Локализация неподвижного звука детьми от полугода до полутора лет

Д. И. Тюмкова

ЛОКАЛИЗАЦИЯ НЕПОДВИЖНОГО ЗВУКА ДЕТЬМИ ОТ ПОЛУГОДА ДО ПОЛУТОРА ЛЕТ

В статье представлены результаты изучения локализации неподвижного звука в горизонтальной плоскости в условиях свободного звукового поля детьми от полугода до полутора лет. Описаны три периода локализации, имеющие собственные специфические параметры, которые необходимо учитывать при проведении исследований пространственного слуха у детей.

Ключевые слова: локализации неподвижного звука, пространственный слух, исследование.

D. Tiumkova

LOCALIZATION OF MOTIONLESS SOUNDS BY CHILDREN AGED FROM 6 TO 18 MONTHS

The article presents the results of unmoving sound localization in the horizontal plane in a free sound field of children from six months to a year and a half. Described three periods of sound localization, has their own specific parameters. These periods should be considered in studies of spatial hearing in children.

Keywords: localization of motionless sounds, spatial hearing, research.

В литературе представлено ограниченное число работ, посвященных изучению пространственного слуха у детей [1, 2, 3, 4, 5 и др.], в частности, локализации неподвижного звукового стимула в горизонтальной плоскости в условиях свободного звукового поля детьми младенческого и раннего возраста [6, 7, 8, 9, 10, 11 и др.]. В подавляющем большинстве данных исследований оценка локализации звука производилась в результате анализа устных отчетов испытуемых и их указательных движений в направлении определяемого ими источника звука [1, 2, 3, 4 и др.] либо в ходе анализа видеозаписей с поворотом головы ребенка в ответ на предъявление звука [9, 11 и др.]. Описанные методы регистрации не позволяют составить представление о процессе локализации в целом и детально его проанализировать. Одной из задач нашего исследования стало изучение процесса локализации звука детьми от полугода до полутора лет на предмет наличия в нем периодов локализации звука, имею-

щих собственные специфические параметры, которые необходимо учитывать при проведении экспериментального изучения пространственного слуха у детей.

В исследовании приняли участие 40 детей (22 мальчика, 18 девочек) в возрасте от 5 месяцев 26 дней до 18 месяцев 28 дней, а также их матери. Средний возраст детей всей выборки составил 11,9 ± 3,6 месяца. Все принявшие участие в исследовании дети были доношенными, со сроком гестации выше 37 недель (среднее значение срока гестации в группе — 39,2 ± 1,8 недели). Средний возраст матерей, принявших участие в обследовании вместе со своими детьми, составил 29 ± 4,2 года. К исследованию допускались дети, не имеющие нарушений слуха и других серьезных диагностированных заболеваний, прошедшие плановые медицинские обследования.

Эксперименты проводились в лаборатории группы физиологии слуха Института физиологии им. И. П. Павлова РАН, в звукоизолированной анэхоидной

камере размером 3 х 3 х 4,5 м. В центре камеры находилась полукружная поворотная дуга радиусом 1 м, по длине которой на равном расстоянии друг от друга располагались 49 динамиков (Visaton, Германия) с идентичными частотными характеристиками. Дуга устанавливалась в горизонтальном положении, при котором угол предъявления звука изменялся по азимуту.

Мама с ребенком находились в кресле, расположенном в центре дуги. Ребенок сидел на коленях у матери в вертикальном положении лицом к дуге. В спокойном состоянии его голова находилась на уровне дуги, лицо было обращено в сторону центрального динамика (0°), правое ухо находилось напротив правого крайнего динамика дуги (+90°), левое ухо — напротив крайнего левого динамика (-90°). Для фиксации положения ребенка мама придерживала его тело обеими руками. Экспериментатор давал матерям инструкцию наблюдать за ребенком и по возможности не взаимодействовать с ним.

Звуковыми сигналами служили серии коротких щелчков (100 мкс) с периодом следования 20 мс и интенсивностью 65 дБ. Длительность серии щелчков составляла 1 с. Звуковые сигналы подавались в случайном порядке от 5 разных динамиков, которые располагались под углами 0° (прямо против ребенка), 30° и 60° справа и слева от ребенка в горизонтальной плоскости. По ходу звуковой стимуляции сигнал с каждого из 5 динамиков подавался дважды. Общее количество предъявлений сигнала с разных динамиков составляло 10 для каждого испытуемого. Выбор сигнала и его предъявление осуществлялись экспериментатором, находящимся в соседней комнате, с помощью специально разработанной компьютерной программы. Каждый следующий сигнал подавался по готовности ребенка к дальнейшей локализации. Интервал между предъявлениями составлял в среднем 5-10 с.

Для регистрации поворотов головы на голову ребенка надевался чепчик, к кото-

рому крепился миниатюрный датчик регистратора Fastrak (Pollhemus). Устройство Fastrak использовалось для измерения угловой траектории движения головы ребенка в горизонтальной плоскости (по азимуту). Длительность регистрации составляла 3,5 с. Регистрация начиналась за 0,5 с до подачи звукового стимула и заканчивалась спустя 2 с после выключения звука. В ходе всего эксперимента велась съемка с двух видеокамер: прямо напротив ребенка (Sony) и над его головой (Panasonic).

