Афазия и нарушения переработки информации в мозге

Нарушения фонологического уровня.Афазия Брока, афазия Вернике и проводниковая афазия отличаются от других типов афазии нарушениями промежуточной стадии переработки речи, которая называется фонологическим уровнем. Как и в процессе зрительного распознания объекта (см. главу 2, раздел «Зрительная аг-

нозия»), на фонологическом уровне происходит разложение слов на части и их структурное описание, основанное на допущении, что каждое слово можно представить в виде последовательности инвариантных базовых частей или компонентов, которые в современной лингвистике называются фонемами. Имеется заранее заданный перечень конкретных фонем, которые либо похожи и даже идентичны, либо различаются в разных языках мира, но количество фонем одного языка составляет примерно 30-40. При произнесении и распознании слов фонемы можно сгруппировать в несколько тысяч последовательностей, описывающих разные слова с помощью ограниченного числа базовых свойств.

Далее фонемы можно разложить на фонологические отличительные признаки, описывающие различия между звуками речи, которые определяют структуру конкретных фонем, например звонкие б, д, ж, з или глухие п, т, к, с; носовые м, н или не носовые б, к, с; произносимые со сжатыми губами в, п, м или с несжатыми губами к, е, н, и; согласные или гласные и т. д. (Trubetzkoy, 1939; Jakobson et al., 1952; Jackendoff, 1993). Эти свойства могут использоваться в процессе разложения слова для распознания или произнесения фонем в последовательностях, составляющих конкретное слово.

При афазии Брока, Вернике и проводниковой афазии с нарушениями фонологического уровня процесс произнесения и распознавания слов может страдать из-за нарушений фонологической системы, основанной на разложении слов на фонемы или слоги. У пациентов утрачивается или ограничивается способность использования этой системы при произнесении, распознавании и повторении слов. Это может проявляться в литеральной парафазии, пропуске фонем и слогов в экспрессивной речи, нарушениях повторения и расстройствах понимания слов. Поскольку эта система может быть модально неспецифичной, те же трудности проявляются при чтении и письме.

У пациентов с афазией Вернике, Брока и проводниковой афазией фонологические нарушения, видимо, одинаковы; из этого следует вывод, предложенный в современных нейролингвистических исследованиях, что нейроанатомическую основу фонологического анализа невозможно точно локализовать, поскольку она распределена в обширной перисильвиевой области левого полушария (см. обзор в Blumstein, 1995).

Однако роль локальных компонентов фонологических нарушений требует дальнейшего исследования. Возможно, основные фонологические расстройства при афазии Брока сконцентрированы вокруг процесса перевода последовательностей фонем, необходимых для произнесения слова, в последовательность соответствующих движений органов речи. В то же время, при афазии Вернике этот процесс перевода на артикуляционный уровень в основном сохранен, а нарушения связаны преимущественно с переводом слуховых паттернов слов и фонем на фонологический уровень для дальнейшей переработки. Итак, можно назвать два основных типа нарушений переработки информации на фонологическом уровне:

1) нарушения перевода последовательностей фонем в артикуляционные последовательности в ходе произнесения слова при афазии Брока;

2) нарушения перевода слуховых паттернов фонем и их последовательностей на модально неспецифический фонологический уровень при афазии Вернике.

Роль фонологических нарушений первого типа подтверждают данные, говорящие об отсутствии нарушений произношения звонких фонем у пациентов с передней афазией, что говорит о сохранности использования ими свойства звонкости, которое является отличительным фонетическим признаком на фонологическом уровне. Пациенты способны уловить различие между звонкими и глухими согласными на основе продолжительности предыдущей гласной, но демонстрируют нарушения конкретных движений органов речи, например, нарушения согласования движений во времени или интеграции движений двух независимых органов речи (Baum et al., 1990; Tuller, 1984; Blumstein, 1995). Эти данные показывают, что перевод с фонологического на артикуляционный уровень не связан напрямую с переводом звонкости, одного из отличительных признаков фонем, а является более сложным процессом, возможно, включающим и другие отличительные признаки артикуляторных последовательностей.

