексные эффекты слуховой депривации.
Как оказалось, дети, использующие кохлеарные импланты, отличаются от нормально слышащих детей иным восприятием визуальной информации. Дети с имплантами получали худший результат во время тестирования в заданиях, в которых от них требовалось повторить только что продемонстрированный цветовой узор. Предполагается, это связано с тем, что слуховая депривация у этих детей началась до момента кохлеарной имплантации и это могло стать причиной отклонений в зрительном восприятии.

Как оказалось, взаимосвязь между способностью изучать язык и способностью воспринимать увиденное в процессе аудиовизуальной речевой интеграции у детей предсказывает звукоречевое восприятие на второй год жизни. По этой причине считается, что способность учиться по визуальному ряду является важным фактором в процессе развития речи у детей.

Навыки моторики важны для сложных движений, например, для игры на пианино. Недавнее исследование показало, что люди с глубоким снижением слуха (чаще всего с детства) могут испытывать значительное снижение этой способности. Они показали значительно худшие результаты в задаче, в которой от них требовалось как можно быстрей нажимать на клавиатуре определенную клавишу, отвечающую за позицию звездочки на стене.

Сниженный слух ведет к неполному формированию естественных нервных структур мозга. Это сказывается не только на части мозга, отвечающей за слух, но и на многих других связанных областях. Проблемы со слухом могут иметь негативные последствия для многих аспектов жизни ребенка, включая развитие речи, успехи в школе, социализацию,
самочувствие и пр.

Слухопротезирование в самом раннем возрасте, проверка и подстройка усиления аппарата очень важны для правильного развития речи у ребенка

Снижение рисков для полноценного когнитивного развития.
Успешное раннее слухопротезирование может положительно повлиять на множество аспектов жизни ребенка. Немало исследований за последние годы доказали его положительный эффект. Например, слухопротезирование в раннем возрасте позитивно влияет на коммуникационные способности ребенка. Также слуховые аппараты могут восстановить сбалансированный слух у детей с односторонним сенсоневральным снижением слуха. Дети, которые начали использовать аппараты в возрасте менее пяти лет, демонстрируют лучшие способности к локализации звука по сравнению с теми, кто начал использовать аппараты позже.

Слухопротезирование в самом раннем возрасте, проверка и подстройка усиления аппарата очень важны для правильного развития речи у ребенка. Индекс разборчивости речи с аппаратами (SII) и возраст протезирования – лучший способ предсказать дальнейшие языковые перспективы ребенка со сниженным слухом. Оценка языковых и функциональных возможностей ребенка сразу после первого протезирования – один из факторов, предсказывающих результат развития речи. Многочисленные исследования подчеркивают необходимость раннего и правильного слухопротезирования, которое обеспечит ребенку со сниженным слухом доступ к стимуляции, необходимой для поддержки, приобретения и развития речевых навыков наравне с другими важными навыками.

Важность раннего и корректного слухопротезирования для правильного развития коры головного мозга.
Если кохлеарная имплантация была проведена в раннем возрасте, корковые записи волн P1 и N1 регистрировались. Это удивительно, т.к. эти корковые отклики обычно отсутствуют у глухих детей и часто используются в роли биомаркеров нормального развития слуховой системы. Но если кохлеарная имплантация была проведена после 4,5 лет – волна N1 может и вовсе не развиться, а время прибытия волн останется удлинненным.

Позже исследования показали, что плохо слышащие дети, несмотря на слухопротезирование, проигрывают нормально слышащим детям в высокотребовательных когнитивных функциях, например, эмпатии (сопереживании) или исполнительных функциях. Исполнительные функции используют рабочую память, управляют вниманием, задействованы в решении новых проблем, в планировании, организации, ментальных возможностях и влияют на скорость мышления. Выходит, что эти фундаментальные нейрокогнитивные процессы подвержены эффекту слуховой депривации.