Количественный анализ проводился по данным о поворотах головы ребенка, полученным с помощью регистратора Fastrak. Видеозапись использовалась в качестве вспомогательного материала при анализе спорных и неоднозначных случаев. С выхода регистратора сигнал в цифровом виде поступал на вход компьютера с частотой 120 Гц. С помощью специально разработанной программы данные регистрации выводились на экран компьютера в графическом виде и записывались на жесткий диск. По цифровым отсчетам (с шагом 8,3 мс) строился график траектории движения головы ребенка и производился анализ пространственно-временных характеристик ориентировочной реакции (рис. 1).

На рисунке 1 представлен пример траектории движения головы испытуемого в ходе локализации сигнала, предъявляемого по центру полукружной дуги (0°). По результатам анализа данных графических изображений для всех испытуемых было выделено три периода локализации.

• Латентный период локализации. Наблюдается в 100% представленных случаев, характеризуется отсутствием движения головы либо продолжением начатого до подачи сигнала движения (на рисунке 1 соответствует участку графика между точками 1 и 2). В данном опыте в качестве основной характеристики латентного периода выступила его длительность, определяемая разницей между временем начала реакции и подачей сигнала.

Рис. 1. Траектория движения головы ребенка при предъявлении звукового сигнала

По оси абсцисс — время предъявления сигнала, в секундах; по оси ординат — угловое положение головы, в градусах. Время и место (0о) предъявления сигнала на графике обозначено на оси абсцисс жирной линией между 0 с и 1 с. Точка 1 — начальное положение головы испытуемого на момент подачи сигнала. Точка 2 — точка окончания латентного периода реакции. Точка 3 — окончание первого локализационного движения. Точка 4 — точка максимального приближения головы испытуемого к месту предъявления сигнала в период корректирующего движения

• Период первого локализационного движения наблюдается в 100% представленных случаев, характеризуется непрерывным движением головы ребенка в сторону источника звука либо в противоположную ему сторону (на рисунке 1 соответствует участку графика между точками 2 и 3). Период первого локализационного движения характеризуется длительностью (определяется через разницу времени окончания первого движения и времени окончания латентного периода) и направлением (в сторону источника звука — 91% и от него — 9%). В результате совершения первого локализационного движения наблюдается первичная ошибка локализации звука, вычисляемая по разнице между точкой окончания первого движения и источником предъявления звука.

• Период корректирующего локализационного движения. Наблюдается в 49,8% представленных случаев. Его траектория, в отличие от траекторий движения головы в два предыдущих периода, у разных детей различна, но может быть описана как волнообразная, демонстрирующая тенденцию приближения к фактическому месту предъявления сигнала (на рисунке 1 соответствует

участку графика после точки 3). Характеризуется длительностью — временем, затраченным на максимально близкое приближение к фактическому углу предъявления сигнала (см. рис. 1, точка 4) от момента окончания первого локализационного движения (см. рис. 1, точка 3). В результате совершения корректирующего локализационного движения наблюдается вторичная локализа-ционная ошибка, вычисляемая по разнице между точкой окончания корректирующего движения и источником предъявления звука.

Различия значений длительностей трех периодов локализации были проверены в ходе однофакторного дисперсионного анализа, показавшего значимое влияние фактора периода локализации на изменение значений длительностей периодов ^ (2,517) = 34,1; p < 0,001). Обнаружено достоверное увеличение среднегрупповых значений таким образом, что: среднегруп-повое значение первого локализационного движения больше среднегруппового значения длительности латентного периода (0,62 ± 0,28 по сравнению с 0,5 ± 0,26; p < 0,05), среднегрупповая длительность периода корректирующего движения выше

по сравнению со среднегрупповой длительностью латентного периода (0,86 ± 0,5 по сравнению с 0,5 ± 0,26; р < 0,001) и со среднегрупповой длительностью периода первого локализационного движения (0,86 ± 0,5 по сравнению с 0,62 ± 0,28; р < 0,001).

Сравнение среднегрупповых значений первичной и вторичной ошибок локализации показало, что вторичная локализаци-онная ошибка значимо меньше первичной (10,9 ± 9,9° по сравнению с 18,3 ± 14,8°; W = -4,5; р < 0,001). Обнаруженное существенное уменьшение локализационной ошибки позволяет заключить, что в ходе корректирующего движения происходит уточнение местоположения источника звука.

В ходе сравнения величин первичной и вторичной ошибок друг с другом показана существенная положительная корреляция между их значениями (т = 0,67; р < 0,001) (см. рис. 2). Как видно из рисунка 2, при положительной первичной ошибке локализации после корректирующего движения также преимущественно наблюдается положительная вторичная ошибка локализации. Верно и обратное: при отрицательной

первичной ошибке локализации вторичная ошибка чаще оказывается отрицательной.

