Исследование скорости бинокулярной интеграции у школьников

УДК 612.821.8

ИССЛЕДОВАНИЕ СКОРОСТИ БИНОКУЛЯРНОЙ ИНТЕГРАЦИИ

У ШКОЛЬНИКОВ

RESEARCH OF BINOCULAR INTEGRATION SPEED OF SCHOOLCHILDREN

Н. Н. Васильева N. N. Vasilyeva

ГОУ ВПО « Чувашский государственный педагогический университет им. И. Я. Яковлева», г. Чебоксары

Аннотация. Проведено исследование способности зрительной системы формировать единый образ объекта, комбинируя фрагменты его проекций в правом и левом глазу у детей 7-15 лет. Показано, что на протяжении рассматриваемого возрастного периода происходит закономерное повышение скорости бинокулярной интеграции. Вероятность правильного ответа во всех возрастных группах находится в зависимости от времени экспозиции тестовых стимулов. Установлено, что созревание зрительных интегративных процессов зависит от пола. Начиная с 9-10 лет показатели мальчиков превосходят таковые девочек во всем диапазоне измерений.

Abstract. The ability of visual system to form the single image of the object combining the fragments of its projections in the right and left eye in the children of 7-15 years old has been researched. It is proved that within this period there is natural increase of the binocular integration speed. The correct answer probability in all age groups depends on the time of test exposition. It is defined that development of the visual integration process depends on the sex. From the age of 9-10 the boys’ indicators are higher than the girls’ ones within the whole measures range.

Ключевые слова: бинокулярное зрение детей, бинокулярная интеграция, возрастная динамика.

Keywords: binocular children eyesight, binocular integration, age-related dynamics.

Актуальность исследуемой проблемы. Бинокулярная интеграция является одним из основных показателей функционирования бинокулярной зрительной системы человека [7]. Способность формировать полноценный образ объекта на основе двух неполных изображений в правом и левом глазу составляет одно из преимуществ бинокулярного зрения перед монокулярным. Каждое сетчаточное изображение, как правило, имеет локальные изъяны, связанные с существованием слепого пятна и ангиоскотом, окклюзией, влиянием рассеянного света, наличием бликов на гладких поверхностях. Человек редко замечает эти изъяны даже в условиях монокулярного зрения, так как благодаря движениям глаз и головы проекция каждого объекта на сетчатке все время смещается, а угол наблюдения меняется. Совместная обработка двух сетчаточных изображений в бинокулярных условиях зрения и суммирование позволяют в значительной мере компенсировать «дефектность» правого и левого изображений и формировать целостный образ объекта. Однако для того, чтобы механизмы объединения изображений, формируемых на сетчатках обоих глаз, успешно работали, необходимо определенное время.

В настоящее время в физиологии зрения механизмы бинокулярной суммации и интеграции изучены недостаточно, в то же время исследование скорости бинокулярной интеграции у детей разного возраста важно не только для понимания закономерностей онтогенетического созревания зрительных механизмов, но и для разработки дифференцированного подхода к обучению и воспитанию детей, так как зрительному восприятию, включающему операции опознания объектов и их пространственных соотношений, принадлежит важная роль в формировании интеллектуальной сферы и в обучении. Кроме того, в связи с бурным развитием в последние годы стереоскопического кино специалистам в этой области необходимы сведения об особенностях бинокулярного зрения детей разного возраста для их учета при создании и демонстрации стереофильмов, ориентированных на детскую аудиторию. В этой связи сведения о скорости зрительных интегративных процессов у детей будут полезны при определении оптимальной скорости изменения и движения изображений на киноэкране.

В ранее проведенном исследовании дошкольников и младших школьников мы показали, что у детей при переходе из первого класса в третий происходит постепенное ускорение совместной обработки информации, поступающей от двух глаз [6]. Не исключено, что зарегистрированные в начальных классах школы положительные изменения продолжаются и в следующих классах.

Цель настоящей работы состояла в изучении возрастной динамики зрительных интегративных процессов у школьников и особенностей их функционирования у детей разного пола.

