Психофизиологические показатели функционального состояния детей 9-10 лет при информационной нагрузке

ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ДЕТЕЙ 9-10 ЛЕТ ПРИ ИНФОРМАЦИОННОЙ НАГРУЗКЕ

М.Б. Чернова *, И.А. Криволапчук 1*, В.В. Мышъяков ** *ФГНУ “Институт возрастной физиологии " Российской академии образования, Москва **Учреждение образования “Гродненский государственный университет имени Янки Купалы ", Гродно

Изучение психофизиологической реактивности детей 9-10 лет (n=145) показало, что информационные нагрузки вызывают у них повышение уровня неспецифической активации ЦНС и возрастание напряжения механизмов регуляции физиологических функций. Установлено, что у школьников 9-10 лет физиологическая стоимость работы в комфортном режиме ниже, чем нагрузки в максимальном темпе. Падение эффективности работы 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. Данное обстоятельство необходимо учитывать при разработке эффективных профилактических мероприятий, направленных на оптимизацию функционального состояния школьников 9-10 лет.

Ключевые слова: функциональное состояние, психофизиологическая реактивность, информационная нагрузка, активация ЦНС.

Psychophysiological indices offunctional status of 9-10-year-old children with information overload. The study of the psychophysiological reactivity in children at the age of 9-10 years old (n=145) during mental performance at optimal and maximum rates showed that informational load caused functional strain. The physiological cost of work at a comfortable rate was lower than at the maximum rate. The decrease in work efficiency of the second task was probably caused by the increase in activation of the brain modulating system which resulted from higher emotional activation as compared to the subsystem of nonemotional activation providing energy supply for the activity. This fact should be taken into account when elaborating effective preventive measures aimed at optimized functional states in children at this age.

Key words: functional state, psychophysiological reactivity, information load, CNS activation.

В настоящее время становится очевидным, что функциональное состояние (ФС) детей может быть адекватно оценено только на основе учета процессов адаптации к условиям обучения и воспитания [2; 28; 32]. Для понимания общих закономерностей адаптации школьников к образовательной среде, большое значение имеют исследования приспособительных реакций организма учащихся к напря-

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

женным психосоциальным нагрузкам, отражающим специфику современного обучения [3, 4, 15, 20]. Несмотря на то, что учебные нагрузки и условия, в которых проходят занятия, как правило, далеки от экстремальных, они оказывают выраженное воздействие на психофизиологические функции учащихся, вызывая напряжение механизмов регуляции и значительную мобилизацию ресурсов организма [5, 32].

Известно, что одинаково хорошие результаты когнитивной деятельности субъекта могут быть достигнуты при весьма разных величинах энергетических затрат организма на фоне различного уровня функционирования физиологических систем и, соответственно, за счет неодинаковой «биологической цены» адаптации [6, 7, 14, 21]. Поскольку приспособительные возможности детского организма весьма ограничены, то неадекватные по интенсивности и продолжительности нагрузки, вызывающее функциональное напряжение, выраженную перестройку деятельности ведущих физиологических систем, при определенных условиях могут привести к снижению работоспособности, истощению функциональных резервов, развитию скрытой, а затем и явной патологии [18, 22, 23, 26]. В связи с этим рациональная организация учебного процесса, позволяющая уменьшить физиологическую цену адаптации и повысить эффективность обучения во многом должна базироваться на учете возрастных и индивидуальных особенностей изменений ФС учащихся в условиях умственных нагрузок различной степени сложности.

Целью настоящего исследования явилось изучение особенностей функционального состояния детей 9-10 лет при информационной нагрузке различной интенсивности.

ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В качестве модели информационной нагрузки использовали работу с буквенными корректурными таблицами В.Я. Анфимова. Обследование осуществлялось 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.

Для воспроизведения состояния напряжения в качестве «наказания» использовались порицающие замечания и сильный звук. Физиологические показатели регистрировали в состоянии спокойного бодрствования, при выполнении тестовых нагрузок и в период восстановления.

