Ученые из Франции провели исследование, в котором исследовали, как обучение чтению влияет на мозг. Они сравнили детей из двух возрастных групп (5 и 10 лет) друг с другом и с известными данными об активности взрослых. Это позволило выявить ряд областей и связей между этими зонами мозга, развитие которых коррелировало с освоением навыка чтения.
Повсеместно обучать чтению в школах начали относительно недавно — не ранее конца XIX века. Это ознаменовало серьезный шаг в развитии качества образования. Шаг, который не только увеличил всеобщую грамотность, но и привел к изменению особенностей работы мозга каждого. Чтение — сложнейший когнитивный процесс, а, значит, обучение этому навыку приводит к существенным функциональным и структурным изменениям мозга. Однако какие именно изменения происходят — не совсем ясно.
У взрослых при чтении активируются области мозга, локализованные преимущественно в левом полушарии. Разные этапы чтения включают специфические зоны, указанные на рисунке ниже. Среди основных можно назвать заднюю часть средней височной извилины, базальные височные области, нижнюю лобную извилину (предположительно, для семантической обработки и графо-фонологического преобразования). Очень часто можно найти упоминания и о такой области, как Visual Word Form Area (VWFA) — зона визуальных словесных образов (своеобразный визуальный процессор мозга), которая находится на стыке затылочной и височной долей и, как следует из названия, активно участвует в распознавании слов.
В описываемом исследовании ученые изучали, как изменяется мозг детей в процессе обучения чтению. И как он постепенно приходит к той специфической активности, которую мы описали выше. Ученые собрали группу 5- и 10-летних детей (всего — 55 детей). Ученики сперва проходили стандартизированный тест Alouette-R (на французском языке): в течение трех минут они должны были прочесть бессмысленный текст с определенным количеством частых и редких слов. Исследователи измеряли показатели скорости и правильности (процент правильно прочитанных слов) чтения. После этого дети проходили процедуру сканирования мозга с помощью МРТ аппарата.
Ученые, проведя регрессионный анализ полученных данных, обнаружили несколько интересных результатов. Во-первых, общий объем серого вещества уменьшался с возрастом в обоих полушариях. Это подтверждало гипотезу о том, что с возрастом наблюдается распад ненужных нейрональных связей и специализация нужных.
Во-вторых, было обнаружено, что скорость выполнения теста Alouette-R связана с объемом трех основных зон мозга: VWFA, левым таламусом и левой нижней затылочной извилиной. Эксперимент показал, что меньший объем VWFA был у тех детей, у кого скорость декодирования слов в тесте была выше. Это уменьшение объема VWFA не было связано с выявленным выше возрастным распадом ненужных связей, но отражало специфические изменения в мозге при обучении чтению. В то же время скорость была прямо связана с объемом серого вещества в таламусе (чем больше объем, тем быстрее скорость чтения в Alouette-R).
Статистический анализ со старшими учениками показал лишь один кластер с негативной корреляцией между объемом серого вещества и скоростью чтения. Этот кластер находился в левой веретенообразной извилине и входил в состав VWFA.
На втором этапе исследования ученые провели анализ структурной связи между разными областями мозга и изучили, как эта связь обуславливает навыки чтения. Результаты представлены на рисунке ниже. Для старшей группы детей значимые положительные связи были найдены между VWFA с левой передней затылочной (L antIOG), левой средней височной (L MTG), левой нижней теменной областями (L IPG), правой инсулярной корой (R insula) и левой дополнительной моторной корой (L SMA), а также с левой прецентральной зоной (L PG).
Для младшей группы учеников были выявлены негативные связи левой прецентральной зоны (L PG) с дополнительной моторной корой (L SMA), задней затылочной (L IOG) и правой инсулярной областями (R insula). VWFA больше всего связывался с левой средней височной извилиной (рисунок ниже).
Полученные результаты подтверждают, что с обучением чтению происходят структурные изменения в мозге. И ключевые области этих изменений — левая затылочная область, VWFA и таламус.
Стоит отметить, что объем серого вещества в VWFA был обратно пропорционально связан с эффективностью решения теста. Ученики с меньшим объемом серого вещества в VWFA показывали большую эффективность прохождения теста, что соответствовало описанным ранее результатам для взрослых.
Таламус и левая передняя нижняя затылочная извилина коррелировали со скоростью решения теста. Судя по всему, эти зоны производят низкоуровневую обработку того, что видит ребенок, позволяя различать сенсорные стимулы. Важность левого таламуса можно также объяснить тем, что для младших детей чтение – сложный неавтоматизированный процесс, требующий постоянного внимания и концентрации, что и ведет к активации таламуса.
Поднимаясь на уровень анатомических связей разных областей, исследователи показали как с возрастом они изменяются при чтении, как созревают основные нейрональные сети. У взрослой группы были найдены исключительно положительные корреляции, большая часть из которых приходилась на VWFA. Самая сильная связь VWFA была с левой передней нижней затылочной извилиной. Возможно, эта связность необходима для быстрого узнавания букв и слов.
Упражняясь в чтении, мы делаем этот процесс более автоматизированным, и в конце концов активность мозга из-за этого уменьшается и становится более специфической: требует меньше ресурса передних ассоциативных отделов мозга и больше ресурсов задних сенсорных (визуальных) отделов. Однако созревание нужных зон мозга и формирование связи между ними происходит постепенно. Сравнение анатомии мозга старшей группы детей со взрослыми позволяет увидеть, что в 10 лет структура VWFA еще не является полностью сформированной. О том, каким способом можно влиять на данную мозговую область, чтобы эффективнее обучаться чтению и помочь ее созреванию, мы поговорим во второй части.
Текст: Никита Отставнов