Материал и методика исследований. Работа проводилась на базе школ №№ 27 и 59 г. Чебоксары. В исследовании принимали участие 180 детей 7-15 лет (1-8 класс), обучающиеся по традиционной программе массовой школы, не имеющие выраженных нарушений в развитии и состоянии здоровья. Исследование проводилось в первой половине дня индивидуально с каждым ребенком.

Для изучения способности формировать целостный образ, объединяя фрагменты правого и левого изображений, была использована интерактивная компьютерная программа, разработанная в Институте проблем передачи информации им. А. А. Харкевича РАН. Для обеспечения единообразия в тестировании испытуемых программа была установлена на ноутбуке ASUS A6R. В качестве тестовых объектов использовали схематические изображения букв, которые случайным образом разбивались на две части и предъявлялись правому и левому глазу на определенное время (рис. 1, а-б). Линейные размеры прямоугольной области, в которую вписывались тестовые символы, на экране составляли 24х37,5 мм; толщина линий равнялась 5 мм. Угловые размеры тестовых знаков были близкими к 2,75х4,3°. Измерения проводили на расстоянии 50 см от экрана монитора в условиях дихоптического восприятия. Для сепарации правого и левого изображений использовали цветовой анаглифический метод. Один фрагмент буквы был красным, а второй - синим. Тестирование проходило в красно-синих очках. Время экспозиции варьировали в диапазоне от 50 до 800 мс. В каждой серии эксперимента испытуемому последовательно предъявлялось 10 тестовых символов (букв). После каждого предъявления буквы на экран выводилась маскирующая решетка, перекрывающая все тестовое поле и содержащая все элементы, из которых были составлены символы. Затем на экране возникал образец со всеми тестовыми знаками, из которых надо было выбрать только что увиденную букву (рис. 1, в).

БЕРН

Рис. 1. Примеры тестовых объектов и схема процедуры эксперимента: а - образцы букв; б - два варианта комбинации буквы из левого и правого фрагментов; в - последовательность изображений, предъявляемых в ходе тестирования

В каждой серии фиксировали вероятность правильного ответа (отношение количества правильно названных букв к общему числу предъявленных тестовых символов). Об интегративных способностях судили по минимальному времени предъявления фрагментов букв, обеспечивающему 100 % или 75 % правильных ответов.

Статистическая обработка данных проводилась с применением программного пакета «81ай8йса» [5].

Результаты исследований и их обсуждение. Результаты исследования показывают, что в период от 7 до 15 лет происходит неуклонное повышение скорости бинокулярной интеграции. Средние значения и стандартные отклонения вероятности правильного ответа в зависимости от времени экспозиции тестовых объектов в каждой из выделенных групп испытуемых представлены в табл. 1. Попарное сравнение анализируемых показателей выявило наличие значимых различий между группами при времени экспозиции в 50 мс и 100 мс (р<0,01-0,001) за исключением групп 7-8 и 9-10 лет (время экспозиции 50 мс) и 9-10 и 11-12 лет (время экспозиции 50-800 мс).

а

б

в

Таблица 1

Средние значения вероятности правильного ответа у испытуемых в зависимости от времени экспозиции тестового объекта

