Эффективность реализации когнитивной нагрузки школьниками 12-13 лет в зависимости от уровня двигательной подготовленности

ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕАЛИЗАЦИИ КОГНИТИВНОЙ НАГРУЗКИ ШКОЛЬНИКАМИ 12-13 ЛЕТ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УРОВНЯ ДВИГАТЕЛЬНОЙ ПОДГОТОВЛЕННОСТИ

И.А. Криволапчук 11*, М.Б. Чернова*, Е.В. Савушкина**, С.А. Баранцев*,Н.В. Полянская* *ФГБНУ «Институт возрастной физиологии Российской академии образования», Россия, Москва ** Гродненский государственный университет имени Янки Купалы, Республика Беларусь, Гродно

Установлено, что дети 12-13 лет с высоким уровнем аэробной выносливости характеризуются повышенной эффективностью деятельности по сравнению со школьниками с недостаточной двигательной подготовленностью. Наиболее значимые различия между рассматриваемыми группами учащихся обнаружены при выполнении когнитивного задания с комфортной скоростью. Результаты исследования дают основание полагать, что эффективность напряженной когнитивной деятельности зависит от уровня аэробной выносливости.

Ключевые слова: когнитивное задание, продуктивность и эффективность деятельности, двигательная подготовленность, аэробная выносливость.

Dependence of effective mental task performance on motor readiness in 12-13-year-old children. It was found that children of 12-13 years old with a high level of aerobic endurance are characterized by higher efficiency of activity in comparison with students with insufficient motor readiness. The most significant differences between these groups of students are found during performance of cognitive tasks at comfortable speed. The findings suggest that the effectiveness of intense cognitive activity depends on the level of aerobic endurance.

Keywords: cognitive task, productivity and efficiency, motor fitness, aerobic endurance.

Эффективность деятельности многими исследователями рассматривается в качестве наиболее интегрального критерия функционального состояния (ФС). Она тем больше, чем выше продуктивность и меньше энергетические затраты организма [4; 10]. Сопоставление приспособительных реакций индивидуума с эффективностью различных видов деятельности позволило ввести в научный обиход понятие «цена деятельности», обозначающее степень допустимости физиологических и психологических затрат на ее выполнение [9; 11; 12]. С помощью критериев эффективности и цены деятельности проводится оценка ФС с точки зрения адекватности усилий, затрачиваемых организмом в процессе приспособления к окружающей среде [3; 5].

В настоящее время ведется интенсивный поиск путей и средств повышения эффективности познавательной деятельности школьников. Это необходимо для улучшения их адаптации к образовательной среде, разработки оптимальных режимов труда и отдыха, формирования современных педагогических технологий, обеспечивающих позитивное влияние приемов обучения и воспитания на здоро-

Контакты 1 Криволапчук И.А. -E-mail: <i.krivolapchuk@mail.ru>

вье и развитие детей. В этой связи особое место в изучении ФС учащихся занимает проблема выявления факторов, влияющих на эффективность напряженной когнитивной деятельности. Одним из таких факторов является двигательная подготовленность [5; 15; 17; 18; 19; 20]. Однако вопрос о ее роли в обеспечении высокой эффективности когнитивной деятельности применительно к детям разного возраста требует детального изучения.

Целью исследования явился анализ эффективности выполнения когнитивной нагрузки школьниками 12-13 лет в зависимости от уровня их двигательной подготовленности.

ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В исследовании, проводимом в соответствии с требованиями Хельсинской декларации, принимали участие здоровые мальчики и девочки в возрасте 12-13 лет (n=184). Испытуемые не были предварительно ознакомлены с предлагаемыми им экспериментальными ситуациями.

В качестве модели когнитивной нагрузки использовали работу с буквенными таблицами. Обследование осуществлялось в состоянии спокойного бодрствования и при двух режимах деятельности: 1) комфортный (автотемп); 2) напряженный (максимальный темп при наличии «угрозы наказания»). По результатам выполнения задания рассчитывали объем работы (А) и коэффициент продуктивности (Q). Количественные и качественные показатели работоспособности оценивались также в условиях школы в среду (Аср, Qср) до и после занятий.

Уровень ситуативной тревожности у испытуемых определяли перед выполнением каждого задания с помощью варианта 8-цветового теста Люшера (СТЛ) и методики шкалированной самооценки Дембо-Рубинштейн (СТД) [16, 13, 14].

В процессе анализа вариабильности сердечного ритма определяли частоту сердечных сокращений (ЧСС), среднюю продолжительность R-R интервала, моду, амплитуду моды, разброс кардиоинтервалов. Артериальное давление крови регистрировали в соответствие с рекомендациями ВОЗ. Применяли адекватную возрасту манжету. По общепринятым формулам рассчитывали стресс-индекс (SI) и двойное произведение (ДП). На основании сделанных измерений и расчетов определяли соотношения Q/ЧСС, Q/SI, Q/ДП, A/ЧСС, A/SI, A/ДП, характеризующие эффективность деятельности [6].