У пациентов с афазией Вернике можно ожидать наличие фонологических нарушений второго типа. Но некоторые данные указывают на то, что при афазии Вернике, а также Брока, способность к различению акустических паттернов фонем сохранна, а их обозначение нарушено (Blumstein, 1995). Очевидно, это противоречит мнению Лурии, что базовыми нарушениями при афазии Вернике являются расстройства «фонетического слуха» (Лурия, 1966). Кроме того, простое тестирование различения акустических паттернов фонем может не отражать более сложные условия переработки информации в процессе понимания речи. Эти условия включают в себя использование слуховой рабочей памяти для хранения слуховых паттернов звуков речи с целью переработки их последовательностей в ходе понимания слова. Нарушения кратковременной памяти могут приводить к расстройствам перевода слуховых паттернов фонем и слов на фонологический уровень для дальнейшей переработки. Роль таких нарушений подтверждается значительным возрастанием порогов различения высоты тонов при увеличении внутрипарного интервала между двумя стимулами с 1 с до 5 с или 10 с, или при предъявлении различаемых тонов как фрагмента серии тонов (см. ниже в этом разделе «Нарушения переработки невербальной слуховой информации при задней афазии»).

Итак, фонологические нарушения могут наблюдаться при обоих типах афазии, но формы этих нарушений различны и заключаются в трудностях перевода фонологического паттерна слова в артикуляционную программу при афазии Брока и трудностях перевода акустического паттерна звуков речи на фонологический уровень при афазии Вернике.

При афазии Вернике слуховая переработка слов бывает не столь затруднена и позволяет получить звуковые паттерны, которые можно легко перевести в фонемы на модально-неспецифическом фонологическом уровне. Звуковые' образы слов могут также перерабатываться как целостные объекты и передаваться на фонологический уровень для дальнейшей переработки или непосредственно в семантическую систему для сравнения с акустическими образами слов, хранящимися в памяти. Итак, звуковой паттерн целостного слова можно перевести на модально-неспецифический язык на фонологическом уровне без описания фо-

немной структуры слова. Нарушения этого перевода также могут быть связаны с нарушениями перевода целостного зрительного образа написанных слов, вызывающими расстройства чтения у пациентов с афазией Вернике.

В таких случаях, если звуковые образы целостного слова можно непосредственно сравнить со словарем на семантическом уровне, нарушения понимания речи могут быть менее значительными, чем нарушения фонологического анализа. Это подтверждается данными о тяжелых фонологических нарушениях у пациентов с афазией Брока, связь которых с нарушениями понимания речи остается, тем не менее, слабой, поскольку у этих пациентов понимание конвенциональной разговорной речи во многом сохранно. Отсутствие корреляции между фонологическим дефицитом и слуховым пониманием речи также наблюдается у пациентов не только с афазией Брока, но и с афазией Вернике (Pizzamiglio et al., 1971).

Использование звукового паттерна слова в процессе понимания речи можно сравнить с точкой зрения Лурии, согласно которой в основе нарушений понимания речи при сенсорной афазии лежат расстройства фонематического слуха (Лурия, 1966). Эта гипотеза справедливо указывает на роль нарушений слуховой переработки в развитии нарушений понимания речи при афазии Вернике, но основывается на допущении, что нарушения понимания речи в основном связаны с фонологическими расстройствами. Но фонологическая система, использующая структурное описание, основанное на разложении слова на фонемы и их отличительные признаки, кажется слишком сложной для решения задачи быстрого и надежного распознания и произнесения слов в конвенциональной речи и понимания речи, поскольку такая система требует переработки огромного количества возможных сочетаний фонем, составляющих многие тысячи слов. Такая система может лежать в основе речи, основанной на фонемном описании слов, но распознание и продукция конвенциональной речи требует быстродействующей и менее сложной системы, основанной на переработке ограниченного объема информации. Как и при распознании зрительных объектов, такая система переработки звуков речи может быть основана на инвариантных свойствах звуковых паттернов целостного слова при условиях сохранности распознания простых фонем и участия в распознании преимущественно семантического уровня.

