139

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

 

ВЛИЯНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЗНАВАТЕЛЬНЫХ СПОСОБНОСТЕЙ НА ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОРИЕНТИРОВОЧНОЙ РЕАКЦИИ

 

А.А. ИБАТУЛЛИНА

 

Ранний онтогенез является тем периодом развития мозга ребенка, в котором происходит бурное структурно-функциональное созревание ЦНС, заключающееся в усиленном росте общей поверхности коры, увеличении и созревании ее клеточных элементов, формировании системы их связей и, что особенно важно, интенсивном формировании ассоциативных зон, функции которых непосредственно связаны с высшими психическими процессами.

Внешняя стимуляция функций мозга на этом этапе развития позволяет ожидать выраженные изменения в характере его функционирования, проявляющиеся, в частности, в различных показателях фоновой и вызванной электрической активности. Вопрос о влиянии развивающего обучения на специфику функциональных изменений мозга практически не исследован.

Задача данной работы заключается в изучении особенностей электрической активности мозга и ее изменений, формирующихся под влиянием интенсивной интеллектуальной тренировки, по показателям спектров плотности мощности и функции когерентности ритмов ЭЭГ в состоянии спокойного бодрствования и в ситуации ориентировочного поведения.

 

МЕТОДИКА

 

ЭЭГ записывали униполярно с референтным ушным электродом от затылочных, теменных и лобных областей коры обоих полушарий (F₃; F₄; Р₃; Р₄; О₁; О₂). Одновременно регистрировали ЭКГ в первом стандартном отведении. Регистрация осуществлялась на восьмиканальном энцефалографе фирмы «Орион» (Венгрия) при постоянной времени 0,7 и фильтрах от 0 до 75 Гц и параллельно на магнитофоне Тесла ЕАМ-500 (ЧССР) с последующей обработкой на ЭВМ «Плюримат С» (Франция). Анализировали в основном по пять 5-секундных отрезков фона и 3—4 отрезка во время реакции на новый стимул. В качестве раздражителей использовали чистые тоны разной частоты интенсивностью не более 60 дб. Длительность действия раздражителей составляла 5 с. Межстимульные интервалы варьировали от 15 до 30 с. Оценивали спектры плотности мощности биоэлектрической активности исследованных областей коры и функцию когерентности как между биопотенциалами симметричных областей коры обоих полушарий (межполушарная когерентность), так и в пределах каждого полушария (внутриполушарная когерентность). Обработку проводили в частотном интервале от 3,7 до 19,3 Гц с шагом дискретизации 0,4 Гц.

ЭКГ обрабатывали путем просчета значений интервалов R — R в фоне и во время действия раздражителей и выявления степени и направленности изменений каждого интервала, выраженного в числе ударов в минуту (Δ bpm no F. Graham, 1979).

До начала экспериментальных ЭЭГ-исследований и развивающего обучения был проведен отбор детей по ведущей руке, уху и глазу. В результате отобрано 42 ребенка (средний возраст 4,2) с ведущей правой рукой, правым глазом и правым ухом. У них была проведена оценка уровня умственного развития по степени овладения действиями наглядно-образного мышления (методика «4а») и по степени сформированности действий логического мышления (методика «5а») [2].

Экспериментальная и контрольная группы детей не различались исходно по уровню умственного развития (t = 0,6, р > 0,05).

Экспериментальная группа состояла из 27 человек. Развивающее обучение было направлено на формирование способности

 

140

 

к наглядному моделированию при ознакомлении с пространственными отношениями [5]. Методика заключалась в обучении детей действиям замещения и последующего построения и использования планов (моделей) разных пространственных ситуаций.

Обучение проводилось индивидуально-групповым методом три раза в неделю. Длительность каждого занятия составляла в среднем 30 мин. С каждым ребенком было проведено не менее 20 занятий. 24 ребенка успешно освоили программу обучения, двое детей выбыли и один ребенок не овладел программой. Контрольная группа — 15 человек, из них  четверо выбыли в процессе работы.

