Особенности функционального состояния мозга младших школьников

Информативным показателем, ха­рактеризующим функциональные воз­можности мозга ребенка к началу обу­чения, является формирование в ЭЭГ покоя альфа-ритма как доминирую­щей формы активности. Структурный метод анализа ЭЭГ по совокупности признаков показал, что у большинства нормально развивающихся и хорошо успевающих школьников 7-8 лет альфа-ритм с ведущей частотой 9 Гц но­сит регулярный характер (рис. 25). Регулярный характер альфа-ритма отражает качественные перестройки структурно-функциональной органи­зации мозга в направлении усиления роли нейронного аппарата коры в корково-подкорковом взаимодействии. Морфологической основой является формирование корковых нейронных сетей, обеспечивающих межцентраль­ную интеграцию в состоянии относи­тельного покоя. Появление регуляр­ного ритма определяет оптимальную готовность к сканированию информа­ции и организации деятельности.

Важной особенностью младших школьников является большой инди­видуальный разброс темпов развития, достигающий на этом возрастном этапе 1—1,5 лет. Хотя у большинства детей существенные сдвиги в форми­ровании альфа-ритма происходят от 5 к 7 годам, у некоторых признаки его становления как показателя со­зревания нейронного аппарата коры больших полушарий к 7 годам не

Рис.25. Характеристика основного ритма ЭЭГ в трех возрастных группах детей с хорошей успеваемос­тью и при трудностях обучения. По вертикальной оси - частота встречаемости различных вариантов альфа-ритма.\

проявляются, характеристика этого ритма соответствует таковой 5-6-лет­них. Дети с отставанием в развитии коры больших полушарий испыты­вают трудности в процессе обучения. Подробно вопрос о трудностях обуче­ния будет рассмотрен в главе 17.

Периоды структурно-функциональ­ных перестроек характеризуются пластичностью, высокой чувстви­тельностью (сенситивностью) к вне­шним воздействиям и требуют боль­ших энергетических затрат, что приводит к напряжению гомеостатических механизмов адаптации. Следствием этого является неста­бильность показателей функцио­нирования коры больших полуша­рий первоклассников в течение года (рис. 26), особенно выраженная у незрелых детей. К концу младше­го школьного возраста, к 9-10 годам, функциональное состояние стаби­лизируется, и основные характе­ристики альфа-ритма остаются по­стоянными на протяжении учебно­го года.

Зрительное восприятие

Прогрессивное созревание ней­ронного аппарата коры больших полушарий, ее проекционных и ассо­циативных отделов создает предпо­сылки для перехода системы воспри­ятия на качественно иной уровень функционирования. Отдельные кор­ковые зоны как компоненты системы начинают специализированно участ­вовать в осуществлении различных зрительных операций.

В отличие от 3—4-летних детей, ВП которых имеют сходную конфи­гурацию и реактивность в проекци­онной и заднеассоциативных отде­лах коры, ВП в 6-7-летнем возрасте при сохранении сходства в их конфи­гурации существенно отличаются по реактивности к характеристикам стимула. Зрительная проекционная кора, нейронный аппарат которой настроен на прием и анализ физичес­ких характеристик стимула, преиму­щественно включается в операцию выделения контурно-контрастных границ, базирующуюся на функци­онировании рецептивных полей, от­ветственных за эту операцию. Это проявляется в избирательном увели­чении в затылочной коре сенсорно-специфического компонента ВП (позитивность Р130) в ответ на предъяв­ление черно-белого рисунка шахмат­ного поля по сравнению с диффуз­ным засветом экрана (рис.27).

При предъявлении более сложных изображений, например, схематичес­кого изображения лица, тот же по­зитивный компонент максимально увеличивается в ВП височно-теменно-затылочной ассоциативной зоны.

Рис.26. Динамика частотного спектра ЭЭГ детей 7-8 лет (I класс) и 9-10 лет (III класс) в течение учеб­ного года. Отмечается стабилизация параметров альфа-ритма к 9-10-летнему возрасту.

Рис27. Специализация каудальных областей коры в зрительном восприятии. Максимальные изменения позитивности ВП затылочной области в ответ на шахматный рисунок (I), височно-теменно-затылочной - на схематическое изображение лица (III). На II - достоверные изменения амплитуды компонентов ответа на структурированные изображения по сравнению с засветом экрана.

У части детей этого возраста спе­циализация заднеассоциативных об­ластей выражена сильнее. В ВП височно-теменно-затылочной области начинает доминировать по амплиту­де и обнаруживать максимальную реактивность другой, характерный для более старших детей и взрослых, компонент - N200. С этим компонен­том связываются более сложные опе­рации, включающие сличение со следами в памяти.

