Proceedings 2002

МЕТОД ВЫЗВАННЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ МОЗГА В АМЕРИКАНСКОЙ ПСИХОЛИНГВИСТИКЕ И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИ РЕШЕНИИ ПРОБЛЕМЫ ПОРЯДКА СЛОВ В РУССКОМ ЯЗЫКЕ *

 

 

И. А. Секерина

Государственный университет Нью-Йорка

ias052@earthlink.net

 

 

Ключевые слова: метод вызванных потенциалов мозга, американская психолингвистика, нейронаука, нейролингвистика, русский язык, порядок слов, мозг, понимание языка, восприятие языка, распознавание, нейроны, электроэнцефалограмма, сигнал, псевдослова, компоненты потенциала, латентность потенциала, амплитуда потенциала, полярность потенциала, P600, N400, негативность, позитивность, объем памяти, рабочая память, грамматические нарушения, предложения с заполнителем/пропуском, контекст, оборудование для записи вызванных потенциалов, усреднитель, электрод, электродная шапочка, испытуемый, топография электродов, электроокулограмма,  сопротивляемость электродов, эксперимент, поведенческие результаты, аккуратность, время реакции, чтение с саморегуляцией скорости, статистический анализ, дисперсионный анализ

 

В данной статье представлен краткий обзор метода вызванных потенциалов мозга (ВП), который получил широкое распространение в американской психолингвистке с 1990 гг. ВП променяются при изучении всех этапов понимания языка, включая восприятие звуков, слов и псевдослов, словосочетаний и предложений, анафоры, связаного текста, а также при определении нагрузки на рабочую память. Описаны основные компоненты, характеризующие языковые процессы, N400 и P600, представлена типовая конфигурация системы ВП, включая оборудование и программное обеспечение. В качестве иллюстрации приводится конкретный пример протокола проведения психолингвистического эксперимента и приводятся результаты ВП эксперимента, посвященного изучению разницы между восприятием вопросительных и повествовательных предложений со Скрэмблингом в русском языке.

 

1. Введение

 

Одна из уникальных особенностей языка заключается в том, что дети усваивают его в раннем возрасте и без видимых усилий и используют язык в качестве эффективного средства общения всю жизнь. В течение дня мы употребляем и воспринимаем бесконечно новые языковые комбинации, делая это со скоростью примерно 150 слов в минуту.   Функциональная гибкость и эффективность языка обуславливается как его внутренней структурой, так и наличием биологического носителя, человеческого мозга. Данная статья посвящена экспериментальному методу, который психолингвистика позаимствовала из нейронауки, и который позволяет исследовать функционирование языка как психического феномена, порождаемого мозгом.

Традиционно лингвисты представляют язык в виде знаковой системы, состоящей из уровней. Так, фонетика изучает звуки языка и то, как они производятся, передаются и воспринимаются. Абстрактные характеристики звуков, которыми определяются фонемы, изучаются фонологией. Сочетания фонем, образующие самостоятельные языковые единицы, имеющие значения, обозначаются морфемами, а словобразовательные и словоизменительные процессы составляют предмет морфологии. Сочетания морфем и слов образуют синтагмы, предложения и тексты (дискурс), и особенности этих сложных языковых единиц составляют предмет синтаксиса. Цель этого поэтапного процесса — переход от звука к смыслу высказывания, а результат — смысловое восприятие речи. Семантика, прагматика и дискурс, таким образом, представляют собой конечный этап процесса восприятия и понимания речи. Очевидно, однако, что наличие внутренней организации само по себе не может служить доказательством эффективности языка как средства общения; иначе как тогда объяснить тот факт, что только человек обладает языковыми способностями? Усвоение языка, его использование и языковое творчество могут объясняться только при наличии обоих необходимых условий: внутренней языковой структуры и особенностей строения человеческого мозга. Возникает вопрос: представляет ли мозг язык в виде уровней, т.е. так, как его описывает лингвистика?

 

 

2. Языковая структура и ее восприятие мозгом

 

С одной стороны, мы можем ответить на этот вопрос утвердительно. Действительно, комбинации фонем наверняка воспринимаются и порождаются мозгом не так, как синтаксические фразы или смысл целого предложения. В этом смысле языковые объекты разных уровней, выделяемые в лингвистике, имеют свои собственные, уникальные, ментальные представления. С другой стороны, языковые явления, изучаемые в лингвистике, обычно относятся к сфере языковой компетенции, а не языковой деятельности, и представляют собой абстрактные или обобщенные объекты, оторванные от реального времени и не связанные пространством.  Мозг, однако, воспринимает язык как процесс, имеющий конкретные пространственно-временные характеристики, и их значимость трудно переоценить. Очевидно, что не может существовать взаимооднозначного соответствия между языковыми явлениями, выделяемыми в лингвистике, и ментальными представлениями, порождаемыми мозгом. Так, например, на ранних стадиях визуального распознавания букв мозг одинаково реагирует как на наборы букв, соответствующих фонотактическим правилам языка, слова и псевдослова, так и на наборы, которые эти правила нарушают.

Кроме того, мозг не только воспринимает, но и порождает язык в режиме реального времени. Для того чтобы понять, как это происходит, нужно исследовать не только функциональные характеристики мозга, но и те языковые структуры, на которые мозг реагирует и те обстоятельства, при которых это происходит. Для этого психолингвистика взяла на воружение нехирургические методы сканирования мозга, широко используемые в нейронауке; эти методы позволяют получить картину мозга в процессе восприятия языка. В данной статье кратко описывается один из таких методов, метод вызванных потенциалов (ВП) мозга, тесно связанных с определенными внешними факторами (event-related potentials, ERP). Он позволяет непосредственно записывать активность головного мозга в течение очень коротких временных интервалов.

 

3. Метод вызванных потенциалов мозга

 

Процесс восприятия и порождения языка характеризуется активной групповой деятельностью большой совокупности нейронов. Эта нейронная активность осуществляется за счет волнообразных изменений электропотенциалов нейронов и их составных частей, дендритов и аксонов. При  нормальных условиях, т.е. при отсутствии внешней стимуляции, каждый нейрон обладает латентным электропотенциалом, который определяется балансом положительных и отрицательных частиц, ионов, как внутри, так и снаружи нейрона. В результате стимуляции нейрона проводимость его мембраны увеличивается или уменьшается, изменяя тем самым его электропотенциал. Кратковременное изменение поляризации внутри нейрона активизирует его, вызывая электроволну, которая движется через аксон.  Эта активизация может затем распространиться на соседние нейроны за счет выброса химических веществ, называемых нейропроводниками (neurotransmitters). Нейропроводники проникают в нервные синапсы, т.е., пространство между нейронами, и воздействуют на мембраны соседних нейронов, увеличивая или уменьшая их проводимость. Изменение проводимости в соседних нейронах, таким образом, тоже их активизирует, и волна активации продолжает распространяться концентрическими кругами. 

Таким образом, процесс передачи информации нервными клетками представляет собой поток заряженных частиц, который изменяет электропотенциал внутри и снаружи нейрона. Эти электропотоки можно регистрировать при помощи как минимум двух электродов, разместив их или непосредственно на определенные участки коры головного мозга, или опосредованно, через кожу на голове. При этом измеряется разница в заряде между двумя электродами. В результате можно записать электроэнцефалограмму (ЭЭГ), получаемую при помощи вычисления амплитуд через временные интервалы, зависящие от частоты квантования. Считается, что в целом, бóльшая часть электрической активности, регистрируемой через кожу головы, вызывается деятельностью соматодендритных постсинаптических потенциалов пирамидных клеток [1].    

ЭЭГ измеряет спонтанную, ритмическую активность мозга, происходящую на многих разных частотах. Однако для исследования процессов, связанных с восприятием языка, возникает необходимость обратить внимание на то, как реагирует мозг на конкретный внешний сигнал, например, на появление слова на экране компьютера. Для того чтобы исследовать электропотенциалы мозга, которые появляются после определенных внешних воздействий, производится их суммирование через постоянный временной интервал. Результирующий вызванный потенциал (ВП), таким образом, представляет собой синусоидальную волну, амплитуда которой меняется во времени. Каждый регистрирующий электрод (см. раздел 5) записывает одну волну. Полярность участков волны меняется от положительной к отрицательной и обычно сравнивается с некоторой контрольной волной, записанной до начала внешнего стимула. В зависимости от характера внешнего стимула выделяются следующие характеристики потенциала: форма (наличие или отсутствие пиков), латентность (временной промежуток от момента подачи стимула до появления пика), длительность и амплитуда пиков. При исследовании языка используют два вида вызванных потенциалов, коротколатентные (около 10 мсек) и длиннолатентные (500 мсек).   

Метод ВП является важным методом изучения восприятия языка, потому что вызванные потенциалы представляют собой процесс, который разворачивается во времени и позволяет измерять несколько разных характеристик. В частности, ВП позволяют непосредственно судить о том, какая активность характеризует мозг до начала языкового сигнала, во время его восприятия и после его окончания, используя при этом частоту квантования в пределах миллисекунд. ВП могут продемонстрировать не только разницу между двумя критическими условиями в психолингвистическом эксперименте, но и охарактеризовать ее, например, показать наличие или отсутствие количественной/ качественной разницы по длительности или амплитуде волн, их топологическое распределение по зонам коры головного мозга [2].  

Метод ВП широко используется для изучения всех этапов восприятия языка, начиная с разпознавания слов и кончая процессом понимания сложных текстов [3; 4; 5]. Эти исследования показывают, что восприятие языка мозгом представляет собой совокупность ментальных процессов, происходящих в разное время и в разных измерениях. Эти ментальные процессы отличаются как по своим функциям (общие и специально языковые), так и по тому, в какой степени они зависят от контекста и как взаимодействуют между собой во времени и пространстве.

 

 

4. От восприятия к пониманию языка

 

Известно, что на самом раннем этапе мозг не в состоянии отличить языковой сигнал от неязыкового. Поэтому его первоначальной задачей является опознавание сигнала, будь то написанное или произнесенное слово, и его классификация. Поскольку мозг изначально не может предугадать тип поступающего сигнала, самый первый этап распознавания этого сигнала не зависит от того, является он языковым или неязыковым. Частично тип сигнала угадывается, основываясь на таких факторах, как частотность и повторяемость. В процессе начального распознавания мозг обрабатывает информацию как по принципу «сверху-вниз» (top-down) (сигнал в контексте), так и по принципу «снизу-вверх» (bottom-up) (уникальность сигнала). Так, например, если человек слушает речь или читает написанный текст, мозг настроен на волну восприятия языкового сигнала; если же ситуацуя внеязыковая, то тот же самый сигнал может первоначально анализироваться как неязыковой. В определенных контекстах возможно даже предугадать более конкретные, физические, параметры сигнала: цвет, размер, шрифт, громкость, голос и т.п. То, что мозг обращает внимание на эти параметры, находит свое отражение в изменении таких ранних перцептивных компонентов, как Р1 (ранняя позитивность) и N1 (ранняя негативность). В зависимисти от того, какова конечная цель распознавания, наблюдаются изменения и в более поздних компонентах типа N2 и Р3.