Исследование всех вышеперечисленных ЭЭГ-параметров и уровня умственного развития проводилось с каждым ребенком дважды. В экспериментальной группе до и после развивающего обучения, в контрольной группе — с интервалом, равным времени обучения (2,6—3 месяца). Полученные результаты обработаны для ЭЭГ программы на ЭВМ «Плюримат С» методом вариационной статистики по Вилкоксону. Результаты исследования ЭКГ и уровня умственного развития ребенка обработаны методом вариационной статистики по Стьюденту, с вычислением t-критерия для сопряженных пар.

 

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

 

Анализ спектрограмм (СГ) ЭЭГ спокойного бодрствования экспериментальной группы детей до обучения позволил установить наличие маловыраженного пика на групповых СГ с модой 8 Гц, слабое доминирование представленной частоты по отношению к другим частотным составляющим тета- и альфа- 1 диапазона, отсутствие выраженного лобно-затылочного градиента.

Межполушарная когерентность (КОГ) биопотенциалов симметричных лобных областей коры больших полушарий выше уровня значимости (0,5) и достигает 0,52 усл. ед. в частотном диапазоне 4— 9,5 Гц. В теменных (Р₃ и Р₄) и затылочных (O₁ и О₂) областях КОГ находится на уровне 0,4 усл. ед. в диапазоне от 4 до 6 Гц.

Внутриполушарная КОГ в левом и правом полушариях достигает уровня значимости в лобно-центральных (Г₃ и Г₃) и теменно-затылочных (Р₃ и О₁; Р₄ и О₂) в областях в частотном диапазоне от 4 до 10 Гц и от 4 до 9 Гц соответственно. В остальных областях коры уровень синхронизированной активности ЭЭГ покоя находится в пределах 0,1—0,3 усл. ед. ЭЭГ при ориентировочной реакции (ОР) на фоне действия первых стимулов не претерпевает статистически значимых изменений по всем исследуемым показателям КОГ.

При анализе СГ также оказалось, что не наблюдается существенных изменений в характере биоэлектрической активности во всех исследуемых областях, за исключением левой лобной зоны, где отмечается усиление спектра плотности мощности в тета-диапазоне от 1,34 усл. ед. в покое до 1,64 усл. ед. при ОР на уровне достоверности р<0,05 и в альфа-1 диапазоне с 1,05 усл. ед. в покое до 1,29 усл. ед. при ОР на уровне достоверности p<0,01.

Анализ изменения длительности интервалов R — R на фоне действия первых стимулов демонстрирует высокую реактивность сердечного компонента ОР. Наблюдается выраженное замедление частоты сердечных сокращений (ЧСС), начинающееся с первого Р — Р интервала и достигающее своего максимума к третьему Р — Р интервалу, (p<0,01), при этом оставаясь выраженным до конца действия раздражителя.

После обучения, направленного на формирование способностей к наглядному моделированию, наблюдались следующие изменения биоэлектрической активности коры больших полушарий в состоянии спокойного бодрствования и при ОР.

Анализ СГ ЭЭГ спокойного бодрствования показал наличие сдвига моды в теменных и затылочных областях в зону более высоких частот. В левых теменной и затылочной областях пик на СГ соответствует частоте 8,5 Гц. В правых теменных и затылочной областях он находится на частоте 8.6 Гц. При этом сохраняется выраженная полиморфность ЭЭГ и слабая выраженность пика на СГ. Показатели функции КОГ ЭЭГ спокойного бодрствования, записанной после обучения, практически не отличаются от этих же показателей до обучения.

Исключение составляет уровень синхронизированной активности биопотенциалов теменных областей коры (Р₃ и Р₄), который снижается в частотном тета-диапазоне (3,9—6,7 Гц) от 0,41 усл. ед. до 0,31 усл. ед., p<0,01 и в альфа-1 диапазоне (6,7—8,7 Гц) с 0,4 усл. ед. до 0,28 усл. ед., p<0,01. Спектр плотности мощности фоновой ЭЭГ после обучения не претерпевает существенных изменений.