В исследовании приняли участие 145 детей 9-10 лет, отнесенных по состоянию здоровья к основной медицинской группе. Родители дали письменное согласие на основе полной информации на участие их ребенка в исследовании. В дополнение к разрешению родителей, дети также давали информированное согласие. Протокол исследования одобрен ФГНУ ИВФ РАО.

Измерение омега-потенциала (ОП) - интегрального показателя, характеризующего ФС ЦНС, осуществлялось с поверхности кожи головы с использованием портативной установки для исследования сверхмедленных физиологических процессов головного мозга [10]. В состоянии покоя определяли величину ОП после вы-

хода на плато. Этот показатель отражает уровень ФС в условиях оперативного покоя и неспецифическую резестентность организма к стрессорным воздействиям.

[9].

Запись сердечного ритма проводилась на одноканальном электрокардиографе ЭК1Т-07 «Аксион» с дополнительной возможностью подключения к персональному компьютеру. Клейкие электроды фиксировались на левой стороне груди в отведении по Небу. Для построения вариационных пульсограмм анализировались 100 последовательных кардиоинтервалов [1]. При этом определяли среднюю продолжительность R-R интервала (M), моду (Мо), амплитуду моды (АМо), вариационный размах (АХ), среднеквадратическое отклонение (ctRR), индекс напряжения (ИН). Частота сердечных сокращений (ЧСС) подсчитывалась по 6-секундным отрезкам записи с пересчетом на 1 минуту.

Систолическое (СД) и диастолическое (ДД) давление крови измеряли с применением манжеты должных размеров в соответствии с рекомендациями Всемирной организации здравоохранения и Society for Psychophysical Research [30]. Рассчитывали также среднее давление (САД) и двойное произведение (ДП).

Перед выполнением каждого задания у испытуемых с помощью варианта 8-цветового теста Люшера в модификации Собчик [16] определяли индекс ситуативной тревожности (ИТ).

По результатам выполнения корректурной пробы рассчитывали объём работы (А) и коэффициент продуктивности (Q). Для оценки эффективности деятельности определяли соотношения Q/ЧСС, Q/ИН, Q/ДП, A/ЧСС, A/ИН, A/ДП [13].

Статистическую обработку результатов исследования проводили с помощью пакета прикладных программ Microsoft Excel и Statistica. Определялись основные статистические характеристики ряда измерений, проводилась проверка статистических гипотез.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Материалы исследования, содержащие информацию об особенностях ФС мальчиков и девочек 9-10 лет в состоянии спокойного бодрствования и в условиях тестовых нагрузок, представлены в табл. 1, 2.

Полученные данные свидетельствуют о том, что в состоянии мобилизационной готовности за 1,5 минуты до начала выполнения тестирующей нагрузки во всех группах обследуемых отмечались существенные (p<0.05-0.001) сдвиги изучаемых показателей по сравнению с состоянием относительного покоя.

В этот период происходило отчётливое увеличение ОП, ЧСС, АМо, ИН, СД, ДД, САД, ДП и уменьшение М, Мо, AX, ctRR. Такие изменения психофизиологических показателей ФС рассматриваются как проявление эмоционального напряжения, направленного на мобилизацию энергетических и пластических ресурсов организма с целью обеспечения адекватной степени результативности предстоящей когнитивной деятельности. Известно, что оптимальные сдвиги уровня неспецифической активации способствуют улучшению восприятия, переработки и анализа информации в высших отделах ЦНС [5, 6, 29].