 

4.1. Восприятие слов и их составляющих

 

Итак, вне зависимости от того, используется ли на начальном этапе распознавания процедура обработки информации  «сверху-вниз» или «снизу-вверх», первым этапом при понимании языка является ранняя перцептивная классификация сигнала. При чтении, например, процесс начинается с разделения сигнала на отдельный объект (буква) или совокупность объектов (слово), на слова, отвечающие орфографическим правилам конкретного языка, и нарушающие их, и на возможные слова и псевдослова (т.е. совокупность букв, не являющихся настоящими словами данного языка). При помощи метода вызванных потенциалов Шендан, Ганис и Кутас (1998) [6] провели эспериментальное исследование процесса ранней перцептивной классификации визуальных объектов. Испытуемым были представлены три вида таких объектов: предметы, совокупности букв (настоящие слова, псевдослова и наборы, состоящие из объектов, похожих на буквы) и наборы иконографических символов. Было обнаружено, что на этапе первых 95 мсек мозг отличает отдельный предмет от наборов; этот процесс характеризуется негативностью (negativity) (компонент N100), особенно ярко выраженной на электродах средней линии теменной доли коры головного мозга. Далее происходит классификация визуальных объектов на наборы, состоящие из букв, и наборы, состоящие из объектов, похожих на буквы, и иконографических символов. Этот результат позволил авторам прийти к заключению, что вследствие многолетней привычки к чтению мозг взрослых развил в себе способность скоростного опознавания сигналов, состоящих из букв. На следующем этапе классификации, в районе 200 мсек с начала сигнала, происходит разделение на настоящие слова и псевдослова. Похожие временные рамки и классификационные этапы характеризуют и процесс распознавания устной речи, а именно, ВП при прослушивании настоящих слов и псевдослов не отличаются на этапе первых 150 мсек, а начинают отличаться только в районе 200-250 мсек.  

Надо отметить, однако, что несмотря на то, что ВП позволяют очень точно определить тот момент времени, в который мозг заметил разницу между двумя сигналами, они не могут объяснить, что означает это различие и каким образом оно будет использоваться на последующих этапах восприятия. Таким образом, тот факт, что настоящие слова и псевдослова вызывают разные ВП на этапе 200-250 мсек вовсе не означает, что мозг их расклассифицировал именно так, как это делают в лингвистике. Возможно, что это различие связана с другими параметрами, например, с тем, что один вид сигнала содержит в себе менее привычные (низкочастотные) наборы букв. И действительно, псевдослова, в отличие от непроизносимых наборов букв, продолжают восприниматься мозгом как  настоящие слова (правда, только с точки зрения компонентов, а не их размера и длительности) в течение последующих 200 мсек. После этого произносимые псевдослова характеризуются наличием компонента N400 (т.е. негативным пиком в примерно в зоне) 400 мсек после начала сигнала). Эти две гипотезы (семантическая классификация на слова/псевдослова и чисто частотная классификация на часто/редко встречающиеся наборы букв или звуков) составляют важное направление исследований в современной американской психолингвистике.

Компонент N400 занимает особое место в психолингвистических исследованиях, использующих нейрометоды. Именно на этом этапе, как показывают ВП, мозг начинает различать настоящие слова от псевдослов, и именно на этом этапе возникает различие в словах, связанная с частотой их употребления в данном конкретном языке.  Кинг и Кутас [7] обнаружили, что длительность левой передней негативности (left anterior negativity), возникающей в пределах 200-400 мсек после начала сигнала, коррелирует с частотностью слова в данном языке. Мозг, таким образом, быстрее опознает слова, которые ему лучше известны. Интересно, что это различие в скорости, с какой распознаются слова на раннем этапе, имеет значительные последствия для последующих этапов восприятия речи. Так, различие, которая выявлена при восприятии знаменательных частей речи (существительных, глаголов, прилагательных и наречий) и служебных слов (артиклей и предлогов), во многом определяется различием в частотности [8]. 

Важно отметить, что это отнюдь не означает, что существует четко определенный момент или место восприятия или запоминания частотности слова. Частотность слова оказывает влияние на многие процессы восприятия речи, включая лексический доступ к слову, извлечение ассоциативной фонологической или семантической информации из долговременной памяти, хранение слова и его ассоциаций в рабочей памяти и т.п. ВП исследования ясно демонстрируют, как по-разному частотность слова влияет на процесс его дальнейшего восприятия. Например, при прочих равных условиях и при отсутствии контекста амплитуда компонента N400 обратно пропорциональна частотности слова [9]. Простое повторение слова в процессе эксперимента тоже уменьшает амплитуду N400. Кроме того, компонент N400 непосредственно связан с извлечением семантической информации из долговременной памяти и с ее интеграцией  в контексте предложения.

 

4.2. Восприятие словосочетаний

 

Способность мозга различать частотные и редкие слова распространяется на другие языковые единицы, а именно, частотные и редкие словосочетания и синтаксические конструкции. Результаты ВП исследований демонстрируют, что мозг по-разному реагирует на вероятность анафорческой связи между местоимением и его антецедентом. Когда название профессии типа секретарь находится в анафорической связи с личным местоимением в женском роде она, на этапе 200 мсек, наблюдается меньшая амплитуда негативности передних долей левого полушария (left anterior negativity, LAN), чем при анафорической связи между тем же антецедентом и местоимением в мужском роде он [10]. В случае с местоимением в мужском роде,  мозг склонен считать, что он скорее всего относится к какому-то новому участнику ситуации, поскольку анафорическая связь он-секретарь является маловероятной. В этом случае бóльшая амплитуда негативности отражает нагрузку на рабочую память, так как человеку приходится держать в памяти информацию о двух участниках, а не об одном. Таким образом, можно заключить, что процесс понимания местоимений находит свое отображение в реальных ВП, а их параметры могут помочь определить характер устанавливаемой в рабочей памяти связи между местоимением и существительным-антецедентом.

Вероятность тоже играет важную роль в том, как мозг воспринимает разные аспекты грамматической информации в предложении. Многие виды грамматических нарушений вызывают так называемую «позднюю позитивность» Р600 (late positivity), или позитивный синтаксический сдвиг (the syntactic positive shift, PSP) [11; 12]. Начало этого компонента может варьироваться, но его пик в среднем приходится на зону 600 мсек после начала сигнала. Топографически компонент Р600 более всего заметен в задних долях коры головного мозга (хотя в литературе есть упомнинания и о некоторой активности передних долей). Р600 обычно вызывается в тех случаях, когда структура предложения содержит нарушения грамматических правил языка, например, при неправильном согласовании подлежащего и сказуемого по числу («theyis»), при наличии местоимения в неправильном падаже) («the plane took we to Italy»), или при неправильном порядке слов внутри словосочетания («Max’s of proof the theorem»).  Следует отметить, что Р600 вызывается не только грамматическими нарушениями, но и в тех случаях, когда механизм восприятия языка сталкивается с дополнительной нагрузкой, возникающей при анализе сложных синтаксических конструкций.

Что же именно обозначает наличие Р600? Кулсон, Кинг и Кутас [13] исследовали ВП, возникающие при двух видах грамматических нарушениях, а именно, при постановке местоимения в неправильный падеж и при направильном согласовании подлежащего со сказуемым, при этом частота встречаемости этих нарушений в течение проведения эксперимента была средней. Они обнаружили, что компонент Р600 возникал всякий раз, когда испытуемый реагировал на грамматическое нарушение, но при этом реже встречающиеся грамматические нарушения вызывали Р600 с бóльшей амплитудой, чем часто встречающиеся нарушения. Более того, даже правильные синтаксические конструкции вызывали Р600, если они чередовались с грамматическими нарушениями, которых было больше, чем правильных конструкций.   Отсюда следует, что та же самая область мозга, которая реагирует на грамматические нарушения, реагирует и на вероятность подобных нарушений. Как известно, компонент Р600 обычно не наблюдается при семантических аномалиях; он возникает в основном как реакция на морфосинтаксические нарушения в языке. Можно сделать вывод, что синтаксический анализ предложения начинается с оценки вероятности конкретной синтаксической конструкции в языке, и эта вероятность постоянно обновляется в соответствии с текущим опытом человека. Может ли Р600 возникать в результате других, нелингвистических факторов, остается вопросом для дальнейших исследований.

 

4.3. Смысл и память

 

Итак, мозг быстро реагирует на частотность и на то, давно или недавно конкретный сигнал уже встречался при анализе. При этом сила реакции варьируется в зависимости от характера сигнала, начиная от его физических параметров и заканчивая его сочетаемостью с другими сигналами, которые вместе могут образовывать словосочетание или предложение. Очевидно, что реакция мозга на то, как конкретный сигнал взаимодействует со своим окружением, отражает важность синтагматических связей между единицами языка и их место в процессе осмысления текста. Для осуществления этой задачи мозгу необходимо установить следующее: как разные слова соотносятся друг с другом и как разные слова и их составляющие соотносятся с общим знанием о мире, хранящемся в долговременной памяти. Исследования с помощью метода ВП, в частности, пытаются охарактеризовать этот процесс установления подобных соотношений и их интеграцию с уже существующими в памяти знаниями.

Языковые единицы, которые отделены друг от друга во времени и пространстве, обычно связаны между собой многими отношениями. Восприятие таких разрывных составляющих сопряжено с необходимостью их временного хранения в рабочей памяти. Даже простые повествовательные предложения типа «В тот самый день Маргарита проснулась около полудня в своей спальне»  вызывают нагрузку на рабочую память. Например, при анализе местоимения своей необходима отсылка на именную группу Маргарита; конкретная грамматическая информация, относящаяся к подлежащему, требует постановки сказуемого в единственное число и в женском роде. Очевидно, что более сложные синтаксические конструкции, как, например,  сложноподчиненные предложения, в которых определительное придаточное относится к подлежащему главного предложения типа «Всё та же непонятная тоска, которая уже приходила на балконе, пронизала всё его существо», требуют бóльших ресурсов памяти, чем простые повествовательные предложения, так как один из актантов, тоска/которая, является подлежащим как в главном, так и в придаточном предложениях. Однако даже такие предложения воспринимются легче, чем сложноподчиненные предложения, в которых определительное придаточное относится к прямому дополнению главного предложения типа «Разрушение, которое Маргарита производила, доставляло ей жгучее наслаждение». Здесь подлежащее главного предложения (разрушение) к которому относится определительное придаточное, отличается от подлежащего придаточного (Маргарита), что и является причиной дополнительной нагрузки на память при восприятии.

Используя такого рода сложноподчиненные предложения, метод ВП позволяет судить о нагрузке на рабочую память в процессе их восприятия [14]. При этом одновременно можно собирать данные, характеризущие индивидуальные когнитивные способности испытуемых: ВП людей с разным объёмом рабочей памяти (working memory “span”) представляют собой функцию от наличия и типа структурной сложности воспринимаемых предложений. Так, например, Кинг и Кутас [15] сравнили ВП, записанные в процессе восприятия сложноподчиненных предложений с определительным придаточными, относящимися либо к подлежащему (1а), либо к прямому дополнению в главном предложении (1б):

(1)             а. The reporter₁ who₁ ________₁ followed the senator admitted the error.

б. The reporter₁ who₁ the senator followed ________₁ admitted the error.

Испытуемые читали такие предложения не целиком, а пословно. В предложении (1б) по сравнению с предложением (1а) вторая именная группа, the senator, вызвала левую переднюю негативность с бóльшей амплитудой у людей с бóльшим объёмом рабочей памяти. Как раз в этом месте в предложении (1б) возникает необходимость держать в рабочей памяти первую именную группу, the reporter. В противовес этому, ВП людей с меньшим объёмом рабочей памяти показали одинаковую негативность с большой амплитудой в обоих типах предложений, подтверждая тем самым гипотезу, что при меньшем объёме рабочей памяти нагрузка на память возникает и при более легких предложениях типа (1а). По результатам этого и подобных экспериментов с устной речью был сделан вывод, что левая передняя негативность является компонентом, который характеризует общую нагрузку на рабочую память, вне зависимости от модальности поступающего сигнала (визуальная или слуховая). Даже в предложениях с заполнителем/ пропуском (filler-gap dependencies), как, например, в вопросительных предложениях “Who did the doctor cure ___?” в английском языке, была обнаружена левая передняя негативность [16].

