Изменения функционального состояния детей 11-12 лет под влиянием информационной нагрузки

ИЗМЕНЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ДЕТЕЙ 11-12 ЛЕТ ПОД ВЛИЯНИЕМ ИНФОРМАЦИОННОЙ НАГРУЗКИ

И.А. Криволапчук1, М.Б. Чернова ФГБНУ «Институт возрастной физиологии Российской академии образования», Москва

В процессе исследования установлено, что у детей 11-12 лет в условиях информационной нагрузки, реализуемой с комфортной скоростью, проявляются два противоположных комплекса вегетативных реакций (по симпатическому и парасимпатическому типам), тогда как при информационной нагрузке, реализуемой с максимальной скоростью, выявляется лишь комплекс вегетативных реакций по симпатическому типу. У детей 11-12 лет обнаружены половые различия в уровне фоновой активированности, характере вегетативного реагирования на информационную нагрузку и эффективности ее выполнения.

Ключевые слова: функциональное состояние, информационная нагрузка, тип вегетативного реагирования, половые различия.

Functional state changes in 11-12-year-old children while under the informational work load. It was found out in the research that being under conditions of informational work load, performed at comfortable speed, 11-12-year-old children demonstrate 2 opposite sets of vegetative reactions (of sympathetic and parasympathetic types). Whereas when it is performed at maximal speed only the complex of vegetative reactions of sympathetic type is elicited. There were found out sex differences in the level of background activity, type of vegetative response to information work load and the efficiency of such work.

Key words: functional state, information work load, vegetative reaction type, sex differences.

В настоящее время происходит постоянное ускорение темпов жизни школьников. Новые средства, формы, методы и технологии обучения предъявляют к их деятельности и эмоциональной сфере все более высокие требования. Во многом это связано с увеличением когнитивной нагрузки, обусловленной необходимостью интенсификации процессов памяти, внимания, мышления и управляющих функций (программирования, регуляции и контроля) в условиях дефицита времени. В связи с возрастающими нагрузками на психику детей школьного возраста особую значимость приобретают диагностика, профилактика и коррекция неблагоприятных изменений функционального состояния (ФС) ЦНС, базирующиеся на современных научных данных [1; 10; 13].

Высокая когнитивная нагрузка, реализуемая в условиях увеличения объема и сложности перерабатываемой информации, повышенных требований к скорости и точности выполнения учебных заданий, дефицита времени для принятия решений на фоне сниженной двигательной активности, является наиболее характерной причиной развития напряженности и стресса у учащихся [2]. Поэтому установле-

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

ние критериев соответствия когнитивной (информационной) нагрузки функциональным возможностям школьников, является одной из важнейших задач возрастной физиологии и педагогической психофизиологии [6].

Цель исследования - выявить особенности функционального состояния мальчиков и девочек 11-12 лет в условиях напряженных информационных нагрузок.

ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В исследовании принимали участие мальчики и девочки в возрасте 11-12 лет (п=176), отнесенные по состоянию здоровья к основной медицинской группе. Испытуемые не имели каких-либо противопоказаний для выполнения тестовых нагрузок. Организация исследования соответствовала требованиям Хельсинской декларации.

Функциональное состояние ЦНС анализировали на основе регистрации омега-потенциала (ОП) [8]. Регистрация осуществлялась с поверхности кожи головы с использованием портативной установки для исследования сверхмедленных электрических процессов головного мозга и слабополяризующихся хлорсеребряных электродов. В состоянии покоя на основании начальных значений омега-потенциала оценивали уровень активного бодрствования [8]. Определяли знак и величину омега-потенциала после выхода на плато и его изменения в условиях тестовых нагрузок.

Для оценки степени напряженности регуляторных систем использовали математический анализ сердечного ритма [14]. Определяли среднюю продолжительность R-R интервала (КИМЫ), моду (Мо), амплитуду моды (АМо), разброс кардиоинтервалов (МхЭМп), среднеквадратическое отклонение (8БМ№), стресс-индекс ^Г). Частота сердечных сокращений (ЧСС) рассчитывалась по 6-секундным отрезкам записи с пересчетом на 1 минуту.