Нарушения семантического уровня.Паттерн целостного слова может являться менее сложным свойством, чем паттерн последовательности фонем. Этот менее сложный паттерн более удобен для переработки в процессе распознания. Вместо переработки слова как последовательности фонем слово описывается как целостный образ, который перерабатывается на семантическом уровне, где происходит его сравнение с хранящимся в памяти словарем. Процесс такой переработки проходит намного быстрее, потому что минует стадию последовательного фонологического анализа всех фонем в слове и непосредственно переходит к оценке целостного слова, а далее — к стадии сравнения по семантическим признакам. Он также помогает сократить время сравнения, поскольку не требует фонологического анализа слов, хранящихся в словаре. Использование паттерна целостного слова особенно полезно при переработке конвенциональной информации о часто используемых словах, в то время как распознание низкочастотных или новых

слов может требовать фонологического анализа, потому что общий паттерн этих слов в словаре отсутствует.

Нарушения распознания с помощью целостного паттерна слова можно сравнить с попытками пациентов со зрительной агнозией различить две фигуры путем медленного поэтапного сравнения их простых свойств, потому что они не способны использовать общее описание их формы как контура (см. главу 2, раздел «Зрительная агнозия»). Другой пример — это «орфографическая дислексия» (spelling dyslexia), при которой пациент не может прочесть слово как целое и старается компенсировать эти нарушения за счет чтения слова по буквам. Остается неясным, каким образом может происходить подобная оценка. В исследованиях распознания объектов в качестве глобальных инвариантных свойств, достаточных для описания целостного объекта, предлагались самые разнообразные виды свойств. В устройствах для распознания могут использоваться такие инвариантные свойства, как протяженность области, длина периметра, особенности формы (Bolles, Cian, 1982) или общее количество частей объекта, например, квадрат состоит из четырех прямых линий равной длины, четырех вершин и не имеет терминаторов линий; треугольник состоит из трех вершин и трех линий, ограниченных парами линий, сходящихся в вершинах (Ulman, 1996). Целостное слово также можно описать с помощью некоторых глобальных свойств, основанных на звуковых частотах, таких как постоянная частота и модулированные частоты, образующих сонограммы человеческой речи и голосов животных. Эти или похожие свойства участвуют в образовании фонем, но, возможно, в процессе их распознания фонемный уровень пропускается и сразу образуется паттерн целостного слова. Примером подобного пропуска на периферическом уровне является иероглифическое чтение и письмо. Другой пример — нарушения различения тонов по высоте (см. главу 2, раздел «Слуховая агнозия»). Пациент с афазией Вернике или транскортикальной сенсорной афазией может различить по высоте отдельные тона, которые предъявляются последовательно с интервалом 1 с, но демонстрирует значительные трудности при предъявлении серий с разным порядком тонов, например, серия 200 Гц - 1000 Гц - 2000 Гц или серия 200 Гц - 2000 Гц - 100 Гц (Тонконогий, 1973; Трауготт, Кайданова, 1975; Меерсон, 1986). Разумеется, факт наличия таких глобальных свойств в устной и письменной речи на периферическом и фонологическом уровнях и типология этих свойств требует дальнейших исследований.

Нарушения рабочей памяти.Нарушения слуховой рабочей памяти. Мы наблюдали тяжелые расстройства слуховой рабочей памяти у пациентов с проводниковой афазией. Нарушения повторения при проводниковой афазии имеют некоторые характерные признаки, связанные с тяжелыми расстройствами вербальной рабочей памяти. При афазии Вернике или Брока повторение обычно является возможным, но не совсем правильным и характеризуется литеральной и вербальной парафазией, пропусканием слов и фонем, искажением структуры предложений. При проводниковой афазии нарушения повторения часто совершенно иные и состоят в неспособности вспомнить только что услышанную серию слогов или простых односложных слов. Одна наша пациентка с умеренной проводниковой афазией могла без затруднений повторить отдельные гласные, согласные и хоро-

шо знакомые слова, состоящие их одного-двух слогов. Однако, когда ее просили повторить «да-да» или слово «индустрия», она говорила, что слово «вылетело», «исчезло» у нее из головы, и она не могла вспомнить ни одной буквы требуемого слова. Другой пациент правильно повторял один из двух слогов, но совершенно не мог вспомнить другой. Когда его просили повторить «па-ба», он говорил: «А-а... Остальное вылетело из головы», — затем, после повторного предъявления: «Ба-ба-ба... А начало пропало».