Надо отметить, что влияние рабочей памяти на процесс восприятия синтаксической структуры предложения проявляется в других, более длительных ВП, которые протекают не так скоротечно, а в течение нескольких секунд. Так, например, при восприятии сложноподчиненных предложений с разными определительными придаточными (относящимися либо к подлежащему, либо к прямому дополнению в главном предложении) испытуемые с бóльшим объёмом рабочей памяти продемонстрировали длительный позитивный сдвиг в передних долях головного мозга, и этот сдвиг продолжался на протяжении всего придаточного предложения. У испытуемых с меньшим объёмом рабочей памяти этот длительный позитивный сдвиг не наблюдался. Этот ВП компонент можно обнаружить даже при восприятии простых предложений с переходными глаголами, при этом у людей с бóльшим объёмом рабочей памяти всегда возникает значительно более заметный  длительный позитивный сдвиг, чем у людей с меньшим объёмом. Однако этот последний тип испытуемых обычно характеризуется ярко выраженным компонентом P1-N1-P2, который означает особую чувствительность на этапе раннего визуального распознавания. На этом основании можно сделать заключение, что люди с меньшим объёмом рабочей памяти затрачивают значительно больше усилий на более низких, перцептивных, уровнях восприятия сигнала, чем люди с бóльшим объёмом, и поэтому у них остается меньше ресурсов для процессов восприятие сигнала на более высоких, когнитивных, уровнях. Эта гипотеза подтверждается и данными ВП экспериментов с людьми пожилого возраста: их вызванные потенциалы очень похожи на ВП, которые характеризуют ВП молодых людей с меньшим объёмом рабочей памяти.

Итак, можно прийти к выводу, что приведенные выше результаты подтверждают гипотезу, ранее сформулированную на материале экспериментов, которые проводились при помощи поведенческих (behavioral) методов: процесс восприятия языка напрямую связан с хранением и извлечением информации из рабочей памяти [17]. Мозг  в состоянии воспринимать и перерабатывать сложные взаимоотношения между разными частями языкового сигнала, которые протекают во времени и пространстве, только прибегая к помощи рабочей памяти. Структуры, которые отвечают за внимание, тоже оказываются активно задействованными в этом процессе: если возникает необходимость обратить особое внимание на процесс распознавания языкового сигнала на более низких, перцептивных, уровнях, то остается меньше ресурсов на его обработку на более высоких, когнитивных, уровнях.

Обратимся теперь к процессу установления смысла высказывания. В конечном результате, воспринимаемый языковой сигнал должен быть осмыслен и соотнесен с общим знанием о мире, которое хранится в долговременной памяти. Слова, как известно, являются знаками, а связь между значением и формой знака устанавливается произвольно. Эта способность человека употреблять, запоминать и комбинировать огромное количество знаков в разных семиотических системах  является одним из ведущих факторов, которые выделяют его среди других биологических видов. На начальном этапе восприятия слова представляют собой не что иное, как физические сигналы, и их визульные или акустические параметры подлежат распознаванию и перцептивной классификации. В конечном счете, слова оказываются теми ключами, которые открывают доступ к пластам информации, хранящейся в долговременной памяти человека. Ассоциативные связи слов устанавливаются благодаря многочисленным перцептивным явлениям, которые способствовали возникновению и укреплению исходных ассоциативных сетей. Так, например, слово морковка включает в свою ассоциативную сеть такие перцептивные характеристики, как форма и цвет, запах, вкус, гладкость и упругость, звук похрустывования при еде и т.д. Вопросы, связанные с устройством долговременной памяти (ее внутренняя организация, виды информации и как к ним осуществляется доступ), составляют одно из наиболее активно разрабатываемых направлений в современной когнитивной психологии и нейронауке.

При помощи метода ВП можно исследовать, какими видами информации, относящейся к словам,  пользуются слушатели и читатели при восприятии устной и письменной речи, а также, каковы временные параметры этого процесса. Кроме того, поскольку ВП обладают очень точной временнóй разрешающей способностью (можно четко выделить потенциалы, характеризующие слова, предложение или текст), этот метод широко применяется при исследовании вопроса о том, как информация о конкретных словах обобщается для установления смысла предложения. Уже на раннем этапе восприятия языкового сигнала, в районе 250-300 мсек после его начала, можно записать ВП, характеризующие отдельные аспекты установления смысла. ВП, которые возникают на этом этапе, отличаются негативностью, характеризующей в основном задние доли коры головного мозга правого полушария. При этом сигналы могут быть очень разными: слова и псевдослова, представленные визуально, устно или при помощи жестов [18], картинки [19], лица [20], и звуки окружающей среды, которые несут семантическую нагрузку [21]. Это тот же самый компонент N400, о котором речь шла выше, в разделе, посвященном частотности и повторяемости слов.  N400 наблюдается в ВП нормальных взрослых и детей в процессе установления смысла языковых сигналов (или сигналов, которые потенциально могут иметь смысл, как, например, псевдослова). Было высказано предположение, что компонент N400 возникает при поиске смысловой информации в долговременной памяти: действительно, амплитуда N400 зависит от факторов, которые оказывают существенное влияние на память (количество запоминаемых слов и промежутка времени между словами). Амплитуда компонента уменьшается, а длительность увеличивается по мере старения организма; эти же параметры претерпивают еще бóльшие изменения в ВП испытуемых с различными формами деменции [22].

Итак, можно сделать вывод, что компонент N400 отражает определенные аспекты смысла, поскольку амплитуда этого компонента зависит от семантических характеристик предшествующего контекста, будь то просто отдельное слово, предложение или текст. Например, амплитуда N400 при восприятии слова в списке уменьшается, если предшествующее ему слово связано с ним по смыслу. Холком и Невилл [18] показали, что амплитуда N400 меньше при восприятии слова «собака», если ему предшествовало слово «кошка», чем когда ему предшествовало слово «чашка». ВП в этой же самой зоне реагируют и на фонологическое и орфографическое сходство между словами [23].  На уровне предложения амплитуда N400 уменьшается в зависимости от того, насколько хорошо слово соответствует контексту. Когда семантика слова совершенно не отвечает контексту, например, «Он пьет кофе с сахаром и сосиской», амплитуда N400 самая большая. Если слово с натяжкой может быть употреблено в данном контексте, компонент N400 не так длителен («Он пьет кофе с сахаром и медом»), но его амплитуда все равно больше, чем в семантически правильных предложениях («Он пьет кофе с сахаром и сливками») [24].  Зависит амплитуда N400 и от характера текста. Вне контекста предложения «Мышка потихоньку спряталась в норку» и «Мышка быстро спряталась в норку» являются семантически правильными. Однако, если предложению предшествует контекст типа «Заглянув под стол, кошка обнаружила мышку, поедавшую крошки. Мышка ...», наречия потихоньку и быстро уже будут восприниматься по-разному, а именно, амплитуда N400 значительно больше для слова потихоньку, чем для слова быстро [25]. Таким образом, лексические, семантические и дискурсивные факторы в равной мере начинают оказывать свое влияние на процесс установления смысла в зоне 400 мсек. При восприятии предложения лексические и семантические факторы вызывают колебания в амплитуде N400 независимо друг от друга [26]. Дополнительные доказательства в пользу  гипотезы о том, что N400 характеризует процесс семантической интеграции, можно найти в литературе, посвященной афазии. Свааб, Браун и Хагурт [27] показали, что N400 начинается с задержкой и его амплитуда значительно ослаблена у больных афазией с нарушением понимания средней и тяжелой степени; при этом подобная картина отсутствует у больных с эквивалентными поражениями правого полушария.

Если N400 отражает поиск информации в памяти, означает ли это, что мозг очень быстро начинает использoвать любые доступные ему источники информации для того, чтобы сделать этот поиск наиболее эффективным? Каким образом контекст помогает решить эту задачу? Можно себе представить, что информация о слове существует в некотором пространстве, параметры которого определяются нашим опытом. Мы можем составить представление о том, каковы эти параметры, при помощи экспериментов, использующих классификацию и определение логической правильности предложений. Контекст, а также другие факторы, от которых зависит амплитуда N400 (например, частотность и повторяемость), служат ориентирами для поиска информации в разных точках этого пространства. Обычно это такие точки, которые облегчают последующий поиск, так как из них быстрее можно добраться до значения слов. Эта гипотеза подтверждается результатами следующего эксперимента [28]. Предположим, испытуемым предложили прочитать следующую пару предложений: Анна хотела побаловать гостей настоящим американским десертом. Она вышла в сад и сорвала несколько________. Можно закончить второе предложение разными способами: а) наболее отвечающим контексту и ожидаемым словом яблок, б) неожиданным словом апельсинов, но из той же семантической категории, или в) неожиданным словом из другой семантической категории помидоров. Два последних варианта, неожиданные слова, по сравнению с ожидаемым окончанием вызвали у испытуемых N400. Однако несмотря на то, что оба слова, апельсинов и помидоров, одинаково не подходят в данном контексте, неожиданное слово из той же семантической категории (б) вызвало N400 с меньшей амплитудой, чем неожиданное слово из другой семантической категории (в). Уменьшение амплитуды коррелирует с семантической конгруэнтностью слова, т.е. тем, насколько это слово ожидается в данном контексте. Можно сделать вывод, что компонент N400 связан с организацией общих знаний о мире (яблоки и апельсины имеют больше общих черт, чем яблоки и помидоры), а также с тем, как соотносятся слова и контекст, в котором они встречаются. На более абстрактном уровне можно утверждать, что процесс установления смысла предложения находится в непосредственной зависимости от структуры общих знаний о мире, хранящихся в долговременной памяти.

 

 

5. Методика

 

Существует несколько различных систем научно-исследовательского лабораторного оборудования для записи ВП, которые поставляются производителями как в США, так и в Западной Европе. Многие психолингвистические лаборатории, осуществляющие исследования при помощи методики ВП, используют системы, которые производят две компании, Нейроскэн (Neurоscan, Inc.) [29] и Электрикал Джeодезикс (Electrical Geodesics, Inc.,EGI) [30]. Системы могут отличаться друг от друга в деталях (разное количество электродов, электродная сетка/шапочка, частота квантования и т.п.), но принцип их действия, по сути, одинаков.

 

5.1. Оборудование

 

Лабораторное оборудование для записи ВП представляет собой систему, состоящую из нескольких компонентов. На рисунке 1 изображена типовая кофигурация такой системы.

 

	А. Блок усиления B. Компьютер для подачи сигналов С. Блок передачи D. Клавиатура или кнопочное устройство для записи ответов и времени реакции Е. Электродная сетка/шапочка F. и М. Компьютер для записи ВП (усреднитель) G. и H. Видеокамера и монитор (если экспериментатор и испытуемый в разных комнатах) I. Экспериментатор J. Блок приема K. Блок подключения электродов L. Испытуемый
Рис. 1. Устройство типовой ВП лаборатории

 

5.2. Электроды

 

Главным компонентом ВП системы является электродная шапочка (см. Е на Рис. 1). Количество электродов, иначе еще называемых каналами (channels), обычно кратно 32, поэтому минимальное количество электродов тоже 32. Более распространенными являются шапочки с 64, 128 и 256 электродами. Системы, использующие 128 или 256 электродов, называются высокоплотнымы (high density). При психолингвистических исследованиях в основном используются системы с 64 или 128 электродами.