Реализация информационной нагрузки в режиме автотемпа сопровождалась дальнейшим нарастанием психофизиологических сдвигов ФС (табл. 2). При этом

изменения ряда параметров носили статистически достоверный ф<0,05-0,001) характер, свидетельствуя о повышении уровня неспецифической активации, сдвиге вегетативного баланса в сторону преобладания активности симпатического отдела ВНС, усилении центральных регуляторных влияний на сердечный ритм

Таблица 1

Показатели функционального состояния детей 9-10 лет в условиях спокойного бодрствования

Показатель Фон

М Д

ОП, мВ 25,0+1,6 23,53+1,5

СД, мм рт. ст. 91,4±1,4 93,429±1,3

ДД, мм рт. ст. 64,0±1,2 65,9±1,1

САД, мм рт. ст. 73,5±1,0 75,4±0,9

ЧСС, уд/мин 90,0±1,5 89,6±1,3

ДП, у.е. 83,6±2,2 85,0±2,1

М, с 0,65±0,01 0,63±0,01

Мо, с 0,65±0,01 0,63±0,01

АХ, с 0,18±0,01 0,19±0,01

cRR, с 63,4±6,9 55,1±3,0

АМо, % 40,9±2,4 37,6±2,1

ИН, у.е. 295,7±63,3 251,0±55,6

Тревога, балл 2,65±0,44* 1,50±0,37

Примечание. Достоверность различий между мальчиками (М) и девочками (М): * — р< 0,05; ** — р< 0,01; *** — р< 0,001.

Информационная нагрузка в режиме максимального темпа работы (см. табл. 2), выполняемая в условиях дефицита времени и угрозы «наказания», вызывала наиболее существенные сдвиги изучаемых психофизиологических показателей ФС ф<0,01-0,001). При этом важно отметить, что у значительной части обследованных детей, выполнение тестового задания с максимальной скоростью обусловливало физиологические изменения, соответствующие сдвигам, наблюдаемым при легкой физической работе. В целом, количество мальчиков и девочек с избыточной психофизиологической реактивностью превышало 15 %. Полученные данные свидетельствуют о большем напряжении корково-стволовых и лимбико-ретикулярных механизмов регуляции ФС, повышенной психоэмоциональной лабильности и сниженной устойчивости к действию неблагоприятных факторов у гиперреактивных детей 9-10 лет.

Сравнение количественных и качественных параметров умственной работоспособности, полученных при разных режимах деятельности, показало, что количество просмотренных знаков (А) за время работы в максимальном темпе увеличивается ф<0,001), тогда как коэффициент продуктивности ^) - снижается (см. табл. 2). Установлено, что переход от первого режима работы ко второму, в ряде случаев,

сопровождается увеличением психофизиологических «затрат» на переработку одного и того же объёма значимой информации. Об этом свидетельствует уменьшение таких показателей как Q/ДП ф<0,5-0,01), Q/ЧСС ф<0,5), Q/ИН. В ранее опубликованных работах авторов данной статьи выявлена сходная динамика изучаемых показателей ФС при реализации информационной нагрузки с комфортной и максимальной скоростью у детей других возрастных групп [13, 12].

Таблица 2

Показатели функционального состояния детей 9-10 лет в условиях информационной нагрузки