Анализ результатов изменения первичной ошибки локализации в связи с пространственным положением источника звука относительно средней линии головы ребенка показал значимую связь данных значений (т = 0,23; р < 0,001): наименьшая первичная ошибка локализации наблюдается при предъявлении звука по средней линии головы и возрастает при увеличении углового расстояния до источника.

Анализ точности локализации звука после корректирующего движения в связи с пространственным положением сигнала показал ту же тенденцию увеличения значений ошибки к периферическим положениям источника звука и значимую связь величины ошибки с углом предъявления звука относительно средней линии головы ребенка (т = 0,15; р < 0,05). Однако результаты анализа свидетельствуют, что значения вторичной ошибки локализации в большей степени связаны со значениями первичной локализационной ошибки, чем с углом предъявления сигнала относительно средней линии головы.

Рис. 2. Распределение значений вторичной ошибки локализации в связи со значениями первичной ошибки локализации

По оси абсцисс — значения первичной ошибки локализации, в градусах; по оси ординат — значения вторичной ошибки локализации, в градусах

Таким образом, в ходе исследования показано увеличение длительности периодов локализации от латентного периода к корректирующему движению, уменьшение среднегрупповых значений вторичной ошибки локализации по сравнению со среднегрупповыми значениями первичной ошибки, а также специфические изменения локализационных ошибок в связи с положением источника звука относительно средней линии головы и их взаимосвязь между собой. Все это позволяет заключить, что выделение трех периодов локализации неподвижного звука в горизонтальной плоскости детьми от полугода до полутора лет является правомерным и необходимым условием при проведении экспериментов, направленных на оценку локализации зву-

ка и ее параметров детьми данного возраста. Изучение взаимосвязи величины вторичной ошибки локализации со значениями первичной ошибки и положением сигнала относительно средней линии головы ребенка может свидетельствовать о том, что в период корректирующего движения ребенок ориентируется не на реальное исходное положение звука в пространстве, а на ту информацию о его положении, которая была получена в течение первых двух периодов локализации, что подчеркивает различия между механизмами, лежащими в основе периодов локализации, и может свидетельствовать о влиянии на локализацию звука в период корректирующего движения таких процессов, как память и внимание [3, 5 и др.].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Grieco-Calub T. M., Litovsky R. Y. Sound localization skills in children who use bilateral cochlear implants and in children with normal acoustic hearing // Ear and Hearing. 2010. Vol. 31 (5). P. 645-656.

2. Kuhnle S., Ludwig A. A., Meuret S., Kuttner C.,Witte C., Scholbach J., Fuchs M., Rubsamen R. Development of auditory localization accuracy and auditory spatial discrimination in children and adolescents // Audi-ology and Neurotology. 2012. Vol. 18 (1). P. 48-61.

3. Lovett R. E. S., Kitterick P. T., Huang S., Summerfield A. Q. The developmental trajectory of spatial listening skills in normal-hearing children // Journal of Speech Language and Hearing Research. 2012. Vol. 55 (3). P. 865-878.

4. Otte R. J., Agterberg M. J., Van Wanrooij M. M., Snik A. F., Van Opstal A. J. Age-related hearing loss and ear morphology affect vertical but not horizontal sound-localization performance // Journal of the Association for Research in Otolaryngology. 2003. Vol. 14 (2). P. 261-273.

5. Van Deun L., Van Wieringen A., Van den Bogaert T., Scherf F., Offeciers F. E., Van de Heyning P. H., De-sloovere C., Dhooge I. J., Deggouj N., Raeve L. D., Wouters J. Sound localization, sound lateralization, and binaural masking level differences in young children with normal hearing // Ear and Hearing. 2009. Vol. 30 (2). P. 178-190.

6. Ashmead D. H., Clifton R. K., Perris E. Precision of auditory localization in human infants // Developmental Psychology. 1987. Vol. 23 (5). P. 641-647.

7. Clarkson M. G., Swain I. U., Clifton R. K., Cohen K. Newborns' head orientation toward trains of brief sounds // Journal Acoustical Society of America. 1991. Vol. 89 (5). P. 2411-2420.

8. Clifton R. K., Clarkson M. G., Gwiazda J., Bauer J. A., Held R. M. Growth in head size during infancy: Implications for sound localization // Development Psychobiology. 1988. Vol. 24 (4). P. 477-483.

9. Morrongiello B. A. Infants' localization of sounds in the median sagittal plane: Effects of signal frequency // Journal Acoustical Society of America. 1987. Vol. 82 (3). P. 900-905.

10. Muir D., Clifton R. K. Infants' orientation to the location of sound sources / Gottlieb G., Krasnegor N. A. eds. Measurement of audition and vision in the first year of postnatal life: A methodological overview // Westport: Ablex Publishing. 1985. Р. 171-194.

11. Muir D., Hains S. The U-shaped developmental function for auditory localization // Journal of Cognition and Development. 2004. Vol. 5 (1). P. 123-130.

12. Slugocki C., Trainor L. J. Cortical indices of sound localization mature monotonically in early infancy // European Journal of Neuroscience. 2014. Vol. 40 (11). Р. 3608-3619.