Оценку двигательной подготовленности проводили на основе использования добротных моторных тестов и функциональных проб. Комплекс контрольных упражнений и параметров подготовленности состоял из показателей, характеризующих уровень развития кондиционных двигательных способностей: бег 20 метров с хода; прыжок в длину с места; челночный бег 4х9 м; шестиминутный бег; поднимание туловища из положения «лёжа на спине» за 1 минуту; наклон вперёд; удержание «до отказа» нагрузки 3 Вт/кг 0зВт); показатель мощности нагрузки, предельное время выполнения которой составляет 900 с (W900).

Обработка данных осуществлялась с использованием стандартной программы в пакете Statistica. Значимость различий определялась посредством применения параметрических и непараметрических критериев достоверности оценок.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Получены данные о том, что эффективность деятельности в комфортном режиме выше, чем при нагрузке в максимальном темпе (рис.1). Снижение эффективности реализации когнитивной нагрузки в ходе реализации второго задания, по-видимому, обусловлено более выраженным повышением активности модулирующей системы мозга за счёт нарастания вклада подсистемы эмоциональной активации, связанной с оборонительным поведением, по сравнению с активностью подсистемы неэмоциональной активации, обеспечивающей энергетическую составляющую деятельности [3]. Это, в частности, подтверждается тенденцией увеличения ситуативной тревожности (СТЛ) по мере перехода от состояния покоя к работе в максимальном темпе.

Мальчики

О/ИН, отн.е. А/ИН, отн.е. О/ДП, отн.е. Q/ЧСС, отн.е. А/ДП, отн.е. А/ЧСС, отн.е. Тревога, баллы

Автотемп  Максимальный темп

Девочки

О/ИН, отн.е. О/ДП, отн.е. О/ЧСС, отн.е. А/ИН, отн.е. А/ДП, отн.е. А/ЧСС, отн.е. Тревога, баллы

Автотемп  Максимальный темп

Рис. 1. Изменения показателей эффективности деятельности у детей 12-13 лет

при выполнении когнитивного задания различной сложности Примечание. Значения показателей Q/ЧСС, Q/SI, Q/ДПувеличены на порядок.

4

3,5

3

2,5

2

1,5

0,5

0

5

4,5

4

3,5

3

2,5

2

1,5

0,5

0

На основе исходных данных о двигательной подготовленности вся выборка испытуемых была распределена по трем уровням развития кондиционных двигательных способностей. Посредством перцентильной шкалы по каждой переменной определялся уровень развития рассматриваемой двигательной способности. Величины, лежащие в пределах M±J0,67o, соответствовали среднему уровню. Результаты, имеющие более значительные отклонения от средней арифметической величины, относились к высокому и низкому уровням. Суммарная оценка общей выносливости определялась на основе результатов шестиминутного бега, t3Br и W900.

Соотнесение исследуемых показателей ФС с уровнем развития кондиционных двигательных способностей показало отсутствие статистически значимых различий в отношении гибкости, скоростных, силовых и скоростно-силовых возможностей организма. В противоположность этому установлено, что индивидуальные особенности аэробной выносливости детей 12-13 лет в значительной степени определяют эффективность реализации напряженной когнитивной нагрузки. Значимые различия (p<0,05-0,01) между испытуемыми с высоким и низким уровнем аэробных возможностей обнаружены в отношении A, Q, А/ЧСС, А/ДП, А/SI, Q/ЧСС, Q/ДП, Q/SI, СТЛ, СТД (табл. 1).

Таблица 1

Различия в эффективности реализации когнитивной нагрузки между детьми 12-13 лет с высоким и низким уровнем развития общей выносливости

На уроках в школе В условиях лаборатории

Автотемп Максимальный темп

Аср, Qср, А/ЧСС, А/ДП, А/SI, Q/ЧСС, Q/ДП, Q/SI, СТД А/ЧСС, А/ДП, Q/ЧСС, Q/ДП, СТЛ

Примечание: представлены показатели, в отношении которых выявлены межгрупповые различия

Видно, что наибольшее количество межгрупповых различий по уровню аэробной выносливости выявлено при работе с комфортной скоростью. Обнаруженные в данной экспериментальной ситуации отличия в успешности выполнения деятельности, касались А/ЧСС, А/ДП, А/SI, Q/ЧСС, Q/ДП, Q/SI, СТД. Эффективность выполнения рассматриваемого когнитивного задания с максимальной скоростью в условиях «угрозы наказания» также существенно зависела от степени развития аэробной выносливости. Различия выявлены в отношении А/ЧСС, А/ДП, Q/ЧСС, Q/ДП, СТЛ.