Переход системы восприятия на качественно иной уровень организа­ции существенно расширяет воз­можности анализа и опознания зри­тельных стимулов. Это коррелирует с психофизиологическими исследо­ваниями времени реакции выбора сигнального стимула из различного числа альтернатив. Показано, что у детей 6-7 лет могут быть выработа­ны эталоны для опознания стимулов значительной сложности - таких, как набор хаотично расположенных черных и белых квадратов (вероят­ностные текстуры), несмотря на то, что с такими изображениями ребе­нок не сталкивался в индивидуальном опыте. Такая операция не осу­ществлялась в 3-4 летнем возрасте.

Анализ ССП при предъявлении задач, требующих опознания и кате­горизации объекта, показал, что в отдельные операции процесс воспри­ятия в 7-летнем возрасте и в особен­ности с 9-10 лет специализированно вовлекаются не только заднеассоциативные, но и переднеассоциативные отделы коры - лобные области, с которыми связана оценка значимо­сти стимула и его классификация.

Специализация проекционных, заднеассоциативных и переднеассоциативных областей в осуществлении операций сенсорного анализа, запечатлевания, опознания, классифи­кации обеспечивает высокую разре­шающую способность перцептивной функции, возможность восприятия новых сложных объектов и выработ­ки соответствующих эталонов, что способствует значительному обога­щению индивидуального опыта.

Этап перехода системы восприя­тия на другой уровень организации рассматривается как сенситивный период для развития информацион­ных процессов, составляющих осно­ву познавательной деятельности.

Качественные изменения системы восприятия коррелируют с существен­ными преобразованиями нейрон­ной организации, как проекционной зоны, так и ассоциативных областей коры, где к 7 годам отмечены дифференцировка формы и увеличение размеров нейронов III ассоциативно­го слоя. Значительные изменения претерпевает фиброархитектоника - увеличивается ширина пучков, ус­ложняются горизонтальные связи. Об интенсивном созревании нейрон­ного аппарата коры больших полушарий к 7-8 годам свидетельствуют данные, полученные при изучении локального церебрального метабо­лизма с помощью позитронно-эмиссионной топографии. В возрасте от 3 до 8 лет интенсивность метаболизма более чем вдвое выше, чем у взрос­лых, в то время как в 1-2 года она до­стигает уровня взрослого и после 9 лет значительно снижается. Столь высокий метаболизм в диапазоне от 3 до 8 лет авторы объясняют увели­чением числа синаптических контак­тов. Другое возможное объяснение состоит в повышении уровня обмена нуклеиновых кислот пирамидных нейронов к 7 годам.

. Несмотря на прогрессивное разви­тие, система восприятия 7-8-летних детей не достигает еще зрелого типа

(функционирования и к началу обучения в школе ее возможности доволь­но ограничены). Так, запоминание и опознание геометрических фигур в этом возрасте осуществляется по типу взрослого, а идентификация и разли­чение букв еще затруднены и требу­ют вовлечения более сложных механизмов. Инвариантность опознания в перцептивной сфере достигает вы­сокого уровня к 6 годам, а затем на­чинается дифференцирование этой способности в отношении сенсорных СТИМУЛОВ, С ОДНОЙ СТОРОНЫ, И СМЫС­ЛОВЫХ знаковых символов (буквенных и цифровых), - с другой. Сохраняю­щаяся в 7-8-летнем возрасте высокая недифференцированная инвариант­ность опознания становится помехой для идентификации некоторых букв и цифр, значение которых меняется при поворотах справа налево, сверху вниз (Р, Ь) и зеркальном вращении. В то же время это не касается букв симметричной конструкции (Н, А, 3) или заглавных и строчных (А и а), со­храняющих свое значение.

Одной из причин трудностей иден­тификации букв может быть недо­статочная сформированность их эталонов в перцептивной памяти. Возможность сличения букв с пер­цептивным эталоном ускоряет про­цесс их опознания, что важно для выработки навыка чтения. Несформированность механизмов запечатлевания букв необходимо учитывать при использовании скоростного кри­терия чтения.

Вторая причина связана с возрас­тными особенностями процесса кате­горизации зрительных стимулов. Достигая определенной степени зре­лости к 7 годам, механизмы катего­ризации в этом возрасте еще отличаются от свойственных взрослым.

У взрослых показано наличие двух принципов разделительного анали­за, лежащего в основе категориза­ции: анализ, основанный на полном описании всех признаков объекта, и/или на выборе определенного ин­формативного разделительного при­знака. Первый из этих способов - глобальное описание - связывается с правым полушарием, второй - с функциями левого.