Перед началом процедуры установки электродов замеряется размер головы испытуемого, так как электроды крепятся к специальной эластичной шапочке. Размеры шапочек для взрослых испытуемых колеблются от 48 до 60 см, в зависимости от окружности головы. Существуют специальные шапочки для младенцев (31-42 см) и детей дошкольного возраста (42-48 см). Шапочки бывают двух видов (Рис. 2): шапочка-сетка, с неснимающимися электродами (компания EGI) и шапочка со вставляющимися электродами (компания Neuroscan). Шапочка-сетка с неснимающимися электродами (Рис. 2а) определенным образом одевается на голову испытуемого и не требует никаких специальных операций для ее подготовки.

 

Рис. 2. Виды электродных шапочек
А. Шапочка-сетка с неснимающимися электродами (компания EGI)	Б. Шапочка со вставляющимися электродами (компанияNeuroscan)

При использовании шапочки со вставляющимися электродами процедура подготовки испытуемого к эксперименту занимает от 30 минут до часа. В шапочке проделаны отверстия по количеству электродов, в которые вставлены пластмассовые колечки-держатели. До начала эксперимента лаборант подготавливает шапочку, а именно, вставляет каждый электрод в пластмассовые колечки на шапочке.

 

Рис. 3. Электроды

 

Каждый электрод состоит из металлического кольца на одном конце и штепселя на другом (Рис. 3). Металлическое кольцо обычно сделано из специального серебряного сплава (AgAgCl) и вставляется  в пластмассовое колечко-держатель на шапочке. Каждый электрод имеет свое обозначение и прикрепляется в строго определенное место на шапочке. Сопротивляемость электродов обычно устанавливается ниже 5 кW. Эксперименты на материале русского языка, о которых пойдет речь в разделе 6, проводились при помощи ВП системы Нейроскэн, которая используется для психолингвистических экспериментов, проводимых в институте Лингвистики университета Потсдама в Германии (руководители лаборатории профессора Даглас Сэдди, Маттиас Шлезевский и научный сотрудник Штефан Фриш) [31]. Дальнейшее описание методики ВП будет на примере этой системы.

 

Рис. 4. Топография 64 электродов

 

На Рис. 4 изображена типовая топография ВП системы с 64 электродами. Помимо 64 электродов на голове используются еще два референциальных электрода (не изображенных на Рис. 4) и четыре глазных электрода (EOGH и EOGV). Референциальные электроды, называемые мастоидными (mastoids), устанавливаются на черепные кости, расположенные непосредственно за мочками ушей (на иллюстрации 4 изображен в виде черного кружка рядом с левым ухом). Референциальные электроды являются точками отсчета: электроэнцефалограмма  вычисляется при помощи вычитания потенциалов, записанных на всех остальных точках головы, из потенциалов, записанных в точках отсчета. Четыре глазных электрода устанавливаются на лице, по одному у уголков глаз, и два на правый глаз, один сверху, другой снизу (см. Рис. 2). Глазные электроды записывают электроокулограмму (electrooculogram, EOG), т.е., вертикальные и горизонтальные движения глаз, которые впоследствии отфильтровываются.

Головные электроды делятся на несколько групп, в зависимости от их расположения: на левой или правой стороне головы и, соответственно, на левом или правом полушарии и в разных долях. Электроды левого полушария имеют нечетные номера 1-9, правого – четные номера 2-10, при этом номера возрастают от центра к периферии. В соответствии с долями электроды делятся на следующие группы:

А – передние доли (anterior)

P – задние доли (posterior)

Z – средняя линия (midline)

F – лобная  (frontal)

T – височная (temporal)

C – центральная (central)

P – теменная (parietal)

O – затылочная (occipital).

А и Р участвуют в обозначении только в комбинации с Z, F, Т и O. Так, электрод CZ располагается точно в самой середине головы, рядом с ним находится электрод заземления (на Рис. 4 не обозначен), T10 – височный электрод непосредственно над правым ухом, F3 – лобный электрод, расположенный посередине левой лобной доли, PO8 – затылочный электрод, находящийся сзади и в самом низу правого полушария. Количество электродов, задействованных в эксперименте, может варьироваться в каждом конкретном случае.

 

5.3. Процедура подготовки ВП эксперимента

 

Эксперимент проводится с каждым испытуемым индивидуально. Лаборатория, в которой размещается ВП система, обычно занимает отдельную комнату, часто без окон, отвечающую необходимым для экспериментальной методики требованиям (звукоизоляция, затемнение и т.п.). Перед началом эксперимента экспериментатор объясняет испытуемому условия и задачи эксперимента и предлагает ему внимательно прочитать форму, называемую «Согласие на участие в эксперименте» (consent form). Эта форма включает в себя несколько обязательных компонентов: кто проводит эксперимент, его цель, продолжительность, кто может принимать в нем участие, технические детали, компенсация за участие, наличие/отсутствие побочных эффектов, гарантия анонимности испытуемых и контактная информация. После того, как испытуемый ознакомился с данной формой и подписал ее, начинается подготовка к эксперименту. Сначала испытуемый заполняет анкету и подробно отвечает на вопросы о том, является ли он и ближайшие члены его семьи левшами или правшами. ВП данные, собранные от левшей в языковых экспериментах,  обычно не включаются в результаты эксперимента.

Установка электродов начинается с двух референциальных электродов и четырех глазных электродов. Сначала на металлические кольца электродов приклеивают липкие бумажные колечки, и уже при помощи этих колечек электроды крепятся непосредственно на лицо и заушные кости, при это кожу в точках установки электродов предварительно очищают специальным кремом. Затем при помощи пластмассового шприца с тупым и широким отверстием в центр металлического кольца электрода наносится гель, уменьшающий сопротивляемость электродов. В системе Neuroscan сопротивляемость представлена на мониторе компьютера для записи ВП (см. M на Рис. 1) в виде схемы топографического изображения электродов, как на иллюстрации 4, но без обозначений. Высокая начальная сопротивляемость каждого электрода обозначается розовым цветом, по мере того как сопротивляемость уменьшается и достигает желаемого уровня ниже 5 кW, цвет соответствующего электрода постепенно меняется до темно-синего. Как только референциальные и глазные электроды опустились до уровня желаемой сопротивляемости, можно приступать к процедуре надевания шапочки и установлению головных электродов.

Подготовленная шапочка со вставленными заранее электродами, подходящая испытуемому по размеру, надевается так, чтобы центральный электрод CZ находился точно в центре головы. Для того чтобы шапочка сидела на голове плотно и не смещалась в процессе проведения длительного эксперимента, она прикрепляется при помощи специальных эластичных резинок к эластичной ленте, которая надевается как пояс, но размещается под мышками. После закрепления шапочки начинается процедура подготовки точек соприкосновения электродов с кожей головы. Напомним, что в местах установки электродов на шапочке сделаны отверстия, открывающие доступ к коже головы через волосы. При помощи тонкой деревянной палочки экспериментатор разводит волосы в каждом отверстии тех электродов, которые будут задействованы в эксперименте. После этого эти точки смачиваются специальным спиртом, а потом наносится гель, уменьшающий сопротивляемость. Часто после нанесения геля электроды не сразу достигают рабочего состояния низкой сопротивляемости. Для того чтобы ускорить процесс, экспериментатор продолжает разносить гель внутри каждого электрода быстрыми круговыми движениями при помощи палочки с тампоном. Наконец, когда сопротивляемость всех головных электродов опустилась до желаемого уровня (все электроды поменяли цвет с розового на темно-синий), подключаются остальные компоненты ВП системы. Электроды другим концом подключаются к блоку подключения (К, Рис. 1), а тот передает поступающие ВП на блок усиления. Чтобы получить электроэнцефалограмму, блок усиления значительно усиливает волны, изначально слишком слабые для записи. Усиленные ВП обрабатываются специальной программой на базе персонального компьютера, которая их усредняет. А именно, в течение определенного времени после подачи сигнала производится вычисление амплитуд ВП через временные интервалы, зависящие от частоты квантования. Полученные данные запоминаются и суммируются. В результате чего амплитуда стабильно возникающих после стимула ВП неуклонно возрастает, а амплитуда ритмов спонтанной ЭЭГ в той же степени уменьшается. Таким образом отношение сигнала к "шуму" возрастает пропорционально квадратному корню из числа произведенных суммаций. Для получения истинных амплитуд ВП, амплитуда в каждой точке делится на число стимулов (усреднение).

Специальное программное обеспечение регистрирует на экране компьютера все электроды, задействованные в эксперименте. Каждый электрод обозначен своим номером и отдельным цветом; экспериментатор может контролировать запись ЭЭГ и менять параметры по своему усмотрению.

 

5.4. Процедура проведения ВП эксперимента

 

После установки электродов и включения программы, регистрирующей ВП, можно приступать к проведению самого эксперимента. Испытуемому объясняются необходимые детали: минимизировать непроизвольные мускульные движения, по возможности контролировать движения глаз и постараться не моргать во время чтения экспериментальных фрагментов. ВП, вызванные движениями головы, других частей тела, и в особенности, глаз и морганием, считаются артефактами, и обычно удаляются из ЭЭГ в процессе автоматического фильтрования после окончания эксперимента. Задача испытуемого — внимательно читать появляющиеся на экране компьютера (В, компьютер для подачи сигналов, Рис. 1) фрагменты предложения, которые будут быстро мелькать на экране и отвечать на контрольные вопросы. Скорость предъявления каждого фрагмента обычно колеблется в пределах 400-800 мсек, в зависимости от длины слов или фраз, а время между фрагментами установлено в размере 100 мсек (Рис. 5).

 

Подарил ли любящий брат верной жене кофту на свадьбу?—Кнопка «Нет»

Рис. 5. Представление экспериментального предложения.

 

Подача экспериментальных фрагментов на экран компьютера и запись ответов испытуемого, т.е. его поведенческие результаты (behavioral data) -- правильность ответов и время реакции --, контролируется программным обеспечением, отличным от программного обеспечения для усреднения и записи ВП. Многие пакеты, разработанные для психолингвистических экспериментов, например, ERTS [32], E-Prime[33], DMDX [34]  успешнo сочетаются с ВП программным обеспечением и используются для записи поведенческих результатов,  параллельно с записью самих ВП.  Протокол поведенческих результатов подается на экран дополнительного компьютера, расположенного рядом с компьютером-усреднителем (не изображен на Рис. 1). Интерфейсом обычно служит кнопочное устройство, одна кнопка для ответа «ДА», вторая для ответа «НЕТ».

Кресло испытуемого устанавливается на расстоянии 1 метра от экрана компьютера. Это расстояние, величина шрифта и представление экспериментальных предложений по фрагментам рассчитаны на то, чтобы минимизировать движения головы и глаз испытуемого. Затем испытуемый берет по одной кнопке в каждую руку, при этом кнопка «ДА» приписывается либо правой, либо левой руке в порядке чередования. Лаборатория затемняется, и начинаются два тренировочных блока (разминка). Во время разминки испытуемый читает 12 тренировочных предложений (см. Рис. 5) и отвечает на вопросы при помощи нажатия на кнопку «ДА» или «НЕТ». После каждого ответа программное обеспечение сообщает испытуемому, правильно ли он ответил на данный вопрос. После окончания первого блока экспериментатор комментирует поведение испытуемого: сумел ли он достаточно контролировать мигание, горизонтальние движение глаз, движения других частей тела, и процент правильных ответов. После этого тренировочный блок повторяется еще раз для того, чтобы добиться максимально идеальной процедуры проведения эксперимента.