Показатель Информационная нагрузка

Автотемп Максимальный темп

М Д М Д

ОП, мВ 34,9+1,5™ 30,9+1,7ххх 41,8+1,7ххх 38,3+1,5ххх

СД, мм рт. ст. 93,7±1,5 94,9±1,3 98,4±1,4ххх 101,7±1,2ххх

ДД, мм рт. ст. 65,2±1,3 66,5±1,1 67,1±1,2ххх 69,1±1,3хх

САД, мм рт. ст. 74,4±1,2 75,7±0,9 76,8±1,0ххх 79,3±1,1ххх

ЧСС, уд/мин 93,2±1,2хх 94,0±1,7ххх 102,3±1,4ххх 105,3±1,7ххх

ДП, у.е. 86,6±2,0х 88,6±2,4х 99,9±2,3 106,4±2,6ххх

М, с 0,65±0,01** 0,61±0,01хх 0,62±0,01* 0,59±0,01хх

Мо, с 0,65±0,01* 0,61±0,01х 0,63±0,01** 0,59±0,01хх

АХ, с 0,13±0,01ххх 0,15±0,01ххх 0,14±0,01 0,14±0,01ххх

cRR, с 59,0±6,0 48,1±3,2 42,6±2,1х 50,5±4,0

АМо, % 45,2±2,1х 40,9±1,8 43,8±1,5 42,4±2,2хх

ИН, у.е. 354,2±37,6 323,9±49,2 453,5±55,5хх 372,0±71,6хх

А, кол-во зн. 142,6±6,3 160,1±7,9 180,2±11,5+++ 188,9±10,6+++

А/ЧСС, у.е. 1,55±0,08 1,71±0,08 1,83±0,13+ 1,84±0,10

А/ИН, у.е. 0,73±0,10 0,88±0,12 0,91±0,14 0,91±0,11

А/ДП, у.е. 1,70±0,09 1,8±0,09 1,91±0,13 1,85±0,11

Q, уе. 10,9±0,5 11,9±0,5* 10,1±0,7 10,2±0,6+

Q/ЧСС, у.е. 0,11±0,01 0,13±0,01* 0,10±0,01 0,10±0,01+

Q/ИН, у.е. 0,06±0,01 0,07±0,01 0,05±0,01 0,05±0,01

Q/ДП, у.е. 0,13±0,01 0,14±0,01 0,10±0,01+ 0,10±0,01++

Тревога, балл 2,67±0,46 1,62±0,35 2,98±0,48 1,76±0,40

Примечание: Достоверность сдвигов на нагрузку по отношению к уровню покоя: Х—р< 0,05;хх—р<°0,01;ххх—р< 0,001.

Достоверность сдвигов по отношению режиму “автотемп": + — р< 0,05; ++ — р<°0,01; +++ — р< 0,001.

Остальные обозначения см. таблицу 1.

Эти результаты сходны с имеющимися в литературе сведениями относительно психофизиологических изменений ФС при выполнении тестовых заданий. Повышение уровня неспецифической активации ЦНС у детей и подростков при напряженных информационных нагрузках, выполняемых в условиях дефицита времени,

наблюдалось в большом количестве исследований [8, 25, 26, 31, 34]. Важно отметить, что сдвиги рассматриваемых физиологических показателей ФС, зарегистрированные при работе в максимальном темпе, вполне сопоставимы с изменениями, выявленными другими авторами у детей данной возрастной группы при активном психологическом стрессе [18, 19, 20, 24, 27, 33].

Таким образом, у школьников 9-10 лет биологическая цена работы в комфортном режиме ниже, чем в максимальном темпе. Падение эффективности работы 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. Это, в частности, подтверждается тенденцией увеличения ИТ по мере перехода от состояния покоя к работе в максимальном темпе.

Анализ материалов исследования показал, что по большинству рассматриваемых параметров различия между мальчиками и девочками отсутствуют (см. табл. 1, 2). Вместе с тем, мальчики отличались (р<0,01) от девочек большей длительностью ЯЯ-интервала (М и Мо) при тестовых нагрузках, тогда как девочки превосходили (р<0,05) мальчиков по некоторым показателям эффективности выполнения работы режиме автотемпа ^, Q/ЧСС). Девочки характеризовались также меньшим уровнем ситуативной тревожности по тесту Люшера в фоновом состоянии (р<0,05). Обнаруженные различия, вероятно, обусловлены спецификой функционирования генетических систем, контролирующих процессы роста и развития мальчиков и девочек на данном этапе онтогенеза [11]. Следует также отметить, что более высокая продуктивность и эффективность выполнения информационной нагрузки в режиме автотемпа у школьниц, по-видимому, является отражением хорошо известного феномена общего опережения девочками на 1 -2 года по степени физиологической зрелости мальчиков с момента рождения до взрослого состояния [17].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучение психофизиологических изменений ФС детей 9-10 лет показало, что информационные нагрузки вызывают у них повышение уровня неспецифической активации ЦНС и возрастание напряжения механизмов регуляции физиологических функций. Подобные сдвиги изучаемых показателей рассматриваются как проявление функциональной напряженности, направленной на мобилизацию адаптационных резервов организма с целью обеспечения адекватной степени результативности деятельности.