При ОР в ЭЭГ после обучения повышается уровень синхронизированной активности биопотенциалов в теменно-затылочных областях правого полушария (Р₄ и О₂) с 0,44 до 0,48 усл. ед., p<0,05, в частотном диапазоне с 3,9 до 6,7 Гц. То же наблюдается в областях О₁ и О₂ и O₁—С₃ на тех же частотных составляющих. КОГ увеличивается с 0,37 усл. ед. до 0,42 усл. ед., p<0,01

 

141

 

и с 0,1 до 0,14, p<0,01 соответственно.

При ОР наблюдается также усиление спектра плотности мощности в правой лобной (Г₄) области с 1,44 усл. ед. до 1,61 усл. ед., p<0,05; в правой и левой теменных областях с 1,19 усл. ед. до 1,55 усл. ед., p<0,01 (Р₃) и с 1,18 усл. ед. до 1,55 усл. ед., p<0,01 (в Р₄); в правой и левой затылочных областях с 1,41 усл. ед. до 1,79 усл. ед., p<0,01 (в O₁) и с 1,38 усл. ед. до 1,57 усл. ед., р<0,05 (в О₂) коры больших полушарий, т. е. наблюдается выраженное усиление ЭЭГ-реакции активации при ОР после обучения.

Анализ динамики ЧСС при ОР на первые стимулы показал, что после обучения у детей сохраняется выраженная реакция урежения ЧСС, причем максимум ее передвигается во второй R—R интервал (p<0,01), оставаясь достоверным в третьем и четвертом R—R интервалах.

Сравнивая динамику ЧСС экспериментальной группы детей до и после обучения, необходимо отметить, что до обучения урежение ЧСС было максимально в третьем R—R интервале, при наличии выраженных сдвигов во втором, третьем, четвертом и пятом R—R интервалах. После обучения максимум урежения сдвигается во второй R—R интервал, оставаясь достоверным в третьем и четвертом R—R интервалах, т.е. реакция вегетативного компонента становится после обучения менее генерализованной и более быстрой по наступлению максимума замедления сердечного ритма.

Анализ ЭЭГ спокойного бодрствования детей контрольной группы при первом обследовании показал ее принципиальное сходство с ЭЭГ экспериментальной группы до обучения по всем анализируемым параметрам. Различия в количественных значениях функции КОГ выражались в более высоком уровне синхронизированной активности в контрольной группе в лобных областях коры (F₃ и F₄) — 0,59 усл. ед. по сравнению с 0,52 усл. ед. в экспериментальной группе, p<0,01 и более высоких показателях спектров плотности мощности в F₄—1,51 усл. ед. по сравнению с 1,34 усл. ед. детей экспериментальной группы, p<0,05; в Р₃ — 1,47 усл. ед. по сравнению с 1,23 усл. ед., p<0,05; в Р₄ — 1,45 усл. ед. по сравнению с 1,20 усл. ед., p<0,05; в О₁ — 1,54 усл. ед. по сравнению с 1,34 усл. ед., p<0,01.

При ОР наблюдается повышение уровня синхронизированной активности затылочных областей (O₁ и О₂) коры больших полушарий с 0,37 усл. ед. до 0,41 усл. ед., p<0,05. Обнаруживается также усиление спектра плотности мощности в левой теменной (Р₃) области в тета-диапазоне с 1,47 по 1,81 усл. ед., p<0,01; в альфа-1 диапазоне с 1,08 до 1,26 усл. ед., p<0,05 и в области О₂ в тета-диапазоне с 1,45 усл. ед. до 1,66 усл. ед., p<0,05.

Анализ ЧСС при ОР на фоне действия первых стимулов свидетельствует о выраженной реакции урежения, начинающейся с первого Р—Р интервала и продолжающейся все время действия раздражителя. Статистические сдвиги наблюдаются в третьем (p<0,05) и четвертом (p<0,01) R—R интервалах, с максимумом урежения в четвертом R—R интервале.