Когда оба тренировочных блока закончены, устраивается пятиминутный перерыв, во время которого у испытуемого есть возможность задать дополнительные вопросы, касающиеся его поведения во время эксперимента, а экспериментатор может последний раз проверить готовность системы. После этого начинается сам эксперимент. Эксперимент состоит из определенного количества блоков, от четырех и более, обычно в зависимости от количества условий в экспериментальных предложениях. Считается, что при проведении ВП эксперимента испытуемый в среднем может активно проработать около часа при условии, что между блоками будет короткий перерыв для отдыха. Каждый блок обычно включает в себя в среднем 40 предложений. Существуют разные варианты компоновки блоков, с отвлекающими предложениями и без. В отличие от более традиционных экспериментов с использованием методики с саморегуляцией скорости чтения, в ВП экспериментах отвлекающие предложения могут вообще не использоваться. Более того, общепринятой практикой является возможность повторения каждого экспериментального предложения два, а иногда и более раз. В остальном соблюдаются стандартные правила разбивки предложений на блоки по условиям и их рандомизации [более подробно см. 35]. Представление блоков и предложений внутри блоков рандомизировано для каждого испытуемого, т.е. является уникальным для каждого участника эксперимента. Процедура рандомизации автоматически осуществляется программным обеспечением, контролирующим сбор поведенческих результатов в процессе проведения эксперимента.

Итак, испытуемый читает предложения в каждом из блоков в эскперименте и отвечает на контрольные вопросы, нажимая на соответствующую кнопку. Во время эсперимента программное обеспечение не сообщает испытуемому, правильно или неправильно он отвечает на вопросы. Обсуждение того, насколько участник эксперимента правильно отвечает на вопросы, происходит во время перерывов между экспериментальными блоками. В случае большого процента ошибок при ответе на контрольные вопросы после окончания эксперимента данные такого испытуемого выбрасываются из анализа, о чем и сообщается в разделе Обработка полученных данных.  Помимо сбора поведенческих данных (правильности ответов и времени реакции) в течение эксперимента при помощи компьютера-усреднителя идет запись вызванных потенциалов мозга. Экспериментатор полностью контролирует процедуру проведения эскперимента: запускает тренировочные и экспериментальные блоки, включает запись ВП, регулирует длину перерыва между блоками и сообщает испытуемому необходимую информацию о том, как протекает эксперимент.

После окончания эксперимента экспериментатор последовательно отключает все компоненты ВП системы и снимает с испытуемого электродную шапочку и глазные электроды. После этого испытуемому показывают ванную комнату, где он может вымыть голову и привести себя в порядок. Затем испытуемый получает деньги за участие в эксперименте, и с ним проводится краткая беседа о конкретной гипотезе, лежашей в основе эксперимента. Тем временем лаборант отсоединяет отключенные электроды от шапочки, промывает их и шапочку и вешает их сушиться. После просушки электроды снова вставляются на свои места в шапочке, и ее можно надевать на следующего участника эксперимента.

 

5.5. Обработка полученных данных

 

Обработка полученных данных состоит из двух независимых процедур: обработка поведенческих данных и ВП данных, причем обработка поведенческих данных всегда предшествует обработке ВП. По результатам правильности ответов на контрольные вопросы отфильтровываются испытуемые с количеством ошибок, превышающим 20%; принято считать, что такие испытуемые не проявили должного внимания и старания при прочтении экспериментальных предложений, а поэтому их данные, как поведенческие, так и ВП, не отражают реальной картины того, как происходит восприятие таких предложений. К счастью, отсев испытуемых по этому критерию обычно очень незначителен, один-два человека на эксперимент. Поведенческие данные оставшихся испытуемых анализируются при помощи одного из статистических пакетов (SPSS, SAS, StatView, Statistica и т.п.) на предмет выявления статистически значимых закономерностей для правильности ответов на контрольные вопросы и времени реакции при чтении экспериментальных предложений по фрагментам. Эти результаты являются второстепенными и обычно служат для сравнения с подобными данными, полученными в экспериментах, использовавших более традиционные методы и рассчитанных на сбор исключительно поведенческих результатов. Статистический пакет дает полный анализ правильности ответов на контрольные вопросы и времени реакции: есть ли разница в правильности и быстроте в зависимости от условия, и если есть, является ли разница статистически значимой. При этом в качестве главного статистического теста используется дисперсионный анализ (analysis of variance), так как психолингвистические эксперименты обычно имеют несколько уровней категориальной независимой переменной, например, типы экспериментальных предложений.

Второй процедурой обработки полученных в результате эксперимента данных является статистический анализ вызванных потенциалов мозга. Однако прежде чем записанные ВП поступают на вход статистического пакета, они проходят две процедуры фильтрации. Первая фильтрация ВП данных осуществляется автоматически: программа обработки ВП сканирует ЭЭГ, записанную от каждого испытуемого, помечает и затем выбрасывает те фрагменты, где находит большие пики, связанные с движениями глаз и головы испытуемого. Во время второй фильтрации экспериментатор работает с ВП данными, оставшимися после автоматического сканирования, и вручную помечает и выбрасывает те фрагменты, где имеются пики постороннего характера, оставшиеся незамеченными в процессе автоматической фильтрации. Процент выброшенных ВП фрагментов колеблется от испытуемого к испытуемому и от условий, в которых происходил эксперимент (например, при повышенной температуре в лаборатории часто наблюдается систематические сдвиги волн), и иногда может достигать трети всех ВП результатов. После окончания процедур автоматического и ручного фильтрования программа выдает обобщенные данные о том, какое количество ВП осталось для каждого испытуемого с разбивкой по экспериментальным условиям.

 

 

6. Исследование проблемы порядка слов в экспериментальной психолингвистике

 

6.1. Проблема порядка слов в теоретической лингвистике

 

Экспериментальные исследования в рамках формальной психолингвистики, посвященные проблеме свободного порядка слов в разных языках, начали появляться в середине 1990-х гг., после того как эта проблема привлекла к себе пристальное внимание теоретиков-лингвистов. В среде генеративной грамматики проблема порядка слов получила название Скрэмблинга (Scrambling) [36]. Было выдвинуто две интерпретации Скрэмблинга. Хомский [37] предложил рассматривать предложенния с неканоническим порядком слов как результат передвижения непосредственной составляющей из позиции, в которой она стояла в глубинной структуре предложения, в какую-то другую позицию в поверхностной структуре предложения. Так, например, в английском вопросительном предложении (2) именная группа what song«какую песню» передвигается из канонической позиции прямого дополнения в начало предложения, оставляя за собой пустую категорию, называемую пропуском. Эта операция получила названиеa‑Перемещение [38; 39]:

 

(2)        [What song]₁ did the children perform _____₁      at the concert?

              Какую песню   дети           исполнили           на концерте

 

Применяя операцию a‑Перемещения в предложениях со Скрэмблингом, можно получать предложения со свободным порядком слов, как это проиллюстрировано на примере немецкого языка в примере (3):

 

(3)        Vielleicht   will     [den Physiker]₁ der Peter _____₁ überlisten.

            Возможно хочет врача               Петер                  перехитрить

 

Идея о том, что Скрэмблинг получается в результате перемещения соответствующей именной группы и является видом Wh-Перемещения, нашла широкую поддержку среди специалистов, занимающихся синтаксисом самых разных языков [40; 41; 42; 43]. Однако другие исследователи выдвинули альтернативную теорию: предложения со свободным порядком слов порождаются непосредственно, как они есть, с соответствующей именной группой в начале предложения и не являются результатом перемещения [44; 45; 46]. При этом и та, и другая идея пока не получили неопровержимых доказательств в свою пользу. Такое неопределенное состояние дел в теоретической лингвистике дало толчок к поиску эмпирических аргументов в пользу первой или второй теории. Предыдущий опыт показывает (как, например, в споре по поводу пустых категорий), что психолингвистические результаты могут представлять собой как раз тот недостающий аргумент в пользу того или иного тепретического осмысления лингвистической проблемы. 

 

6.2. Использование ВП метода при решении проблемы порядка слов

 

Первые психолингвистические эксперименты, посвященные Скрэмблингу, опирались на традиционные методы, в результате которых собираются поведенческие данные, а именно, опросники, чтение с саморегуляцией скорости и многомодальное зондирование [47]. Особенное распространение получили такие эксперименты среди немецких психолингвистов, для которых проблема Скрэмблинга являлась одним из ведущих направлений во многих областях лингвистики, как теоретической (систаксис), так и прикладной (машинный перевод, онтолингвистика). Несколько групп немецких исследователей в разных университетах [48; 49] показали, что многозначные вопросительные предложения в немецком языке обычно интерпретируются испытуемыми как wh-SOV, a не wh-OSV, и более обобщенно, предложения с каноническим порядком слов SOV прочитываются быстрее, чем предложения со Скрэмблингом.  Подобные результаты считаются аргументом в пользу теории когнитивной нагрузки в процессе понимания [50]. Фэдерстон и его коллеги [51; 52] провели серию экспериментов, используя метод многомодального зондирования,  и обнаружили, что время реакции испытуемых на слово-зонд, семантически связанное с передвинутой именной группой, в месте пропуска было значительно меньше, чем в контрольных предложениях. Они сделали вывод, что эти результаты подтверждают теорию Скрэмблинга как перемещения, по крайней мере, для немецкого языка.  

Следует заметить, однако, что если на чтение вопросительных предложений и предложений со свободным порядком слов уходит больше времени, чем на чтение предложений с прямым порядком слов, то можно делать вывод только о том, что оба вида предложений связаны с когнитивной нагрузкой, но нельзя установить, вызвана ли эта нагрузка одними и теми же факторами. Фридеричи, Шлезевский и Фибах [53] предложили использовать именно метод ВП для более детального и определенного решения вопроса о том, какие процессы лежат в основе порождения вопросительных предложений и предложений со Скрэмблингом.

Фридеричи, Шлезевский и Фибах провели три ВП эксперимента на материале немецкого языка. Для первого эксперимента они выбрали два вида вопросительных предложений, в которых вопросительное слово было либо подлежащим (wer «кто»), либо прямым дополнением (wen «кого»). Кроме того, вопросительное слово отделялось от своего пропуска после глагола либо одним обстоятельством места, либо двумя, т.е, расстояние между заполнителем и пропуском тоже являлось экспериментальным фактором. Результаты энцефалограммы ВП 22 немецкоговорящих испытуемых показали, что вопросительные предложения с прямым дополнением, отделенным от своего пропуска двумя обстоятельствами и глаголом, характеризуются длительной левой негативностью на лобных электродах. В трех других типах экспериментальных вопросительных предложений этот компонент отсутствовал. Был сделан вывод, что длительная левая негативность вызвана нагрузкой на рабочую память, когда возникает необходимость длительно удерживать в памяти заполнитель. Во втором эксперименте были использованы сложные предложения с определительными либо изъяснительными придаточными, при этом определительные придаточные относились либо к подлежащему, либо к прямому дополнению, а изъяснительные придаточные были либо с прямым (подлежащее—прямое дополнение) либо с обратным (прямое дополнение—подлежащее) порядком слов. Важно отметить принципиальную разницу между определительными и изъяснительными предложениями: оба типа определительных придаточных содержат перемещенную непосредственную составляющую, а в изъяснительных перемещение именной группы имеет место только в предложениях с обратным порядком слов (4а). Таким образом, предложения типа (4а) содержат Скрэмблинг, а (4б) нет.