Запоминание слов ограничивается одним-двумя словами, которые пациент способен повторить, поэтому пациент может повторить только отдельные фонемы, слоги и короткие слова. Ему очень трудно повторить серии фонем, слогов и короткие и длинные фразы, и при попытках сделать это пациент продуцирует многочисленные парафазии, преимущественно литеральные, и демонстрирует заметную тенденцию к огментации. В связи с этим, расстройства слуховой рабочей памяти, возможно, являются базовым расстройством, лежащим в основе формирования типичного паттерна нарушений повторения как основного клинического признака проводниковой афазии. При других типах афазии вербальная рабочая память также ограничена, но границы запоминания обычно лежат в пределах трех-четырех слов и расширяются до пяти-шести слов при артикуляционной афазии и транскортикальных афазиях.

Нарушения переработки невербальной слуховой информации при задней афазии.Нарушения образования общих звуковых и фонологических паттернов слов у пациентов с афазией Вернике могут отчасти определяться более периферическими нарушениями невербального слухового восприятия, связанного с переработкой чистых тонов и последовательностей тонов разной высоты в слуховой рабочей памяти. Это невербальное нарушение на уровне слухового восприятия становится очевидным в сравнительных экспериментальных исследованиях различения высоты тонов в группах из 13 пациентов с афазией Вернике, 9 пациентов с транскортикальной сенсорной афазией и 19 пациентов с афазией Брока (Дорофеева, Кайданова, 1969; Тонконогий 1973; Трауготт, Кайданова, 1975; см. также главу 2, раздел «Слуховая агнозия» в этой книге). Традиционное измерение абсолютных и дифференциальных порогов низких тонов в 200-300 Гц показало, что во всех трех группах пациентов пороговые значения были в пределах нормы.

Экспериментальное исследование было направлено на оценку слуховой рабочей памяти при различении высоты тонов. В первых сериях пациент обучался нажимать кнопку в ответ на основной тон в 200 Гц и не нажимать ее в ответ на все другие тона в 205, 210, 220 и 300 Гц. Основной тон в 200 Гц должен был сохраняться в слуховой рабочей памяти на всем протяжении первых серий. Вторые серии эксперимента были направлены на непосредственное исследование роли слуховой рабочей памяти без необходимости удерживать высоту основного тона в слуховой рабочей памяти на протяжении всего тестирования. Испытуемому предъявлялись пары сигналов, состоящие из основного тона в 200 Гц и равного ему тона в 200 Гц или отличающегося по высоте тона высотой от 205 до 300 Гц с межстимульным интервалом 1 с или 10 с. В третьей серии исследовалась роль проактивного или ретроактивного слухового торможения с помощью повторения первых серий, при этом два тона, которые требовалось различить, предъявлялись между двумя другими, не связанными с ними тонами — тон в 100 Гц за секунду до и тон в 2000 Гц через секунду после различаемых

тонов. При обучении в первой серии испытуемые делали от 2 до 10 попыток нажимать на кнопку в ответ на тон в 200 Гц и не нажимать на нее в ответ на тон в 300 Гц, а во второй и третьей сериях — нажимать кнопку в ответ на пару одинаковых звуков и не нажимать ее, если тоны в паре различались.

Обнаружено, что все пациенты с афазией Брока и транскортикальной сенсорной афазией обучались различению тонов высотой 200 и 300 Гц и пар тонов в 200-200 Гц и 200-300 Гц после 2-3 попыток, а пациентам с афазией Вернике требовалось 5-10 попыток, при этом 7 из 13 пациентов с афазией Вернике не могли полностью справиться с различением высоты тонов в первых сериях даже после 15 попыток.