Систолическое (СД) и диастолическое (ДД) артериальное давление крови регистрировали в соответствие с рекомендациями ВОЗ с помощью откалибро-ванного стандартного анероидного сфигмоманометра, цена делений шкалы которого составляла 2 мм рт.ст. Применяли адекватную возрасту детскую манжету. Рассчитывали среднее давление (САД), двойное произведение (ДП).

В качестве модели информационной нагрузки использовали работу буквенными корректурными таблицами. Обследование осуществлялось в состоянии покоя и в двух режимах работы: 1) автотемп; 2) максимальный темп при наличии «угрозы наказания». Перед выполнением первого задания испытуемым сообщалось, что они должны работать в удобном для себя темпе, а перед реализацией второго - им давалась инструкция, содержащая требование безошибочно работать с максимально возможной скоростью. В качестве «наказания» применялся стандартный набор порицающих замечаний и сильный звук.

По результатам выполнения корректурной пробы рассчитывали объем работы (А) и коэффициент продуктивности На этом основании определяли соотношения Q/ДЧСС, Q/ДSI, О/ДДП, А/ДЧСС, А/Д81, Л/ДДП, характеризующие физиологическую цену деятельности.

Статистическую обработку данных проводили с использованием пакета статистических программ. Значимость различий определялась посредством применения параметрических и непараметрических критериев достоверности оценок.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Анализ показателей ФС, зарегистрированных в состоянии покоя (таблица 1), свидетельствует о том, что между мальчиками и девочками в ряде случаев имеются существенные различия в уровне фоновой активированности. Так, установлено, что мальчики характеризовались более низкими значениями ОП, САД (р<0,05-0,01) по сравнению с девочками и превосходили их по величине ИДМЫ, Мо, МхБМп (р<0,01).

Таблица 1

Показатели функционального состояния (М±п) при спокойном бодрствовании у детей 11-12 лет

Показатель Фон

М Д

ОП, мВ 21,5+1,5 30,0+1,6***

СД, мм рт. ст. 108,3+1,5 110,6+1,7

ДД, мм рт. ст. 67,6+1,4 69,3+1,5

САД, мм рт. ст. 84,0+1,3 87,9+1,2*

ЧСС, уд/мин 84,5+1,5 87,3+1,4

ДП, отн.е. 91,8+1,8 96,6+1,9

ЖКМ с 0,75+0,01 0,71+0,01**

Мо, с 0,73+0,01 0,69+0,01**

МхБМп, с 0,31+0,01 0,27+0,01**

ЗБЫМ мс 63,5+5,1 61,4+4,9

АМо, % 43,6+1,8 46,0+1,9

31, отн.е. 118,4+14,7 127,2+12,6

В ходе дальнейшей работы изучалась динамика психофизиологических показателей ФС в условиях информационной нагрузки различной степени сложности (рис. 1-2). Выполнение когнитивного задания в режиме автотемпа сопровождалось изменениями ряда изучаемых переменных по сравнению с состоянием относительного покоя. Сопоставление изменений ФС при информационной нагрузке, реализуемой в режиме автотемпа, позволило выявить существенные различия (р<0,01) между мальчиками и девочками в отношении некоторых изучаемых показателей. Эти различия касались RRNN, Мо и MxDMn (рис. 1).

Анализ индивидуальных изменений ФС на нагрузку в режиме автотемпа показал, что у детей 11 -12 дет, так же как и у взрослых, можно выделить комплексы реакций в виде противоположных сдвигов ряда изучаемых показателей. Первый, преобладающий комплекс вегетативного реагирования по симпатическому типу (85 %), второй, менее распространенный - по парасимпатическому типу (15 %).