 

(4)        а. Er wusste,     daß       [die       Professorinnen]₁ die       Studentin ____₁ gesucht hat.

                Он знал                    что       профессоров                студент            искал

            б.  Das sind      die        Professorinnen, die        die        Studentin          gesucht hat.

                 Это есть      профессора                  которых           студент            искал

 

Анализ вспомогательного глагола hat       характеризовался наличием поздней позитивности, однако эта позитивность по своим характеристикам была различной для этих двух типов предложений. Исследователи предположили, что разница эта связана с тем, что эти два типа предложений различаются по характеру операции перемещения: Скрэмблинг в (4а), но Wh-перемещение в (4б).

Третий эксперимент был непосредственно направлен на то, чтобы выявить компоненты, характеризующие Скрэмблинг как таковой. В качестве экспериментальных предложений были выбраны два типа: предложения с перемещенной лексической именной группой (dem Jäger «охотнику») (5а) и предложения с перемещенным личным местоимением (ihm «ему») (5б).

 

(5)        a. Dann hat       dem Jäger         der Lehrer         den Roman       gegeben.

                затем            охотнику          учитель            роман               дал

1. Dann hat ihm       der Lehrer         den Roman       gegeben.

                Затем           ему      учитель            роман               дал      

 

Артикль в дательном падеже вызвал негативность на разных электродах в (5а), но такая негативность не наблюдалась в предложениях с местоимением. При сравнении же артикля с местоимением и существительным (вне зависимости от наличия или отсутствия Скрэмблинга в предложении) обнаружилось, что энцефалограмма в этом месте характеризовалась наличием поздней позитивности. Таким образом, был сделан вывод, что Скрэмблинг в немецком языке характеризуется наличием двух компонентов: левая передняя негативность, за которой следует поздняя позитивность. Недавний ВП эксперимент на материале японского языка, в котором использовались вопросительные предложения и предложения со Скрэмблингом, тоже показал двухмодальное распределение негативности-позитивности для Скрэмблинга [55]: длительная передняя негативность была обнаружена на участке предложения между заполнителем и пропуском, а затем более локализованная левая передняя негативность в позиции перед пропуском, переходящая дальше в позднюю позитивность. Итак, обрисовывается исходная гипотеза: предложения с заполнителем/пропуском вызывают универсальную электрическую активность мозга, при этом приндалежность языка к конкретной языковой семье, ограничения на порядок слов и орфография значения не имеют. Русский ВП эксперимент, описанный ниже, является попыткой эмпирической проверки этой гипотезы на материале русского языка.

     

 

7. Использование ВП метода при решении проблемы порядка слов

в русском языке

 

В заключительном разделе описывается ВП эксперимент на материале русского языка, проведенный летом 2001 года. Эксперимент был осуществлен в Институте лингвистики при университете Потсдама (Германия) и представлял собой совместный научный проект, в котором приняли участие автор данной статьи и немецкие коллеги: Штефан Фриш, Маттиас Шлезевский и Даглас Сэдди. Опираясь на имеющиеся данные результатов ВП экспериментов на материале немецкого и японского языков, мы поставили себе задачу сравнить процесс понимания предложений со свободным порядком слов в немецком и русском языках. Эксперимент был спланирован для проверки гипотезы о том, что свободный порядок слов в русском языке будет сопряжен с нагрузкой на рабочую память и должен вызвать двухмодальное распределение негативности-позитивности. Гипотеза также содержала утверждение, что характер, амплитуда и топография этих компонентов относительно универсальны и поэтому должны возникать в процессе понимания предложений со свободным порядком слов во всех языках, где это возможно. Таким образом, ожидалось, что результаты русского ВП эксперимента будут сходными с результатами немецкого.

 

7.1. Испытуемые

 

Испытуемые для данного эксперимента набирались среди русскоязычных взрослых, проживающих в Потсдаме и Берлине. Возраст участников был ограничен от 18 до 35 лет. В зависимости от уровня знания немецкого языка испытуемые распределились на три группы: только русский язык (новоприбывшие), немецкий язык как второй (несбалансированное двуязычие) и немецкий и русский в равной степени (сбалансированное двуязычие). Двадцать девять человек приняли участие в эксперименте, из них 16 мужчин и 13 женщин; все участники были правшами. Семь человк говорили только по-русски, 14 были отнесены к группе несбалансированного двуязычия, и восемь к группе сбалансированного двуязычия. Средний возраст участников составил 25 лет. Все испытуемые добровольно выразили желание принять участие в эксперименте и получили за это денежную компенсацию. В среднем каждый испытуемый провел в ВП лаборатории три часа, включая время на подготовку, проведение и приведение себя в порядок после эксперимента. 

 

7.2. Метод

 

Каждое экспериментальное предложение было представлено в четырех видах, которые и составили четыре экспериментальных условия. Во-первых, предложение было либо повествовательным, либо вопросительным; во-вторых, в нем было либо прямой (прямое дополнение перед глаголом) либо обратный порядок слов (прямое дополнение вынесено в позицию начала предложения). Все четыре вида представлены в Таблице 1.

 

 

Таблица 1. Пример экспериментального предложения

 

(6) а.	СПП	Любящий муж верной жене шелковую кофту подарил на годовщину свадьбы.
б.	СОП	Шелковую кофту любящий муж верной жене подарил ___ на годовщину свадьбы..
в.	ВПП	Какой муж верной жене шелковую кофту подарил на годовщину свадьбы?
г.	ВОП	Какую кофту любящий муж верной жене подарил ___ на годовщину свадьбы?

 

Условия в Таблице 1 закодированы следующим образом: С – предложения со Скрэмблингом, В – вопросительные предложения, ПП – прямой порядок слов, ОП – перемещение прямого дополнения (обратный порядок слов). Таким образом, был применен факторный план 2х2: тип предложения (со Скрэмблингом и вопросительное) и порядок слов (прямой, без перемещения, и обратный, с перемещение прямого дополнения). Надо отметить, что в примере (6) есть еще один дополнительный фактор, связанный с порядком слов. Оба дополнения находятся в позиции, предшествующей глаголу, что не является канонической позицией дополнения в русском языке. Однако эта манипуляция была произведена во всех условиях и, таким образом, постоянно присутствовала во всех предложениях. Это было необходимо по двум причинам: во-первых, для того, чтобы увеличить расстояние между заполнителем и пропуском, и, во-вторых, для того, чтобы можно было напрямую сравнивать русские предложения с немецкими.

Для эскперимента было подготовлено 20 предложений типа (6), каждое предложение было представлено в четырех условиях. В течение эксперимента каждое конкретное предложение в конкретном условии встретилось дважды. Это 80 предложений были дополнены 40 отвлекающими предложениями. Таким образом, каждый испытуемый прочитал в течение эксперимента 240 предложений. Эти 240 предложений были разбиты на шесть блоков по 40 предложений в каждом. Порядок появления каждого конкретного предложения в каждом конкретном условии, а также порядок появления блоков, были рандомизированы и, соответственно, были разными для каждого участника эксперимента. Предложения были представлены на экране компьютера для представления стимулов (см. Рис. 1) пофразно, т.е., предложение (6а) было разбито на фрагменты следующим образом: Любящий муж / верной жене / шелковую кофту / подарил / на годовщину свадьбы./ (см. Иллюстрацию 5). Вслед за предложением на экране появлялся контрольный вопрос: Подарил ли любящий брат верной жене кофту на свадьбу? (правильный ответ «Нет»). Задача испытуемых заключалась в том, чтобы внимательно читать предложения по фрагментам и быстро и правильно отвечать на контрольные вопросы при помощи нажатия на кнопку «Да» или «Нет».

Процедура проведения данного эксперимента была подробно описана в разделе 5. Была использована ВП система компании Нейроскэн и 64-электродная шапочка со снимающимися электродами (см. Иллюстрацию 2Б). При проведении эксперимента были задействованы только 20 электродов в следующей конфигурации (см. Иллюстрацию 4): средняя линия (FZ, FCZ, CZ, CPZ, PZ, POZ), лобные (F3, F4, F7,F8), лобно-центральные (FC5, FC6), центральные (C3, C4), центрально-теменные (CP5, CP6), и теменные (P3, P4, P7, P8).

 

 

7.3. Результаты

 

Поведенческие данные, полученные от 29 ипытуемых, были обработаны в соответствии с процедурами, описанными в разделе 5. Двое испытуемых были исключены из анализа на этапе обработки поведенческих данных, один из-за низкого процента правильности ответов, другой из-за неполадок в оборудовании. Еще семь человек были исключены на этапе обработки ВП данных, так как большой процент их энцефалограмм содержал артефакты, т.е., движения глаз и головы, затрудняющие выявление электрической активности мозга, относящейся к экспериментальным предложениям. Таким образом, результаты эксперимента базируются на данных 20 испытуемых.

Поведенческие данные состоят из двух компонентов: правильности ответа на контрольный вопрос и времени реакции при ответе на вопрос. Однако делать выводы на основании этих данных нужно с осторожностью, так как они получены при ответах на контрольные вопросы, а не непосредственно при чтении предложений и поэтому только косвенно характеризуют процесс понимания интересующих нас предложений. В Таблице 2 приведены поведенческие данные для всех четырех условий эксперимента.

 

Таблица 2. Правильность ответа на вопрос и время реакции как функция типа предложения и порядка слов

 

	Предложения со Скрэмблингом		Вопросительные предложения
	СПП	СОП	ВПП	ВОП
Правильность (%)	92.8	89.1*	91.6	90.8
Время реакции (мс)	2091	2052	2045	2053

 

Как видно из данных, демонстрирующих правильность ответа на контрольные вопросы, испытуемые одинаково правильно отвечали на вопросы после вопросительных предложений, но сделали больше ошибок про ответе на вопросы после предложений со Скрэмблингом с обратным порядоком слов. Разница 3.7% в правильности оказалась статистически значимой, F(1,19)=5.59, p<.05. Однако время реакции при ответе на вопрос не отличались в зависимости от условий, т.е., испытуемые со статистически одинаковой скоростью отвечали на вопросы после любого предложения, F<1.

Обратимся теперь к анализу ВП данных. Для анализа были отобраны только те предложения, на которые испытуемые ответили правильно, т.е., в среднем около 10% предложений, в которых были сделаны ошибки при ответе на контрольный вопрос, были исключены из анализа. Оставшиеся 90% поступили на этап автоматической и ручной фильтрации данных. Результаты ВП данных были проанализированы для каждого из четырех фрагментов предложения отдельно, как это схематически представлено в Таблице 3: ИГ1 (подлежащее/прямое дополнение), ИГ2 (косвенное дополнение/подлежащее), ИГ3 (прямое дополнение/косвенное дополнение).

 

Таблица 3. Фрагменты предложения при ВП анализе

 

	ИГ1	ИГ2	ИГ3	Глагол
Прямой порядок	прил.+муж	прил.+жене	прил.+кофту	подарил
Обратный порядок	прил.+кофту	прил.+муж	прил.+жене	подарил

 

 

ИГ1. На Рис. 6 приведены ВП результаты при сравнении в позиции ИГ1.

 

 

негативность

 

 

Рис. 6. ВП, выявленные при анализе ИГ1 в русском ВП эксперименте.