Тестирование группы пациентов с афазией Вернике показало наличие тяжелых расстройств слуховой рабочей памяти на высоту тонов, особенно когда требовалось удерживать высоту тона в памяти на протяжении всего тестирования в первой и третьей сериях. В первых сериях в группе из 13 пациентов с афазией Вернике выйти на стабильный уровень различения отдельных тонов высотой 220, 210 и 205 Гц смогли только 4, 2 и 1 человек соответственно. В третьей серии с проактивным и ретроактивным шумом количество испытуемых, способных различить тона в 220 и 200 Гц, снизилось до двух, а выйти на стабильный уровень различения тонов в 200 и 205 Гц не смог ни один пациент из 13. То же тестирование дало намного лучшие результаты в группе из 9 пациентов с транскортикальной сенсорной афазией, в которой в первой и третьей сериях на стабильный уровень различения тона в 220 Гц вышли все 9 пациентов, тона в 210 Гц — 8 пациентов, а для тона 205 Гц это количество было уже не столь высоким и составляло 5 из 9 пациентов в первых сериях и 4 из 9 — в третьих сериях. В группе из 19 пациентов с афазией Брока в первой и третьей сериях при отличении тонов в 220 и 210 Гц от тона в 200 Гц все 19 пациентов достигли стабильного уровня; неспособность выйти на стабильный уровень различения отмечена только у 3 из 19 пациентов в первых сериях и у 4 из 19 — в третьих сериях.

Нарушения непосредственной рабочей памяти, которая проверялась во вторых сериях при различении пар тонов 200-200 Гц и 200-205 Гц, оказались наиболее тяжелыми в группе пациентов с афазией Вернике и транскортикальной сенсорной афазией. В группе пациентов с афазией Вернике стабильного уровня различения достигли 4 человека из 13, а в группе с транскортикальной сенсорной афазией немного больше — 4 человека из 9. Число пациентов, отличавших тона в 220 и 210 Гц от тона в 200 Гц, составило 9 человек из 13. Между тем, во вторых сериях все 19 пациентов с афазией Брока вышли на стабильный уровень различения тонов всех частот.

Первая, вторая и третья серии тестирования были также воспроизведены на материале зрительных сигналов в виде различения углов разной величины, и все пациенты справились с задачей нормально (см. главу 2, раздел «Зрительная агнозия»).

Итак, расстройства слуховой рабочей памяти на невербальные стимулы наиболее выражены у пациентов с афазией Вернике и в меньшей степени — у пациентов с транскортикальной сенсорной афазией. У большинства пациентов с афазией Брока слуховая рабочая память полностью сохранна. Ее расстройства главным образом проявляются в трудностях заучивания и удержания в памяти границы частоты в 200 Гц при различении тонов, отличающихся друг от друга на 5-20 Гц, таких как 200 и 205 Гц, 210 или 220 Гц. Граница хранящейся в памяти частоты в 200 Гц достаточна для различения тонов в 200 и 300 Гц, отличающихся друг от друга на 100 Гц. Этот факт можно объяснить различной надежностью слуховой рабочей памяти для более узких и более широких границ конкретных частот.

Связь нарушений невербальной слуховой рабочей памяти с клиническими признаками транскортикальной сенсорной афазии и особенно афазии Вернике требует специального исследования, но очевидно, что тяжелые нарушения переработки невербальных слуховых свойств часто обнаруживаются у пациентов с афазией Вернике и в некоторых случаях транскортикальной сенсорной афазии, но полностью отсутствуют у пациентов с афазией Брока. Можно сделать выводы о роли этих нарушений в распознании общего слухового паттерна целостного слова и его фонологической структуры, когда задача требует участия рабочей памяти, например, при оценке частоты как важного свойства слуховых паттернов звуков речи.

Этот вывод, очевидно, противоречит результатам исследований категориального восприятия у пациентов с передней и задней афазией. Были изучены два параметра фонем — звонкость и место произнесения конечных согласных звуков (Basso et al, 1977; Blurastein et al., 1977; Gandou, Dardarananda, 1982; Blumstein et al, 1984; см. обзор в Blumstein, 1995). Исследование показало, что даже у пациентов с афазией, которые могли только различать стимулы, но не могли их правильно категоризовать, функции различения и место фонетической границы были сравнимы со здоровыми испытуемыми. Указанные результаты приводят к выводу, что у больных афазией с нарушениями понимания речи сохраняется способность выделять определенный спектральный паттерн, соответствующий конкретной фонетической категории речи.