Категоризация на основе полного описания является более простым процессом. Имеются данные, что в раннем возрасте ведущая роль в зри­тельном восприятии принадлежит правому полушарию, что и обеспечи­вает свойственный этому возрасту способ классификации. Категориза­ция, в основе которой лежит выбор ведущего разделительного призна­ка, требует сопоставления разных характеристик объекта, выделения значимой при игнорировании других, незначимых для данной задачи. Этот тип категоризации, осуществ­ляющийся с участием левого полу­шария, реализуется на более по­здних этапах развития.

В возрасте 6-7 лет правое полуша­рие, как и у взрослых, осуществля­ет полное описание объектов. Для левого полушария характерны опре­деленные возрастные особенности: на данном этапе развития при кате­горизации оно функционирует по­добно правому.

Механизмы, обусловливающие присущую взрослым полушарную ди­хотомию процесса категоризации, созревают в течение длительного периода индивидуального развития за пределами младшего школьного возраста.

Внимание и мотивация

Особенности познавательной дея­тельности на данном этапе развития во многом определяются спецификой мозговой организации внимания, которая на протяжении младшего школьного возраста претерпевает значительные изменения.

В 7-8 лет механизмы внимания, как непроизвольного, преобладаю­щего в этом возрасте, так и произ­вольного, носят черты незрелости. Реакция активации в электроэнце­фалограмме в ответ на новый стимул проявляется как в виде зрелой фор­мы (десинхронизация альфа-ритма), которая в этом возрасте отличается меньшей длительностью и большим латентным периодом по сравнению с детьми 9-10 лет, так и в виде ее он­тогенетического варианта (усиление тета-активности). Последнее свидетельствует о том, что активация, направленная на оценку информаци­онной составляющей среды, еще недостаточно сформирована и сохра­няется роль непосредственной при­влекательности стимула и его эмо­циональной окраски в процессе вни­мания.

Такая активация не стимулирует и не облегчает в полной мере даль­нейшего углубленного анализа ново­го стимула. Она направлена скорее на непосредственную оценку его эмо­циональной значимости, удовлетво­ряя потребность ребенка во впечат­лениях.

С 9-10 лет непроизвольное внима­ние организуется по типу взросло­го - реакция активации на новый сти­мул проявляется в виде длительной и генерализованной десинхронизации альфа-ритма. «Распад» сложив­шейся в состоянии покоя системы создает оптимальные условия для формирования новых функциональ­ных объединений и тем самым облег­чает анализ информации в коре боль­ших полушарий.

На протяжении младшего школь­ного возраста интенсивно формируют­ся механизмы произвольного внима­ния. К концу дошкольного периода, по мере прогрессивного созревания лобных областей появляется возмож­ность управления активационными влияниями в соответствии с задачей. Ребенок начинает осуществлять про­стейшее планирование своих бли­жайших действий и подчинять­ся инструкции взрослого, не всегда совпадающей с его собственными желаниями. Однако эта возмож­ность носит еще нестойкий харак­тер, и произвольная деятельность, организованная с помощью внимания, легко вытесняется интересны­ми занятиями, непосредственно при­влекающими ребенка.

Анализ пространственной синх­ронизации основного ритма ЭЭГ с ис­пользованием оценки функции Ког показал, что в ситуации предстимульного внимания, направленного на решение сенсорных задач разной модальности (слуховой, тактильной, зрительной), предъявляемых изоли­рованно в левое и правое полушарие, формируются функциональные объе­динения корковых областей с фоку­сом взаимосвязанной активности в проекционных корковых зонах - ви­сочной при слуховой задаче, центральной - при тактильной, затылоч­ной - при зрительной (рис. 28). Та­кая организация активности моз­говых структур при внимании в период, предшествующий деятель­ности, создает оптимальные условия их избирательного вовлечения в ре­шение конкретной модально специ­фичной задачи, тем самым, опреде­ляя его успешность.

На этом этапе онтогенеза мозговое обеспечение предстимульного вни­мания еще существенно отличается от зрелого типа особенностями внутриполушарной организации. У де­тей младшего школьного возраста, включая 9—10-летних, отсутствует свойственная взрослым полушарная дихотомия (см. гл. 7) - модально спе­цифичные функциональные объеди­нения у взрослых, характерные только для левого полушария, у де­тей формируются билатерально, и правое полушарие включается в организацию произвольного направ­ленного внимания аналогично лево­му. В этом, так же как и в мозговой организации процесса восприятия, проявляется несформированность функциональной специализации по­лушарий.