 

Каким образом интерпретируются ВП результаты, представленные на Иллюстрации 6? На левом рисунке изображены данные для предложений со Скрэмблингом (Scrambling conditions), на правом – для вопросительных предложений (WH-conditions). На каждом из рисунков представлены три компонента: конкретные электроды (в данном случае только один, CPZ – центрально-теменной электрод средней линии), амплитуда ВП, схематически представленная на голове в виде регионов разного цвета и условные обозначения для расшифровки. Цветовая гамма амплитуды варьируется от светло-розового до темно-синего, обозначая полярность и интенсивность потенциала: розовый цвет – негативность, синий цвет – позитивность, μV сопротивление в миктовольтах. Ниже представлены координаты, по оси Yмикровольты, по оси Х временные интервалы. Следует обратить особое внимание на то, что в отличие от математической традиции в ВП исследованиях негативность обозначена над осью Х (сверху) , а позитивность – под осью Х (внизу). Пересечение осей (0 мсек) означает начало конкретного фрагмента предложения, в нашем случае это начало ИГ1. Первый штрих на оси Х равняется 500 мсек от начала ИГ1, второй – 1000 мсек, третий – 1500 мсек. Длительность представления ИГ1 (и двух других ИГ) во время эксперимента составляла 800 мсек, таким образом, начало ИГ2 приходится на небольшое расстояние слева от второго штриха. Справа от координат представлены условные обозначения для изображения ВП, записанных для предложений с прямым порядком слов, непрерывная темная линия (NOM, ИГ1 в именительном падеже) и для предложений с обратным порядком слов, прерывистая более светлая линия (ACC, ИГ2 в винительном падеже).

Хорошо видно, что на левом рисунке (предложения со Скрэмблингом) обе линии ВП практически совпадают и, таким образом, друг от друга не отличаются, т.е., ВП, записанные для предложений с прямым и обратным порядком слов, являются одинаковыми. Однако на правом рисунке (вопросительные предложения) линии ВП для двух порядков слов значительно отличаются друг от друга, а именно, вопросительные предложения с обратным порядком слов (какую кофту) вызвали негативность (прерывистая линия находится выше), начало которой приходится на примерно 300 мсек от начала ИГ1. Эта разница, т.е., наличие компонента негативности для вопросительных предложений с обратным порядком слов и его отсутствие для вопросительных предложений с прямым порядком слов (какой муж) является статистически значимой для группы электродов, включающих в себя помимо CPZ другие электроды средней линии и левые лобные электроды. Таким образом, вопросительные предложения вызывают негативность в русском языке, а предложения со Скрэмблингом нет.

ИГ2. На Рис. 7 приведены ВП результаты при сравнении в позиции ИГ2.

 

 

позитивность

 

 

Рис. 7. ВП, выявленные при анализе ИГ2 в русском ВП эксперименте.

 

При анализе ВП в позиции ИГ2 мы опять видим разницу между предложениями со Скрэмблингом и вопросительными предложениями, однако разница эта другого характера. В этой позиции противопоставлялись косвенное дополнение (верной жене) и подлежащее (любящий муж) (см. Таблицу 3). Порядок слов не вызвал разницу в ВП для предложений со Скрэмблингом: обе линии на левом рисунке не отличаются друг от друга. Однако в вопросительных предложениях предложения с обратным порядком слов характеризуются позитивностью, начало которой приходится на примерно 500 мсек от начала ИГ2.

ИГ3 и глагол. Никаких значимых ВП эффектов не было обнаружено в позиции ИГ3. В позиции глагола (подарил) была опять выявлена негативность, связанная с порядком слов и опять только для вопросительных предложений. Вопросительные предложения с обратным порядком слов характеризовались негативностью в районе 400 мсек от начала глагола. Эта негативность было особенно ярко выражена на теменных электродах, в частности, на PZ, теменном электроде средней линии. Таким образом, был обнаружен главный эффект порядка слов в вопросительных предложениях: F(1,19)=4.84, p<.05. Этот главный эффект был статистически незначимым для предложений со Скрэмблингом.

 

7.4. Интерпретация результатов

 

Какие выводы можно сделать на основании полученных результатов в ВП эксперименте на материале русского языка? Напомним, что наша исходная гипотеза заключалась в том, что свободный порядок слов в русском языке будет сопряжен с нагрузкой на рабочую память и должен вызвать двухмодальное распределение негативности-позитивности. И далее, что характер, амплитуда и топография этих компонентов в русском языке будут сходными с характеристиками компонентов, выявленных в немецком и японском языках, что позволило бы сделать вывод об их потенциальной универсальности.  По результатам русского ВП эксперимента мы приходим к заключению, что мы должны оценить исходную гипотезу для каждого вида предложений в русском языке отдельно.

Обратимсся сначала к вопросительным предложениях. Мы нашли подтверждение гипотезе о нагрузке на рабочую память для вопросительных предложений со свободном порядком слов, так как было выявлено двухмодальное распределение негативности-позитивности. Как только аппарат понимания предложения начинает обрабатывать ИГ1 (какую кофту), наличие вопросительного слова какую в винительном падеже требует построения такого начального синтаксического представления предложения, в котором эта ИГ является вопросительным заполнителем, оказавшимся в начальной позиции в результате перемещения. Необходимость хранения этой ИГ в памяти сопряжена с нагрузкой на рабочую память и, соответствено, с дополнительной электрической активностью мозга, которая напоминает N400 и находит свое выражение в виде негативности на электродах центральной линии. Именно такие параметры характеризовали и перемещенное прямое дополнение и в немецком языке [54]. К этому моменту частичное синтаксическое представление предложения Какую кофту любящий муж верной жене подарил на годовщину свадьбы? содержит перемещенное дополнение в качестве адъюнкта (adjoined to ) Инфлекционной группы (IP) и его ожидаемый след (7а):

 

(7) a.    [_IP [_NP какую кофту]₁ …] … t₁ …

      б.   [_IP [_NP какую кофту]₁ [_I ' [_NP любящий муж] [_I …] …] [_VP … t₁ …]

 

Когда на этап обработки поступает ИГ2 (любящий муж), которая стоит в именительном падеже, она подставляется в позицию подлежащего в составе Инфлекционной группы (7б), и устанавливается анафорческая связь между перемещенным прямым дополнением (заполнителем)  и его следом (пропуском), что позволяет их интегриривать в единую цепочку. Процесс интеграции перемещенной ИГ и ее следа находит свое отражение в позитивности, которая представляет собой Р600. И опять именно такой эффект был обнаружен и в немецком языке. Таким образом, можно сделать вывод о том, что вопросительные предложения в русском языке действительно являются конструкцией с заполнителем/пропуском, то есть, представляют собой продукт операции синтаксического перемещения с соответствующией для подобной операции электрической актвностью мозга.

Какие выводы можно сделать при сравнении ВП результатов для вопросительных предложений с ВП результатами для предложений со Скрэмблингом? Очевидно, что для этих предложений мы должны отказаться от исходной гипотезы и сделать вывод о том, что предложения со Скрэмблингом в русском языке принципиально отличаются от вопросительных предложений. Электрическая активность мозга в предложениях с прямым дополнением в начале предложения (Шелковую кофту любящий муж верной жене подарил на годовщину свадьбы) не подтвердила наличие нагрузки на рабочую память: ИГ1 в винительном падеже (шелковую кофту) не вызвала негативности по сравнению с ИГ1 в именительном падеже (любящий муж). Параллельный вывод приходится сделать и по поводу интергационного компонента Р600: ИГ2 в предложении с прямым порядком слов ничем не отличалась от ИГ2 в предложении со Скрэмблингом. Остается предположить, что процесс построения синтаксического представления предложений со Скрэмблингом не требует постулирования конструкции с заполнителем/ пропуском, как это проиллюстрировано для вопросительных предложений в (7) и, соответственно, не вызывает нагрузки на рабочую память. Поиск более определенного ответа на вопрос, порождаются ли предложения со Скрэмблингом непосредственно так, как они есть, без синтаксического перемещения, представляет собой задачу скорее теоретического синтаксиса, чем экспериментальной психолингвистики.

 

 

8. Заключение

 

Запись вызванных потенциалов мозга представляет собой исключительно многообещающий метод в области экспериментальной психолингвистики. Его непосредственно операционный характер, позволяющий наблюдать реакцию мозга при восприятии и понимании языка, и высокая временная разрешающая способность позволяют детально анализировать языковые явления любого характера, начиная от процесса распознавания звуков речи и кончая процессом текстовой интеграции в дискурсе. Метод достаточно универсален, гибок и безвреден, что позволяет применять его для исследования языковых процессов с разными категориями испытуемых, как с нормальными взрослыми и детьми, так и со взрослыми-афазиками и детьми с общим недоразвитием речи и дислексией. Несмотря на относительно высокие затраты на необходимое первоначальное оборудование ВП лаборатории, в дальнейшем метод достаточно экономичен и позволяет поддерживать относительно высокий уровень загруженности лаборатории. Производители ВП оборудования постоянно совершенствуют ВП системы и обеспечивают техническую поддержку как самого оборудования, так и необходимого программного обеспечения  для обработки ВП данных, что дает возможность многим западным университетам открывать лаборатории для экспериментальных исследований научного характера. Наличие большого количества активно работающих ВП лабораторий как в Европе, так и в США, создают благоприятную почву для подготовки студентов-ассистентов и аспирантов, которые впоследствии могут эффективно участвовать как в работе существующих лабораторий, так и в дальнейшем  организовывать  собственные лаборатории. Прямая связь языковых исследований при помощи ВП метода с набирающей популярность нейронаукой позволяет искать точки соприкосновения интересов в научных отраслях, смежных с лингвистикой, а именно, с компьютерной наукой, экспериментальной психологией и прикладными медицинскими исследованиями. Многие научные журналы из этих смежных наук с готовностью печатают статьи, в которых языковые экспериментальные данные были собраны при помощи ВП метода. Всевозрастающий общий интерес в психолингвистике к исследованию разных языков привлекает к себе внимание и специалистов в области применения ВП метода, расширяя тем самым его возможности вносить свою лепту в психолингвистическую теорию и практику.

Исследование процессов восприятия на материале русского языка пока еще остается вопросом будущего. Тем не менее, многие интересные грамматические особенности русского языка, которые можно успешно исследовать с помощью метода ВП, могут пролить свет на ряд актуальных вопросов в экспериментальной психолингвистике. В частности, особенности падежной системы дают возможность исследовать ВП мозга при противопоставлении подлежащих и косвенных дополнений в дательном падеже. Интересными вопросами для будущих ВП исследований остаются грамматический род, именные сказуемые в творительном падеже, межсентенциальная анафора и многие другие синтаксические явления в русском языке, статус которых активно дебатируется в теоретическом славянском синтаксисе и психолингвистике.

Литература

 

[1] Kutas, M., and Dale, A. (1997). “Electrical and magnetic readings of mental functions.” In Rugg, M.D. (Ed.), Cognitive Neuroscience. 197-242. Hove, East Sussex: Psychology Press.

[2] Kutas, M., Fedemeier, K.D., and Sereno, M.I. (1999). “Current approaches to mapping language in electromagnetic space.” In Brown, C.M. and Hagoort, P. (Eds)., The Neuroscience of Language. 359-392. Oxford: Oxford University Press.

[3] Kutas, M. and Van Petten, C.K. (1994). “Psycholinguistics electrified: Event-related brain potential investigations.” In Gernsbacher, M.A. (Ed.), Handbook of Psycholinguistics. 83-143.San Diego: Academic Press, Inc.