Переход от первого режима работы ко второму сопровождается нарастанием активности симпатического отдела ВНС и, в ряде случаев, увеличением психофизиологических «затрат» на переработку значимой информации. Последнее свидетельствует о том, что психофизиологическая цена работы в комфортном режиме у детей 9-10 лет ниже, чем при нагрузке в максимальном темпе.

Установлено отсутствие статистически значимых гендерных различий в отношении большинства рассматриваемых показателей ФС как при спокойном бодрствовании, так и в условиях информационной нагрузки. Вместе с тем, выявленные

различия, касающиеся весьма ограниченного числа переменных, по-видимому, являются отражением феномена общего опережения девочками в ходе онтогенеза по темпам развития мальчиков.

Анализ материалов исследования показал, что более 15 % детей 9-10 лет характеризуются избыточной психофизиологической реактивностью. Данное обстоятельство необходимо учитывать при разработке эффективных профилактических мероприятий, направленных на оптимизацию ФС школьников данного возраста.

Работа поддержана грантом РГНФ (№ 12-06-00037а).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Баевский Р.М., Кириллов О.И., Клецкин С.З. Математический анализ изменений сердечного ритма при стрессе. - М.: Медицина, 1984. - 220 с.

2. Баранов А.А., Кучма В.Р., Сухарева Л.М. Медицинские и социальные аспекты адаптации современных подростков к условиям воспитания, обучения и трудовой деятельности: Руководство для врачей. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2007. - 350 с.

3. Безруких М.М. Здоровьесберегающая школа. - М.: Московский психологосоциальный институт, 2004. 240 с.

4. Бориско Г.А. Особенности адаптационных реакций сердечно-сосудистой системы у здоровых детей и подростков и с первичной артериальной гипертензией при эмоциональном напряжении: автореф. дис. ... канд. мед. наук. - Харьков, 1986. - 16 с.

5. Данилова Н.Н. Психофизиология. - М.: Аспект Пресс, 1998. - С. 324.

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

7. Данилова Н.Н., Коршунов Е.Н., Соколов Е.Н. Показатели сердечного ритма при решении человеком арифметических задач // ЖВНД. - 1994. -Т. 44. - Вып. 6.

- № 4-5. - С. 932-943.

8. Демидов В.А., Мальцев Д.Н., Мавлиев Ф.А. Влияние повышенной двигательной активности на крадиодинамическую устойчивость подростков в условиях напряженной информационной нагрузки // Физиология человека. - 2008. - Т. 34, № 4. - С. 133-140.

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

10. Илюхина В.А., Заболотских И.Б. Энергодефицитные состояния здорового и больного человека. - СПб.: Институт мозга человека РАН, 1993. - 192 с.

11. Корочкин Л.И. Биология индивидуального развития (генетический аспект). - М.: Изд-во МГУ, 2002. - 262 с.

12. Криволапчук И.А. Кондиционные двигательные способности и неспецифическая реактивность детей младшего школьного возраста на различные виды нагрузок // Новые исследования. - 2008. - № 4. - С. 38-50.

13. Криволапчук И.А., Сухецкий В.К. Психофизиологическая характеристика функционального состояния подростков на разных стадиях полового созревания в условиях информационной нагрузки // Физиология человека. - 2005. - Т. 31, № 6. -С. 13-25.

14. Леонова А.Б., Кузнецова А.С. Психопрофилактика стрессов. - М.: Изд-во Москв.ун-та, 1993. - 124 с.

15. Развитие мозга и формирование познавательной деятельности ребенка / Под ред. Д.А. Фарбер, М.М. Безруких. - М.: Изд-во Московского психолого-со-циального института, 2009. - 432 с.

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

17. Харрисон Дж., Уайнер Дж., Тэннер Дж. и др. Биология человека. - М.: Мир, 1979. - 611 с.