Повторное обследование не показало никаких различий между параметрами функции КОГ и спектров плотности мощности в организации ЭЭГ спокойного бодрствования. При ОР в повторном обследовании все показатели функции КОГ остаются на уровне первого обследования за исключением снижения уровня синхронизированной активности биопотенциалов теменных областей коры (Р₃ и Р₄) с 0,43 усл. ед. до 0,26 усл. ед., p<0,01. He выявлено также никаких различий в изменении показателей спектров плотности мощности при ОР по сравнению с первым обследованием. ЧСС имеет ту же направленность, что и при первом обследовании. На фоне раздражения наблюдается ее урежение с максимумом выраженности (так и при первом обследовании) в четвертом R—R интервале. Однако необходимо заметить, что при этом увеличивается урежение во втором R—R интервале.

Оценка уровня умственного развития экспериментальной группы детей до обучения по методике «4а» (диагностирующей степень овладения действиями наглядно-образного мышления) соответствовала в среднем по группе 9,0 баллам, после обучения она равнялась 14,56 балла. Среднегрупповой балл по методике «5а» (диагностирующей степень сформированности действий логического мышления) был равен до обучения 10,24 балла, после обучения он достиг 13,52 балла (табл. 1).

В контрольной группе детей при первом обследовании среднегрупповой балл по методике «4а» равнялся 9,18 балла, при повторном обследовании он достигает 11 баллов. По методике «5а» при первом обследовании — 10,3 балла, при повторном — 12,1 балла.

В уровне умственного развития детей контрольной и экспериментальной групп исходно не было отмечено различий. Однако при повторном обследовании в экспериментальной группе были обнаружены высоко статистически значимые сдвиги в возрастании уровня умственного развития детей по

 

142

 

применяемым методикам после обучения. В контрольной группе не наблюдалось статистически достоверных изменений, но по методике «4а» отмечена тенденция к увеличению среднегруппового балла по развитию наглядно образного мышления.

Таблица 1

 

Изменения уровня умственного развития экспериментальной группы детей до и после обучения и контрольной группы при двукратном обследовании

 

Примечание: *— n=24; ** — n=11.

 

 

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

 

Установленный нами факт повышения уровня умственного развития в экспериментальной группе детей по применяемым методикам («4а» и «5а»), вероятно, является результатом интенсивной интеллектуальной тренировки. Овладение ребенком действиями замещения, построения и использования внутренних, умственных моделей действительности, развитие способности выделять и обобщать свойства и отношения предметов, по всей видимости, обусловило совершенствование познавательных способностей ребенка, в которых обобщенность мыслительной деятельности и выделение существенного является одним из основных и необходимых свойств.

В контрольной группе детей также наблюдалось некоторое повышение уровня умственного развития по одной из методик, диагностирующей степень овладения действиями наглядно-образного мышления. Это свидетельствует о естественном процессе развития основной формы мышления — наглядно-образной в процессе жизнедеятельности ребенка: общения со взрослыми и сверстниками, разные виды предметной и игровой деятельности, предусмотренные программой воспитания в детском саду.

Высокая эффективность обучения, обусловливая развитие познавательных способностей ребенка, способствует формированию функциональной зрелости структур мозга, специализированности их вовлечения в деятельность и возрастание их взаимодействия на основе совершенствования механизмов межцентральной интеграции.

В экспериментальной группе детей в результате обучения наблюдалось повышение частоты основного ритма ЭЭГ. Этот факт был ранее отмечен при исследовании влияния тренировки символической функции мышления у детей третьего года жизни [4]. Подобного сдвига в организации ЭЭГ покоя не было обнаружено в контрольных группах детей третьего и пятого года жизни при двукратном обследовании с интервалами в 2 и 3 месяца, соответствующим времени обучения.

ЭЭГ покоя взрослого человека имеет определенные и устойчивые частотные характеристики и отличается высокой степенью пространственно-временной организованности доминирующего ритма, обусловленной тонко сбалансированным системным взаимодействием различных структур мозга [1], [7], [8].