[4] Osterhout, L. (1994). “Event-related brain potentials as tools for comprehending language comprehension.” In Clifton, C., Frazier, L., and Rayner, K. (Eds)., Perspectives on sentence processing. 15-44. Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum Associates, Inc.

[5] Osterhout, L. and Holcomb, P.J. (1995). “Event-related potentials and language comprehension.” In Rugg, M.D. and Coles, M.G.H. (Eds.), Electrophysiology of mind: Event-related brain potentials and cognition. Vol. 25.171-215. Oxford: Oxford University Press.

[6] Schendan, H.E., Ganis, G., and Kutas, M. (1998). “Neurophysiological evidence for visual perceptual categorization of words and faces within 150 ms.” Psychophysiology 37, 473-484.

[7] King, J.W. and Kutas, M. (1998b). “Neural plasticity in the dynamics of brain of human visual word recognition”. Neuroscience Letters 244(2), 61-64.

[8] Osterhout, L., Bersick, M., and McKinnon, R. (1997). “Brain potentials elicited by words: Word length and frequency predict the latency of an early negativity.” Biological Psychology 46(2), 143-168.

[9] Van Petten, C. and Kutas, M. (1991). “Influences of semantic and syntactic context in open- and closed-class words”. Memory and Cognition 19(1), 95-112.

[10] King, J.W. and Kutas, M. (1998a). “He really is a nurse: ERPs and anaphoric coreference”. Psychophysiology 35 (Supplement 1), S47.

[11] Osterhout, L. and Holcomb, P.J. (1992). ‘Event-related brain potentials elicited by syntactic anomality”. Journal of Memory and Language 31(6), 785-806.

[12] Hagoort, P., Brown, C. and Groothusen, J. (1993). “The syntactic positive shift (SPS) as an ERP measure of syntactic processing”. Special Issue: event-related brain potentials in the study of language. Language and Cognitive Processes8(4), 439-483.

[13] Coulson, S., King, J. W., and Kutas, M. (1998). “Expect the unexpected: Event-related brain response to morphosyntactic violations”. Language and Cognitive Processes 13(1), 21-58.

[14] Friederici, A. D., Steinhauer, K., Mecklinger, A. and Meyer, M. (1998). “Working memory constraints on syntactic ambiguity resolution as revealed by electrical brain responses”. Biological Psychology 47(3), 193-221.

[15] King, J. W. and Kutas, M. (1995). Who did what and when? Using word- and clause-level ERPs to monitor working memory usage in reading. Journal of Cognitive Neuroscience 7(3), 376-395. 

[16] Kluender, R. and Kutas, M. (1993). “Bridging the gap: Evidence from ERPs on the processing of unbounded dependencies.” Journal of Cognitive Neuroscience 5(2), 196-214.

[17] Carpenter, P. A. and Just, M. A. (1989). “The role of working memory in language comprehension”. In Klahr, D. and Kotovsky, K. (Eds.), Complex information processing: The impact of Herbert A. Simon. 31-68. Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum Associates, Inc.

[18] Holcomb, P. J. and Neville, H. J. (1990). “Auditory and visual semantic priming in lexical decision: A comparison using event-related brain potentials.” Language and Cognitive Processes 5(4), 281-312.

[19] Nigam, A., Hoffman, j. E., and Simons, R. F. (1992). “N400 to semantically anomalous pictures and words”. Journal of Cognitive Neuroscience 4(1), 15-22.

[20] Barrett, S. E. and Rugg, M. D. (1989). “Event-related potentials and the semantic matching of faces”. Neuropsychologia 27(7), 913-922.

[21] Van Petten, C. and Rheinfelder, H. (1995). “Cоnceptual relationships between spoken words and environmental sounds: Event-related potential measures”. Neuropsychologia 33(4), 485-508.

[22] Iragui, V., Kutas, M., Mitchiner, M. R., Hillyard, S. A. (1993). “Effects of aging on event-related potentials and reaction times in an auditory oddball task”. Psychophysiology 30(1), 10-22.

[23] Rugg, M. D. and Barrett, S. E. (1987). “Event-related potentials and the interaction between orthographic and phonological information in a rhyme-judgment task”. Brain and Language 32(2), 336-361.

[24] Kutas, M. and Hillyard, S. A. (1984). “Brain potentials during reading reflect word expectancy and semantic association”. Nature 307(5947), 161-163.

[25] van Berkum, J.J., Hagoort, P., and Brown, C. M. (1999). “Semantic integratio in sentences and discourse: Evidence from the N400”. Journal of Cognitive Neuroscience 11(6), 657-671.

[26] Van Petten, C. (1995). “Words and sentences: Event-related brain potential measures”. Psychophysiology 32(6), 511-525.

[27] Swaab, T., Brown, C., and Hagoort, P. (1997). “Spoken sentence comprehension in aphasia: Event-related potentials evidence for a lexical integration deficit”. Journal of Cognitive Neuroscience 9(1), 39-66.

[28] Federmeier, K. D. and Kutas, M. (1999). “A rose by any other name: Long-term memory  structure and sentence processing”. Journal of Memory and Cognition 41(4), 83-105.

[29] http://www.neuro.com/neuroscan/index.htm

[30] http://www.egi.com/index.html

[31] http:// postdam

[32] http://www.erts.de

[33] http://www.pstnet.com/E-Prime/default.htm

[34] http://www.u.arizona.edu/~kforster/dmastr/dm_dmtg.htm

[35] Солсо, Р., Джонсон, Х., и Бил, К. (2001). Экспериментальная психология. Практический курс. 7 издание. Санкт-Петербург: Прайм-Еврознак, Издательский дом Нева.

[36] Ross, J. (1967). Constraints on Variables in Syntax.  Doctoral Dissertation, M.I.T., Cambridge, Mass.

[37] Chomsky, N. (1986). Barriers. The M.I.T. Press, Cambridge, Mass.

[38] Казенин, К. И. И Тестелец, Я. Г. (1998). Исследование синтаксических ограничений в генеративной грамматике. Кибрик, А. А., Кобозева, И. М. И Секерина И. А. (Ред.), Фундаментальные направления современной американской лингвистики. 58-109. Москва: Издательство МГУ.

[39] Кондрашова Н. Ю. (1998). Генеративная грамматика и проблема свободного порядка слов в русском языке. Кибрик, А. А., Кобозева, И. М. И Секерина И. А. (Ред.), Фундаментальные направления современной американской лингвистики. 110-141. Москва: Издательство МГУ.

[40] Saito, M. (1985) Some Asymmetries in Japanese and Their Theoretical Implications.  Doctoral Dissertation. M.I.T.,  Cambridge, Mass.

[41] Mahajan, A. (1994). Toward A Unified Theory of Scrambling. In Corver, N. and van Riemsdijk, H. (Eds.) Studies on Scrambling: Movement and Non-Movement Approaches to Free-Word Order Phenomena. Mouton de Gruyter, Berlin.

[42] Lee, Y.-S.  (1993). Scrambling as Case-Driven Obligatory Movement. Doctoral Dissertation. University of Pennsylvania, Philadelphia.

[43] Tada, H.  (1993). A/A-bar Partition in Derivation.  Doctoral Dissertation. M.I.T. Cambridge, Mass.

[44] Haider, H. (1994). Scrambling — What’s the State of the Art?  Talk given at University of Stuttgart.

[45] Miyagawa, S. (1997) Against Optional Scrambling.  Linguistic Inquiry 28, 1-26.

[46] Bošković, Ž. And Takahashi, D. (1998). Scrambling and Last Resort. Linguistic Inquiry 29: 347-366.

[47] Секерина И. А. (1998). Психолингвистика. Кибрик, А. А., Кобозева, И. М. И Секерина И. А. (Ред.), Фундаментальные направления современной американской лингвистики. 231-260. Москва: Издательство МГУ.

[48] Bader, M., and Meng, M. (1999).  “Subject-Object Ambiguities in German Embedded Clauses: An Across-the-Board Comparison”. Journal of Psycholinguistic Research 28.2: 121-143.

[49] Schlesewsky, M., Fanselow, G.,  Kliegl, G. and Krems, R. (1998). “Preferences for Grammatical Functions in the Processing of Locally Ambiguous Wh-questions in German”.  In Hemforth, B. and Konieczny, L. (Eds.) Cognitive Parsing in German. Dordrecht: Kluwer Academic.

[50] Gibson, E. (1998). “Linguistic Complexity: Locality of Syntactic Dependencies”. Cognition 68: 1-76.

[51] Featherston, S. (1999). Empty Categories in Sentence Processing: Psycholinguistic Evidence from German. Doctoral Dissertation, University of Essex, UK.

[52] Clahsen, H. and Featherston. S. (1999). “Antecedent Priming at Trace Positions: Evidence from German Scrambling”.  Journal of Psycholinguistic Research 28.4: 415-437.

[53] Friederici, A., Schlesewsky, M. and Fiebach, C. (2002). “Wh-movement vs. Scrambling: The brain makes a difference”. In Karimi, S. (Ed.), Word order and Scrambling. Malden, MA: Blackwell Publishers.

[54] Fiebach, C. J., Schlesewsky, M., and Friederici, A. D. (2001). “Syntactic working memory and the establishment of filler-gap dependencies: Insights from ERPs and fMRI”. Journal of Psycholinguistic Research 30(3), 321-338.

[55] Ueno, M., and Kluender, R. (2001). The interaction of Scrambling and Wh-question in Japanese: An ERP study. Poster presented at the 14^th CUNY Sentence processing conference. Philadelphia, PA.

 

 

The Method of Event-Related Potentials in American Psycholinguistics and Its Application to Word Order in Russian

Irina A. Sekerina

 

 

Keywords: Brain Event-Related Potentials (ERP), American psycholinguistics, neuroscience, neurolinguistics, Russian, word order, brain, language comprehension, language perception, recognition, neurons, electroencephalogram, signal, pseudowords, potential characteristics, latency, amplitude, polarity, P600, N400, negativity, positivity, working memory span, ungrammaticality, filler-gap dependencies, context, ERP laboratory, summation, electrode, electrode cap, participant, electrode topography, electrooculogram, impedance, experiment, behavioral data, accuracy, reaction times, self-paced reading, statistical analysis, ANOVA

 

 

This article describes the method of the Event-Related Potentials (ERP) of the brain that has been widely used in American psycholinguistics since the 1990s.  The ERP method is used to investigate all stages of language comprehension process including speech perception, word and pseudoword recognition, processing of sentences, anaphora resolution, discourse, and its relationship to working memory load. A typical setup of an ERP laboratory, hardware and software, as well as the characteristics of the potentials and most important components, P600 and N400, are illustrated and described in detail. An ERP-experiment designed to investigate processing of Wh-questions and sentences with Scrambling in Russian is used as an example that illustrates the laboratory setup and conduction of ERP-experiments.

* Работа выполнена при финансовой поддержке Национальной Федерации по Науке США, Программа по международному научному сотрудничеству (грант INT-0107374). Для проведения русского ВП эксперимента летом 2001 года Институт Лингвистики университета г. Потсдама (Германия) обеспечил дополнительную финансовую поддержку и предоставил в пользование ВП лабораторию и необходимые материалы. Эксперимент был осуществлен совместно с немецкими коллегами Штефаном Фришем, Маттиасом Шлезевским и Дагласом Сэдди. Автор выражает глубокую признательность аспиранткам университета Потсдама Мелани Оттс и Ане Майнке за помощь при проведении эксперимента и обработке данных. Автор также благодарит О. В. Федорову за помощь при подготовке рукописи к публикации.