При реализации информационной нагрузки в режиме максимального темпа, выполняемой в условиях дефицита времени и угрозы «наказания», происходили наиболее существенные (р<0,01-0,001) изменения исследуемых физиологических переменных. В это время отмечалось дальнейшее увеличение ОП, ЧСС, АМо, SI, СД, ДД САД, ДП и уменьшение RRNN, Мо, MxDMn, SDNN. Рассматриваемая ступень информационной нагрузки вызывала у всех детей, независимо от исходного вегетативного тонуса и индивидуальных психологических особенностей, повышение уровня активации ЦНС. Важно отметить, что вегетативное реагирование по симпатическому типу явилось доминирующим типом реагирования на информационную нагрузку, выполняемую с максимальной скоростью в условиях дефицита времени.

%

270 240 210 180 150 120 90 +60 -30 40

Мальчики 11-12 лет

СД ДД САД ЧСС ДП РРЫЫ Мо МхОМп БОЫЫ АМо Б!

Фон  Автотемп  Максимальный темп

% 300

Девочки 11-12 лет

250 200 150 100 50 0

ОП

СД

ДД САД ЧСС ДП РРШ Мо МхОМп БОНЫ АМо Б!  Фон  Автотемп  Максимальный темп

ОП

Рис. 1. Показатели ФС в различных экспериментальных ситуациях Примечание. За 100 % приняты показатели ФС мальчиков

Дифференциальный анализ изменений ФС при информационной нагрузке, реализуемой в максимальном темпе, выявил существенные различия (р<0,05) между мальчиками и девочками в отношении таких показателей как Q и Q/ЧСС (рис. 2).

Полученные нами данные о существовании у мальчиков и девочек 11-12 лет двух крайних типов вегетативного реагирования на информационную нагрузку, реализуемую с комфортной скоростью, согласуются с результатами других работ. Как известно, наиболее часто, выделяют взрослых людей с противоположным типом вегетативного реагирования. Одна группа субъектов реагирует на информационную нагрузку по симпатическому, а другая - по парасимпатическому типу [4; 9]. Исследования индивидуальных особенностей вегетативного проявления реакции активации, выступают в поддержку представления о том, что различные комплексы вегетативного реагирования, зависящие не только от характера выполняемого задания, но и от индивидуальных психологических и физиологических особенностей субъекта, в конечном счете, определяются разными типами функционирования модулирующей системы мозга [7; 6].

%

120 100 80 60 40 20 0

Мальчики 11-12 лет

%

120 100 80 60 40 20 0

Девочки 11-12 лет

А/ДП

Q/ЧСС

О/Б!

Q/ДП

Автотемп  Максимальный темп

А

А

О

Рис. 2. Показатели эффективности деятельности в различных экспериментальных ситуациях Примечание. За 100 % приняты показатели эффективности деятельности у мальчиков

Известно, что существуют два типа процессов активации, сопровождающих целенаправленную деятельность: продуктивная, базирующаяся на ориентировочно-исследовательском поведении, и непродуктивная, связанная с различными формами оборонительного поведения [5]. Полученные данные свидетельствуют, что реализация нагрузки в режиме автотемпа осуществляется на фоне продуктивной активации. Возрастание требований, предъявляемых условиями тестирования к переработке информации при нагрузке в максимальном темпе, по-видимому, вызывает подавление ориентировочного рефлекса и замещение его оборонительным, что характерно для непродуктивной активации, в частности, при стрессе.

Понятно, что происходящие в острую фазу стресса неспецифические процессы направлены не только на подавление ориентировочных реакций и усиление оборонительных [6], но и на мобилизациию энергетических и структурных ресурсов организма [3; 11; 15], обеспечение адекватного кровоснабжения жизненно важных органов, поддержание «заданного» уровня артериального давления и сохранение объема жидкости [12].

Обнаруженные у детей 11-12 лет половые различия в уровне фоновой активи-рованности, характере вегетативного реагирования на информационную нагрузку и эффективности ее реализации, в значительной степени обусловлены гетеро-хронностью созревания структур ЦНС, определяющих специфику когнитивных процессов на этом этапе развития [13], а также особенностями функционирования модулирующей системы мозга и систем вегетативного обеспечения деятельности у мальчиков и девочек данного возраста.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучение ФС показало, что у детей 11-12 лет в условиях информационных нагрузок, реализуемых с комфортной скоростью, также как и у взрослых, обнаруживаются два противоположных комплекса вегетативных реакций обусловленных особенностями функционирования модулирующей системы мозга: реагирование по симпатическому типу и реагирование по парасимпатическому типу.