18. Allen M.T., Hogan A.M., Laird L.K. The relationships of impulsivity and cardiovascular responses: the role of gender and task type// Int. J. Psychophysiol. - 2009. -Vol. 73, №3. - P. 369-376.

19. Allen M.T., Matthews K.A., Sherman F.S. Cardiovascular reactivity to stress and left ventricular mass in youth // Hypertension. - 1997. - Vol. 30, № 4. - Р. 782-787.

20. Chen E., Matthews K.A., Salomon K., Ewart C.K. Cardiovascular reactivity during social and nonsocial stressors: do children's personal goals and expressive skills matter? // Health Psychol. - 2002. - Vol. 21, № 1. - Р. 16-24.

21. Dahl R.E., Gunnar M.R. Heightened stress responsiveness and emotional reactivity during pubertal maturation: implications for psychopathology// Dev Psychopathol. 2009. - Vol. 21, №1. - P. 1-6.

22. De Visser D.C., van Hooft I.M., van Doornen L.J. et al. Cardiovascular response to mental stress in ffspring of hypertensive parents: the Dutch Hypertension and Offspring Study // J. Hypertens. - 1995. - Vol. 13, № 8. - Р. 901-908.

23. Dobkin P.L., Treiber F.A., Tremblay R. Cardiovascular reactivity in adolescent boys of low socioeconomic status previously characterized as anxious, disruptive, anxious-disruptive or normal during childhood // Psychother Psychosom. - 2000. - Vol. 69, № 1. - Р. 50-56.

24. Ferrara L.A., Mainenti G., Fasano M.L. et al. Cardiovascular response to mental stress and to handgrip in children. The role of physical activity // Jpn Heart J. - 1991. -Vol. 32, № 5. - P. 645-654.

25. Krivolapchuk I. A., Chernova M. B. Physical performance and psychophysio-logical reactivity of 7-8 year-old children to different types of exercise // Medicina dello Sport. 2012. 65(2). - P. 173-185.

26. Lambiase M.J., Dorn J., Roemmich J.M. Systolic Blood Pressure Reactivity During Submaximal Exercise and Acute Psychological Stress in Youth // Am J Hypertens. - 2013. - Vol. 26, №3. - P. 409-415.

27. Musante L., Raunikar R.A., Treiber F. et al. Consistency of children's hemodynamic responses to laboratory stressors // Int. J. Psychophysiol. - 1994. - Vol. 17, № 1. -Р. 65-71.

28. Piekarska A. School stress, teachers' abusive behaviors, and children's coping strategies // Child Abuse Negl. - 2000. - Vol. 24, № 11. - P. 1443-1449.

29. Routtenberg A. The Two-arousal limbic system / A. Routtenberg // Psychol. Rev. - 1968. - Vol. 75, № 2. - P. 115-119.

30. Shapiro D., Jamner L.D., Lane J.D. et al. Blood pressure publication guidelines. Society for Psychophysical Research Psychophysiology. - 1996 - Vol. 33. №1. - P. 1-

12.

31. Taras H.L., Sallis J.F. Blood pressure reactivity in young children: comparing three stressors // J. Dev. Behav. Pediatr. - 1992 - Vol. 13. №1. - P. 41-45.

32. Torsheim T., Aaroe L.E., Wold B. School-related stress, social support, and distress: prospective analysis of reciprocal and multilevel relationships // Scand. J. Psychol.

- 2003. - Vol. 44, № 2. - P. 153-159.

33. Verhaaren H.A., Schieken R.M., Schwartz P. et al. Cardiovascular reactivity in isometric exercise and mental arithmetic in children // J. Appl. Physiol. - 1994. - Vol. 76, № 1. - P. 146-150.

34. Wolff B.C., Wadsworth M.E., Wilhelm F.H., Mauss I.B. Children’s vagal regulatory capacity predicts attenuated sympathetic stress reactivity in a socially supportive context: Evidence for a protective effect of the vagal system // Development and Psychopathology - 2012 - P. 677-689.