Правильно подобранное решение, дающее более естественное звучание, поможет уменьшить негативное воздействие сниженного слуха на когнитивное развитие

The Oticon BrainHearing™ Approach.
Сниженный слух ставит ребенка перед огромной опасностью задержки или нарушения в когнитивных и связанных с ними областях, например, в развитии речи, изучении языков, возможности обучаться и социальном развитии. Oticon уделяет особое внимание разработке технологий поддержки когнитивных процессов, влияющих на правильное развитие. Этот подход называется BrainHearing.

Важно дать мозгу возможность получать полноценный, натуральный и неискаженный звуковой сигнал, чтобы создать лучшие условия для полного когнитивного развития

Основным принципом данного подхода является тот факт, что недостаточно просто компенсировать периферийную часть слуха. Очень важно дать мозгу возможность получать полноценный, натуральный и неискаженный звуковой сигнал, чтобы создать лучшие условия для полного когнитивного развития.

Звуковой сигнал, который получает ребенок, должен представлять собой точное отражение мира звуков. Само собой, очень важно правильно передать речевой сигнал, обеспечив более широкий динамический и частотный диапазоны. Тем не менее этот усиленный сигнал должен также сохранять детали звука, которые были бы наиболее полезны для когнитивного развития. Это включает в себя не только попытку предоставить звук с наилучшим соотношением сигнала к шуму, но и попытку сохранить нетривиальные детали сложного самого по себе речевого звукового сигнала. В конце концов, если слуховой аппарат не будет использоваться ребенком на постоянной основе, прекрасная обработка звука и новейшие подходы к слухопротезированию просто не будут приносить никакой пользы. В связи с этим важно иметь надежное и безопасное решение, которое поможет облегчить ребенку принятие аппарата.

Что же такое технология BrainHearing?

Чтобы полностью поддержать когнитивное развитие, усиленный звук должен отвечать следующим важным критериям:

Предоставлять полный доступ к речевому сигналу:
+ расширенный частотный диапазон: речевой сигнал также включает в себя важную речевую информацию на частотах более 4 кГц. Аппараты Oticon способны обеспечивать слышимость звуков для большинства детей со сниженным слухом, включая те самые высокочастотные речевые сигналы;
+ расширенный динамический диапазон (по входу): Oticon известны рекомендации по слышимости звуков по формуле DSL 5.0. Необходимо дать возможность слышать речь вместе с большим количеством других звуков, которые ребенок будет встречать каждый день.

Обрабатывать речь как можно лучше:
+Speech Guard E: применение нелинейного алгоритма усиления вместе с поведением системы компрессии в ответ на естественные изменения в речевом сигнале, возможно, могут ограничить важную звуковую информацию. Speech Guard E специально создан, чтобы сохранять как можно больше естественных деталей речевого сигнала;
+ Voice priority i: функция, предназначенная для использования в школе, автоматически подстраивает уровень громкости голоса учителя, если уровень шума в классе возрастает. Цель – сохранить прекрасное соотношение сигнала к шуму, созданное FM-системой;
+ FreeFocus направленность: помогает справиться с негативным влиянием фонового шума благодаря уникальной технологии, которая автоматически определяет необходимость использования того или иного режима направленности.

Дать возможность слышать без прерываний:
+ LED: Oticon первым начал устанавливать LED-индикатор в слуховые аппараты для предупреждения родителей, преподавателей и воспитателей
о статусе работы аппарата;
+ надежный конструктив, созданный специально для детей. Особое внимание уделено техническому дизайну и производству детских моделей аппаратов. Главное требование к дизайну – высочайший уровень надежности.

Заключение

Дети рождаются с удивительной способностью постоянно впитывать в себя информацию об окружающем мире: «Что это такое?», «Как это работает?», «Каково это на ощупь?»

Слух – один из важнейших источников подобной информации. Сниженный слух делает затруднительным процесс познавания мира для ребенка. Задача Oticon – создать решение, которое позволит каждому ребенку развиваться, учиться, быть полноценным членом семьи, частью общества и, наконец, успешным, насколько это только возможно.

Материал предоставлен
компанией Oticon