Установлено, что информационные нагрузки, реализуемые с максимальной скоростью, вызывают у детей 11-12 лет повышение уровня активации ЦНС, сдвиг вегетативного баланса в сторону преобладания активности симпатического отдела ВНС, усиление центральных регуляторных влияний на ритм сердца и стимуляцию системной гемодинамики. Эти данные дают основание полагать, что доминирующим видом реагирования на «максимальную» информационную нагрузку является комплекс вегетативных реакций по симпатическому типу. Подобные сдвиги показателей ФС рассматриваются как проявление функционального напряжения, направленного на мобилизацию ресурсов организма для обеспечения адекватной степени результативности интенсивной когнитивной деятельности.

В состоянии спокойного бодрствования и при информационной нагрузке, реализуемой с комфортной скоростью, по ряду параметров ФС выявлены половые различия в уровне активации, проявляющиеся в более экономичном функционировании у мальчиков систем вегетативного обеспечения по сравнению с девочками.

При информационной нагрузке, реализуемой с максимальной скоростью, девочки превосходили мальчиков по некоторым показателям продуктивности и цены деятельности. Последнее может свидетельствовать о том, что они выполняют когнитивные задания подобного типа с более высокой эффективностью, чем мальчики.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Баранов А.А. Состояние здоровья детей в Российской Федерации // Педиатрия. Журнал им. Г. Н. Сперанского. - 2012. - Том 91, N 3. - С. 9-14.

2. Бодров В.А. Информационный стресс. - М.: ПЕР СЭ, 2000. - 352 с.

3. Гринберг Дж. Управление стрессом / Дж. Гринберг. - СПб.: Питер, 2002. -496 с.

4. Данилова Н.Н. Зависимость сердечного ритма от тревожности как устойчивой индивидуальной характеристики / Н.Н. Данилова [и др.] // Журн. высш. нервн. деят. - 1995. - Т.45, № 6. - С. 647-660.

5. Данилова Н.Н. Психофизиологическая диагностика функциональных состояний. - М.: Изд-во МГУ, 1992. 192 с.

6. Данилова Н.Н. Психофизиология. - М.: Аспект Пресс, 2008. - 324 с.

7. Данилова Н.Н., Коршунова С.Г., Соколов Е.Н. Показатели сердечного ритма при решении человеком арифметических задач // Журн. высш. нервн. деят. -1994. Т. 44. - Вып. 6, № 4-5. - С. 932-943.

8. Илюхина В.А. Психофизиология функциональных состояний и познавательной деятельности здорового и больного человека. - СПб.: Изд-во Н-Л, 2010. -368 с.

9. Коршунова С.Г. Эффективность решения умственных задач и вариантность сердечного ритма // Вестн. МГУ. Сер. 14, Психология. - 1996. - № 1. - С. 31-41.

10. Кучма В.Р., Соколова С.Б. Поведение детей опасное для здоровья: современные тренды и формирование здорового образа жизни. - М.: ФБГНУ НЦДЗ, 2014. - 160 с.

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

12. Теппермен Дж, Теппермен Х. Физиология обмена веществ и эндокринной системы. - М.: Мир, 1989. - 656 с.

13. Физиология развития ребенка: Руководство по возрастной физиологии / Под ред. Безруких М.М., Фарбер Д.А. - М.: Изд-во Московского психолого-социального института, 2010. 768 с.

14. Шлык Н.И. Сердечный ритм и тип регуляции у детей, подростков и спортсменов. — Ижевск: Изд-во «Удмуртский университет», 2009. - 259 с.

15. Sothmann M.S. The cross-stressor adaptation hypothesis and exercise training // Psychobiology of physical activity / Eds. Acevedo E.O., Ekkekakis P. Champaign: Human Kinetics Publishers. - 2006. - P. 152.