Наряду с этим при изучении динамики работоспособности в течение учебного дня получены данные о том, что выносливые дети в дни оптимальной работоспособности в большинстве случае отличались высокой скоростью (p<0,05) и качеством (p<0,05) работы до (Аср, Qср) и после (Аср) занятий в школе.

Анализ результатов исследования показал, что уровень аэробной выносливости существенно влияет на успешность когнитивной деятельности в состоянии функционального комфорта и при психической напряженности. В рассматриваемых условиях эффективность выполнения задания у детей с высокой физической

подготовленностью была большей, чем у неподготовленных испытуемых. Сходные результаты представлены и в ряде других работ. Так, в процессе сравнительного исследования эффективности психической деятельности у студентов, отличающихся по уровню физической подготовленности, было установлено, что тренированные лица в состоянии нервно-психического напряжения характеризуются высокой продуктивностью деятельности и мышления, большей точностью восприятия времени и пространства, лучшей антиципацией [15]. В другом исследовании при оценке временных параметров восприятия зрительных стимулов у юношей с различной подготовленностью получены материалы, свидетельствующие о том, что наименьшее время для опознания изображения требовалось испытуемым с высоким уровнем физических кондиций и адекватным двигательным режимом. Аналогичная динамика наблюдалась при оценке эффективности счетной интеллектуальной деятельности, выполняемой в оптимальном и максимально быстром темпе [5]. Представленные результаты указывают на то, что молодые люди с повышенной физической пригодностью затрачивали меньшее время на каждое из заданий, причем испытуемые этой группы наиболее существенно отличались от сверстников с низкой подготовленностью по произвольному ускорению интеллектуальной деятельности [5].

Применительно к детям школьного возраста установлено, что испытуемые с низким уровнем аэробных возможностей выполняли когнитивное задание возрастающей трудности за счет большой цены деятельности по сравнению с учащимися с высокими аэробными возможностями. Показано, что индивидуальные различия в уровне аэробной подготовленности оказывают определенное влияние на характер функционированием нейронных сетей, осуществляющих нисходящий контроль познавательной деятельности у детей препубертатного возраста [20].

В другом исследовании, посвященном анализу взаимосвязи аэробных возможностей организма и эффективности когнитивной деятельности, выявлено, что дети 9-10 лет с высокой двигательной подготовленностью характеризуются более эффективной регуляцией исполнительных функций (способность к торможению) по сравнению со сверстниками с низким уровнем физических кондиций. Показано, что специальные программы занятий физическими упражнениями даже с относительно малой величиной нагрузки представляют эффективное средство, способствующее повышению результативности познавательной деятельности у детей рассматриваемой возрастной группы [17]. Различия в эффективности выполнения напряженных когнитивных заданий, обусловленные уровнем развития общей выносливости, выявлены ранее и нами в отношении школьников 10-11 и 11-12 лет [8, 7].

Данные о том, что качество умственной работы при переходе от автотемпа к нагрузке с максимальной скоростью снижается в обеих типологических группах школьников, находятся в соответствие с концепцией о существовании оптимального для каждого вида деятельности индивидуального уровня активации. Зависимость продуктивности умственной деятельности от уровня активации, как известно, имеет криволинейный характер и выражается в графическом виде в форме и -образной инвертированной кривой [3; 10]. При оптимальном непредельном уровне активации скорость и точность умственной работы у детей наиболее высоки, а по мере приближения к предельной степени напряжения результативность интеллектуальной деятельности существенно падает [7]. По -видимому, дети и подростки с хорошим физическим состоянием достигают оптимального уровня

активации, при котором отмечается самая высокая эффективность интеллектуальной деятельности, на фоне более высокой интенсивности стимуляции и поддерживают его дольше, чем испытуемые с низкой аэробной выносливостью.

Сравнение групп школьников с высокой и низкой двигательной подготовленностью показало, что изменения скорости и точности выполнения когнитивного задания в динамике учебного дня также существенно зависят от уровня общей выносливости. У детей с высокой аэробной производительностью организма количественные и качественные показатели деятельности в течение учебного дня сохранялись на более высоком уровне по сравнению с испытуемыми с низкой двигательной подготовленностью. В настоящее время накоплен весьма обширный фактический материал по проблеме влияния уровня физической работоспособности и двигательной подготовленности на скорость и точность выполнения умственной работы. Результаты этих исследований также свидетельствуют о тесной связи эффективности умственной работы и уровня физического состояния. У школьников с хорошей физической подготовленностью умственная работоспособность не только более высокая, но и более устойчивая [2,1 и др.].