В процессе онтогенеза в ходе прогрессивного морфофункционального созревания ЦНС происходит постепенное формирование основных свойств биоэлектрической активности мозга и основного доминирующего ритма ЭЭГ покоя — альфа [1], [3].

Как свидетельствуют экспериментальные данные, представленные выше, а также в работе [4], совершенствование организации биоэлектрической активности мозга, а данном случае нарастание частоты доминирующего ритма, в основе которого лежит развитие нервного аппарата коры больших полушарий, возможно при воздействии специально организованных воздействий среды, в частности интенсивной интеллектуальной тренировки.

Установлено также наличие изменений ЭЭГ реакции активации на стимулы, вызывающие ОР под влиянием проводимого с детьми обучения, направленного на формирование их познавательных способностей. В результате обучения наблюдается повышение ориентировочно-исследовательской активности, совершенствование специфики механизмов корковой активации, становление их на новый более совершенный уровень структурно-функциональной организации.

Наиболее информативным показателем механизмов ориентировочной реакции является электрокорковое ее выражение, свидетельствующее о мобилизационных процессах в коре больших полушарий и проявлении процесса активации [3], [6]. Выше

 

143

 

подробно представлены экспериментальные факты, свидетельствующие об усилении ЭЭГ реакции активации в абсолютном большинстве регистрируемых зон мозга, наблюдавшиеся в результате обучения у детей экспериментальной группы и не имевшие места в контрольной группе детей.

Возможность создания экстренных перестроек системы связей также является одним из основных показателей совершенствования коркового компонента ОР.

Установлено, что в экспериментальной группе детей после обучения при ОР наблюдалось повышение уровня синхронизированной активности биопотенциалов в затылочных областях (O₁ и О₂), теменно-затылочных областях правого полушария (Р₄ и О₂) и центрально-затылочных областях левого полушария (O₁ и С₃), что свидетельствует прежде всего о становлении механизмов межцентральной интеграции и указывает на возрастание специализированности их вовлечения в деятельность. У детей третьего года жизни не отмечалось существенных изменений функции КОГ при ОР как до, так и после обучения [4]. То же самое относится к экспериментальной группе детей пятого года до обучения.

Усиление взаимосвязанной активности биопотенциалов при ОР после обучения свидетельствует о тесном функциональном взаимодействии указанных областей коры. Формирование у детей способности создавать умственные модели и схемы проводилось на материале изучения пространственных взаимоотношений. Известно, что у большинства людей левое полушарие специализировано для аналитических процессов, правое же является доминирующим по холистической обработке информации, зрительно-пространственной ориентировке, анализе пространственных отношений. Следовательно, формирование пространственных представлений тесно связано с преобладающей функцией правого полушария. Организация этого процесса осуществляется при ведущей роли правой заднеассоциативной коры, являющейся ответственной в процессах регуляции нейрофизиологических механизмов познавательной деятельности указанного типа.

Среди экспериментальных фактов, полученных при исследовании функции КОГ после обучения, было отмечено снижение уровня взаимосвязанной активности биопотенциалов теменных областей коры больших полушарий (Р₃ и Р₄). Однако тот же процесс отмечен и в контрольной группе детей. Снижение функции КОГ указывает на возрастание обособленности указанных областей правого и левого полушарий. Распад сложившейся системы связей указывает на потенциальную возможность формирования новых систем. Возникновение этого процесса параллельно в обеих исследуемых группах и дает основание считать его отражением естественной (не зависящей от эксперимента) динамики становления межструктурных корковых связей.

При ОР также была отмечена высокая реактивность сердечного компонента и различия в динамике изменения ЧСС у детей контрольной и экспериментальной групп. Укорочение времени реагирования на стимул у детей экспериментальной группы свидетельствует о прогрессивном формировании вегетативного компонента ОР, приближении его к дефинитивному типу реагирования.