Возрастной период Средний возраст N Время экспозиции тестовых объектов

50 100 200 400 800

7-8 лет 7,61±0,34 42 0,19±0,16 0,55±0,18 0,65±0,16 0,75±0,10 0,92±0,00

9-10 лет 9,63±0,43 60 0,28±0,21 0,68±0,20 0,84±0,17 0,96±0,08 1,0±0,00

11-12 лет 12,12±0,42 40 0,30±0,18 0,67±0,27 0,84±0,17 0,98±0,10 1,0±0,00

14-15 лет 14,64±0,33 38 0,64±0,27 0,89±0,13 0,96±0,06 1,0±0,00 1,0±0,00

Вероятность правильного ответа во всех возрастных группах находится в зависимости от времени экспозиции. Опираясь на средние данные, можно констатировать, что ускорение интегративных процессов происходит дважды: в младшем школьном (9-10 лет) и подростковом возрасте (14-15 лет). В рассматриваемый нами период онтогенеза довольно отчетливо намечаются возрастные границы увеличения вероятности правильных ответов в зависимости от времени экспозиции тестовых объектов. В 7-8 лет (1 класс) наиболее оптимальной является экспозиция в 400 мс и выше, в 9-10 лет (3 класс) большинство детей верно воспринимало кратковременное предъявление тестовых объектов при экспозиции в 200 мс (78 %), в 11-12 лет (6 класс) существенных изменений в скорости бинокулярной интеграции по сравнению с предыдущей возрастной группой не происходит. В 14-15 лет (8 класс) происходит резкий скачок в увеличении вероятности правильного ответа: 82 % испытуемых правильно восприняли все 10 тестовых объектов при экспозиции в 100 мс и 50 % - при 50 мс.

Повышение скорости опознавания с возрастом может быть связано с морфофункциональным созреванием проекционных и ассоциативных областей коры головного мозга, внутри- и межполушарных связей между ними. Применительно к рассматриваемому возрастному периоду в работе отмечается, что наиболее выраженные структурные преобразования в полях задней ассоциативной области коры, играющих существенную роль в восприятии и узнавании сложных зрительных образов, осуществляются к 9-10 и 15-16 годам [4]. Особенности функциональной организации мозга и недостаточная зрелость мозговых структур, обеспечивающих зрительно-пространственную деятельность детей младшего возраста (7-8 лет), отразились не только на количественном, но и на качественном выполнении задания. Так, многие испытуемые этого возраста допускали «зеркальные ошибки» либо воспринимали только фрагмент буквы, предъявляемый правому или левому глазу. В группах детей старшего возраста подобных ошибок не наблюдалось.

Как известно, зрительно-пространственные представления являются неотъемлемой составляющей общего развития ребенка и отправной точкой в овладении навыками письма и чтения, а уровень их развития имеет высокую прогностическую ценность в отношении школьных достижений. Учитывая важную роль зрительного восприятия в формировании интеллектуальной сферы и обучении, мы посчитали необходимым провести корреляционный анализ показателей скорости бинокулярной интеграции со скоростью чтения у детей на начальном этапе обучения в школе. Скорость чтения оценивали у учащихся второго класса (средний возраст 8,32±0,34) по стандартизированной методике СМИНЧ [2]. Корреляционный анализ с применением критерия Спирмена показал, что существует связь между скоростью бинокулярной интеграции и скоростью чтения у вто-

роклассников (г=0,46, р<0,05). Следовательно, показатели скорости бинокулярной интеграции можно учитывать при прогнозировании возможных трудностей формирования навыка чтения на начальных этапах обучения.

Анализ результатов исследования показал, что динамика и характер изменения скорости бинокулярной интеграции с возрастом неодинаковы у мальчиков и девочек (рис. 2).

—♦— 7-8 лет —•—9-10 лет —д—11-12 лет —— 14-15 лет

а

б

Рис. 2. Кривые зависимости средних значений вероятности правильного ответа от длительности экспозиции у мальчиков (а) и девочек (б).

По оси абсцисс - время предъявления тестового объекта (мс); по оси ординат - вероятность правильного ответа

В 7-8 лет (1 класс) еще отсутствуют статистически значимые различия между мальчиками и девочками. С 9-10 лет показатели мальчиков начинают превышать показатели девочек. Наиболее выраженные половые различия в скорости бинокулярной интеграции отмечены в 9-10 лет: при экспозиции в 50 мс у мальчиков она была в 2,5 раза выше, чем у девочек, а при экспозиции в 100 мс - в 1,2 раза. У мальчиков периоды существенного увеличения вероятности правильных ответов от времени экспозиции тестовых

объектов наблюдаются при переходе от 7-8 к 9-10 годам и от 11-12 к 14-15 годам. У девочек значительный прирост скорости бинокулярной интеграции происходит при переходе от 11-12 к 14-15 годам, при этом при экспозиции в 50 мс она увеличивается в 2 раза, а при экспозиции в 100 мс - в 1,5 раза.