Однако возможно, что, хотя у обследованных пациентов выделение конкретного спектрального паттерна было сохранно, их способность к категоризации была нарушена по причине расстройств слуховой рабочей памяти на эти паттерны, которая необходима для их категоризации в фонологической системе. Такое объяснение частично подтверждается нашим исследованием различения простых гласных — «а» и «о» — у пациентов с афазией Брока. Будучи способными различать предъявленные гласные, например, «а-а» или «а-о», пациенты демонстрировали значительные трудности, когда гласные предъявлялись с внутрипарными интервалами в 2 с и особенно в 15 с. Слуховая рабочая память на отдельные тона у наших пациентов была сохранна, что говорит о нарушениях особой вербальной рабочей памяти. Также можно предположить, что категориальное различение конкретных спектральных паттернов может нарушаться у некоторых пациентов с более тяжелой афазией Вернике, которая характеризуется значительными нарушениями понимания речи, а также у пациентов с таким типом афазии, как «словесная глухота».

Рабочая память и нарушения переработки сложного синтаксиса.Нарушения распознания сложных предложений могут быть связаны с нарушениями некоторых дополнительных операций, необходимых при переработке синтаксиса. Одна из таких операций — использование рабочей памяти при понимании предложений, поскольку мы должны удерживать в памяти части предложения, пока пытаемся их соединить. Например, в тесте Хэда «рука—ухо—глаз» испытуемый, чтобы организовать требуемое действие, должен удерживать в памяти слова «левая», «рука», «правое», «ухо» и порядок их следования. Таким же образом нужно запомнить несколько слов, обозначающих требуемые операции в тесте Мари «Три

листочка бумаги» или операции, необходимые для понимания пассивных предложений, а также пространственных отношений объектов. Наши наблюдения (Топ-konogy, 1986) подтверждают, что при афазии Вернике и Брока емкость рабочей памяти не превышает двух-трех слов. Можно предположить, что расстройства рабочей памяти являются первичными нарушениями, приводящими к вторичным расстройствам различных типов переработки неконвенциональной информации при задней и передней афазии, особенно при афазии Брока и Вернике.

Роли рабочей памяти в переработке сложного синтаксиса посвящен ряд недавних публикаций. Некоторые авторы считают, что рабочая память специализируется на переработке синтаксически сложных предложений (Caplan, Waters, 1999; Lewis, 1996; Gordon et al., 2002). Другие же выражают мнение, что переработка сложного синтаксиса и запоминание списка слов могут быть связаны с одним и тем же участком рабочей памяти (Just, Carpenter, 1992; Just et al., 1996). Наши данные указывают на то, что рабочая память при различных типах переработки сложного синтаксиса может быть связана с участком, отвечающим за краткосрочное хранение списка слов, поскольку значительные ограничения емкости памяти на слова обычно наблюдаются у пациентов с афазией Брока и Вернике, для которых характерны выраженные нарушения понимания сложного синтаксиса.

Нарушения рабочей памяти могут объяснять различия в локализации одних и тех же синтаксических нарушений у пациентов с афазией Брока и Вернике. Возможно, что структура рабочей памяти на синтаксическом уровне переработки речи включает в себя звуковой и артикуляторный компоненты. Первый нарушается при афазии Вернике, а второй — при афазии Брока, что вызывает одинаковые клинические проявления трудностей переработки сложного синтаксиса.

Разумеется, также важны первичные нарушения этих сложных неконвенциональных операций, например нарушения ориентации собственного тела в пространстве, как в тесте Хэда «рука—ухо—глаз» или пространственных и временных отношений двух объектов, как в тестах с предлогами «под», «над», «за», «перед» или «до», «после». Первичные нарушения также могут обусловливать трудности понимания пассивных предложений с обратным отношением логической и грамматической структур, как, например, предложение: «Кошка была покусана собакой». Это может быть особенно важно при распространении поражений на нижние теменные дольки, которые, как известно, выполняют функцию ориентации во времени и пространстве. Такие изолированные случаи первичных нарушений вербально опосредованной ориентации во времени и пространстве описываются под названием «семантическая афазия» у пациентов с поражениями левой теменной доли, преимущественно в области супрамаргинальной борозды (Head, 1926; Лурия, 1947; Тонконогий, 1973; Tonkonogy, 1986).

Однако наличие нарушений понимания многих видов сложных предложений при других распространенных типах афазии указывает на возможность вторичных нарушений, в основе которых лежит уменьшение емкости памяти на слова как главная причина без первичных нарушений вербально опосредованной ориентации во времени и пространстве.