 

ВЫВОДЫ

 

1. В результате развивающего обучения в ЭЭГ спокойного бодрствования детей четырехлетнего возраста наблюдается сдвиг моды на СГ в сторону повышения частоты на 0,5 Гц, она становится равной в среднем по группе 8,5 Гц. При этом сохраняется слабая выраженность пика на СГ и полиморфность ЭЭГ. Показатели функции КОГ ЭЭГ покоя не претерпевают существенных изменений за исключением уровня взаимосвязанной активности биопотенциалов теменных областей коры, который снижается в частотном диапазоне 3,9—8,7 Гц, p<0,01. При ОР наблюдается усиление ЭЭГ реакции активации в правой лобной (p<0,05), в правой и левой теменных (p<0,01), в левой центральной (p<0,01) и в правой (р<0,05) и левой (p<0,01) затылочных областях коры больших полушарий. Повышается уровень синхронизированной активности биопотенциалов теменно-затылочных областей правого полушария (в частотном диапазоне 3,7—6,7 Гц, p<0,05); в центрально-затылочных областях левого полушария (в частотном диапазоне 3,9—6,7 Гц, p<0,01) и затылочных областях гомологичных полушарий (в диапазоне 3,9—6,7 Гц, p<0,01). Наблюдается также сдвиг максимума урежения ЧСС с третьего во второй R—R интервал.

2. В ЭЭГ контрольной группы детей при двукратном обследовании с интервалом, равным времени обучения, не выявлено каких-либо различий. Исключение составляет уровень межполушарной КОГ биопотенциалов теменных областей коры, который при повторном обследовании снижается. Реакция ЧСС при ОР аналогична при обеих регистрациях, однако при повторной

 

144

 

наблюдается тенденция к усилению выраженности урежения ЧСС во втором R—R интервале (p<0,1).

3. Обучение, направленное на развитие способности к наглядному моделированию и формированию внутреннего плана действия, обусловило овладение операциями выделения и обобщения свойств и отношений вещей, освоение действий замещения и последующего использования моделей разных пространственных ситуаций. Прогрессивное развитие познавательной функции обусловило переход корковых механизмов ОР на новый более совершенный уровень структурно-функциональной организации, повышение ориентировочно-исследовательской активности ребенка. Полученные факты позволяют прийти к выводу о наличии влияния специально организованных средовых воздействий на формирование функций мозга ребенка.

 

1. Бетелева Т. Г., Дубровинская Н. В., Фарбер Д. А. Сенсорные механизмы развивающегося мозга. М., 1977. 176 с.

2. Диагностика умственного развития дошкольников / Под ред. Л.А. Венгера, В.В. Холмовской. М., 1978. 246 с.

3. Дубровинская Н. В. Нейрофизиологические механизмы внимания. Л., 1985. 144 с.

4. Ибатуллина А. А. Влияние обучения на характеристики ЭЭГ детей третьего года жизни // Ж-л ВНД им. И.П. Павлова, 1986. Т. XXXVI. Вып. 3. С. 433—441.

5. Лаврентьева Т. В. Развитие способности к наглядному моделированию при ознакомлении с пространственными отношениями // Дошкольное воспитание. 1983. № 7. С 35—38.

6. Соколов Е. Н. Ориентировочный рефлекс, его структура и механизмы // Ориентировочный рефлекс и ориентировочно-исследовательская деятельность. М., 1958. С. 111 — 120.

7. Фарбер Д. А. Системная организация интегративной деятельности мозга в онтогенезе ребенка // Физиология человека. 1979. Т. 5. № 3. С. 516—525.

8. Шеповальников А. Н., Цицерошин М. Н, Апанасионок В. С. Формирование биопотенциального поля мозга человека. Л., 1979. 163 с.

9. Graham F. К. Distinguishing between orienting, defence and startle reflexes // Kimmel H. et al. (eds). The orienting reflex in humans. Hillsdale, New Jersey, 1979. P. 137—167.

 

Поступила в редакцию 24.Х 1985 г.