Таким образом, сопоставление показателей «цены деятельности», характеризующих соотношение результативности работы и сопровождающих ее психофизиологических сдвигов показало, что между детьми с высоким и низким уровнем физического состояния отмечаются существенные различия по эффективности реализации напряженной когнитивной деятельности. Используемые показатели эффективности у выносливых школьников были выше, а цена деятельности, соответственно, ниже, чем у детей с недостаточной аэробной подготовленностью.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сопоставление физиологических и субъективных реакций детей 12-13 лет с уровнем их физической пригодности показало, что некоторые аспекты двигательной подготовленности оказывают значимое влияние на эффективность реализации напряженной когнитивной нагрузки. Установлено, что выносливые дети характеризуются повышенной эффективностью деятельности по сравнению со школьниками с недостаточной аэробной подготовленностью. Наиболее значимые различия между рассматриваемыми группами школьников обнаружены в отношении показателей, отражающих соотношение продуктивности работы и ее вегетативного обеспечения при нагрузке с комфортной скоростью.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Антропова М.В., Бородкина Г.В., Кузнецова Л.М. и др. Умственная работоспособность и состояние здоровья младших школьников, обучающихся по различным педагогическим системам // Физиология человека. - 1998. - Т. 24, № 5. -С. 80-84.

2. Антропова М.В. Реакции основных физиологических систем детей 6-12 лет в процессе адаптации к учебной нагрузке // Физиология человека. - 1983. -№ 1. - С. 12-24.

3. Данилова Н.Н. Психофизиология. - М.: Аспект Пресс, 2008. - 373 с.

4. Данилова Н.Н. Функциональные состояния: механизмы и диагностика. -М.: Изд-во МГУ, 1985. - 287 с.

5. Ефимова И.В., Будыко Е.В., Проходовская Р.Ф. Психофизиологические основы здоровья студентов. - Иркутск: Иркут. Ун-т, 2003. - 124 с.

6. Криволапчук И.А. Психофизиологическая цена напряженной информационной нагрузки у детей и подростков 5-14 лет // Физиология человека. - 2008. -Т. 34, № 4. - С. 28-36.

7. Криволапчук И.А., Зайцева Г.А., Чернова М.Б., Баранцев С.А., Полянская Н.В. Уровень выносливости как фактор, детерминирующий психофизиологическую реактивность детей 11-12 лет в условиях информационной нагрузки // Новые исследования. - 2014. - № 4. - С. 59-66.

8. Криволапчук И.А., Чернова М.Б., Баранцев С.А., Мельников Д.В., Полянская Н.В. Функциональное состояние школьников 10-11 лет с высоким и низким уровнем развития общей выносливости // Новые исследования. - 2013. - № 2. -С. 78-85.

9. Леонова А.Б. Психическая надежность профессионала и современные технологии управления стрессом // Вестн. МГУ. Сер.14. - 2007. - №3. - С.69-81.

10. Леонова А.В. Психодиагностика функциональных состояний человека. -М.: Изд-во МГУ, 1984. - 200 с.

11. Медведев В.И. Адаптация человека. - СПб.: Институт мозга РАН, 2003. -584 с.

12. Меерсон Ф.З., Пшенникова М.Г. Адаптация к стрессорным ситуациям и физическим нагрузкам. - М.: Медицина, 1988. - 256 с.

13. Прихожан А.М. Применение методов прямого оценивания в работе школьного психолога // Научно-методические основы использования в школьной психологической службе конкретных психодиагностических методик: Сб. научн. тр. / Ред. кол.: И.В. Дубровина (отв. ред.) и др. - М.: изд. АПН СССР, 1988. -C. 110-128.

14. Прихожан А.М. Психология тревожности: дошкольный и школьный возраст. - СПб.: Издательство «Питер», 2007. - 192 с.

15. Прохоров А.О. Некоторые особенности психофизиологической реактивности студентов с разным уровнем физической подготовки // Психофизиология спортивной деятельности. - Казань, 1985. - С. 179-187.

16. Собчик Л.Н. Метод цветовых выборов - модификация цветового теста Люшера. - СПб.: Речь, 2006. - 128 с.

17. Crova C., Struzzolino I., Marchetti R., Masci I., Vannozzi G., Forte R., Pesce C. Cognitively challenging physical activity benefits executive function in overweight children // J Sports Sci. - 2014. - 32(3). - P. 201-211.

18. Everly G., Latin J. A Clinical Guide to the Treatment of the Human Stress Pesponse. - Springer, 2013. - 486 p.

19. Lambiase M.J., Barry H.M., Roemmich J.N. Effect of a simulated active commute to school on cardiovascular stress reactivity // Med Sci Sports Exerc. - 2010. -Vol. 42(8). - P. 1609-1616.

20. Voss M.W., Chaddock L., Kim J.S., Vanpatter M., Pontifex M.B., Raine L.B., Cohen N.J., Hillman C.H., Kramer A.F. Aerobic fitness is associated with greater efficiency of the network underlying cognitive control in preadolescent children // Neuroscience. - 2011. - 199. - P.166-176.