Полученные в нашей работе данные в некоторой степени согласуются с результатами исследований остроты зрения у мальчиков и девочек на протяжении обучения в средней школе [1] и изучения влияния возраста и пола на зрительно-пространственные оценки с помощью иллюзии Поггендорфа [3], [8].

Резюме. Проведенное исследование показало, что по мере увеличения возраста испытуемых от 7 до 15 лет происходит закономерное повышение скорости бинокулярной интеграции, что отражает морфофункциональное созревание проекционных и ассоциативных областей коры головного мозга, внутри- и межполушарных связей между ними. Динамика и характер повышения скорости бинокулярной интеграции зависят от пола. Начиная с 9-10 лет показатели мальчиков превосходят показатели девочек во всем диапазоне измерений. У мальчиков периоды увеличения вероятности правильных ответов от времени экспозиции тестовых объектов наблюдаются при переходе от 7-8 к 9-10 годам и от 11-12 к 14-15 годам. У девочек значительный прирост скорости бинокулярной интеграции происходит при переходе от 11-12 к 14-15 годам. Различный темп становления в онтогенезе способности зрительной системы формировать единый образ объекта, комбинируя фрагменты его проекций в правом и левом глазу, отражает особенности гетеро-хронного созревания структур, обеспечивающих бинокулярное зрение.

Наличие у младших школьников положительной корреляционной связи между скоростью бинокулярной интеграции и скоростью чтения указывает на необходимость учета этого показателя при прогнозировании возможных трудностей формирования навыка чтения на начальном этапе обучения.

Данные о зрительных интегративных способностях детей разного возраста должны быть приняты во внимание специалистами в области стереоскопического кинематографа при определении ограничений по скорости изменения изображений на киноэкране. Скорости изменения и движения бинокулярных объектов не должны выходить за пределы, определяемые временем бинокулярной интеграции, которая у детей младшего возраста осуществляется значительно медленнее, чем у подростков.

ЛИТЕРАТУРА

1. Жукова, Е. А. Две тенденции в возрастной динамике остроты зрения мальчиков и девочек на протяжении обучения в средней школе / Е. А. Жукова, В. И. Циркин // Сенсорные системы. - 2008. - Т. 22. -№ 3. - С. 241-247.

2. Корнев, А. Н. Нарушения чтения и письма у детей : учеб.-метод. пособие / А. Н. Корнев. - СПб. : ИД «МиМ», 1997. - 286 с.

3. Медведев, Л. Н. Влияние возраста на проявление зрительной иллюзии Поггендорфа / Л. Н. Медведев, И. И. Шошина // Сенсорные системы. - 2004. - Т. 18. - № 4. - С. 326-330.

4. Развитие мозга и формирование познавательной деятельности ребенка / под ред. Д. А. Фарбер, М. М. Безруких. - М. : Изд-во МПСИ, 2009. - 432 с.

5. Реброва, О. Ю. Статистический анализ медицинских данных. Применение пакета прикладных программ 8ТАТВТ1СА / О. Ю. Реброва. - М. : МедиаСфера, 2002. - 312 с.

6. Рожкова, Г. И. Бинокулярная интеграция у детей дошкольного и младшего школьного возраста / Г. И. Рожкова, Н. Н. Васильева, В. С. Токарева // Сенсорные системы. - 2002. - Т. 16. - № 3. - С. 221-229.

7. Рожкова, Г. И. Зрение детей: проблемы оценки и функциональной коррекции / Г. И. Рожкова, С. Г. Матвеев. - М. : Наука, 2007. - 315 с.

8. Шошина, И. И. Возрастные особенности влияния пола и зрительной асимметрии на восприятие фигуры Поггендорфа / И. И. Шошина, Л. Н. Медведев // Сенсорные системы. - 2005. - Т. 19. - № 1. - С. 37-43.