Рис.28. Функциональные объединения областей коры при селективном внимании, обеспечивающем правильное решение перцептивной задачи у детей 7-8 лет в норме и при функциональной незрелости лобно-таламической системы, приводящей к трудностям обучения. Обозначения как на рис.15.

Наличие избирательных функ­циональных объединений структур мозга, адекватных выполняемой за­даче, в ситуации произвольного вни­мания свидетельствует о становле­нии управляемых влияний лобной коры на компоненты регуляторной системы мозга. Подтверждением этому является отсутствие такой организации у части 7-8-летних де­тей с признаками функциональной незрелости лобно-таламической ре­гуляторной системы, что указывает на несформированность механизмов избирательного произвольного вни­мания в этой группе (см. рис. 28).

К 9-10 годам, по мере дальней­ших прогрессивных структурных преобразований в различных облас­тях коры и их возрастающей специ­ализации, совершенствуются меха­низмы произвольного внимания. Регуляторная система обеспечивает не только избирательное вовлечение корковых зон в деятельность, но и оказывает облегчающие влияния на отдельные операции, осуществля­ющиеся при их участии. Произволь­ное внимание, направленное на выделение значимого стимула, при­водит к дифференцированному об­легчению в каждой корковой зоне тех компонентов ВП, которые в наибольшей степени отражают ее функциональную специализацию. Так, в зрительном ВП проекционной области при произвольном внимании по сравнению с ситуацией спокойного наблюдения максимально увеличивается компонент, отражающий анализ сенсорных характеристик стимула. В ВП ассоциативных областей облегчаются более поздние фазы ответа, связанные с опознанием, оценкой значимости, принятием решения (см. рис.24).

Формирующееся на протяжении младшего школьного возраста произ­вольное внимание, создающее воз­можность избирательного в простран­стве и во времени облегчающего влияния на области коры больших полушарий, обеспечивает эффектив­ность решения различных задач. Этот этап развития можно рассмат­ривать как сенситивный период фор­мирования произвольности.

Используя потребность в положи­тельном эмоциональном подкрепле­нии, создавая условия привлека­тельности познавательной деятель­ности, взрослый может использовать высокую пластичность мозга для развития внимания к учебному ма­териалу и направить его в русло учеб­ной мотивации.

Память

С началом школьного обучения возникает необходимость произволь­ного запоминания учебного матери­ала. Возможность восприятия и за­поминания возрастающего объема информации, его структурирования в соответствии со значимостью и смыслом обеспечиваются включением в процесс запоминания новых ме­ханизмов структурно-функциональ­ной организации мозга, способных осуществить эти операции.

Перестройки системы зрительно­го восприятия к началу школьного обучения облегчают процесс выра­ботки эталонов на ранее незнакомые сложные стимулы. Тем не менее, в 6-7 лет формирование эталонов - про­цесс более длительный, чем к кон­цу младшего школьного возраста. Существенно отличается, и объем кратковременной памяти: значения безошибочно воспроизводимого мак­симального тестового ряда у детей 7 лет составляют 5,4 символа, в 10 лет 6,4 символа, приближаясь к показа­телям взрослого.

Важнейшим фактором, обеспе­чивающим произвольное запомина­ние, является и становление на этом этапе онтогенеза регуляторных моз­говых механизмов, избирательно облегчающих последовательно осу­ществляющиеся операции по отбору, осмыслению и запечатлению инфор­мации.

Переключение системы памяти на другой уровень - от непосред­ственного запоминания, свойствен­ного дошкольникам, к запоминанию, опосредованному конкретными смыс­ловыми задачами в младшем школь­ном возрасте, требует освоения новых приемов запоминания на основе ос­мысления материала, а не его фор­мального повторения.

Речь и мышление

Речевое развитие интенсивно про­ходит в раннем и дошкольном дет­ском возрасте, когда расширяется словарный запас, усваиваются основ­ные правила построения устной речи, происходит интериоризация речи, включение ее в мыслительные опе­рации.

При поступлении в школу начи­нают усваиваться новые формы рече­вой деятельности - чтение, письмо, связная устная речь. Эти новообра­зования обеспечиваются формирова­нием к этому возрасту структурно-функциональной организации вос­приятия, произвольного внимания и запоминания.

Особая роль принадлежит разви­тию мозговых механизмов, обеспе­чивающих специфическую речевую деятельность. К этому возрасту про­грессивные преобразования претер­певают клеточные и волокнистые структуры речевых зон (области Брока и Вернике) и отделов лобной коры, осуществляющих програм­мирование речевой деятельности. В формировании графических форм речи (чтение, письмо) существенное значение имеет организация зри­тельно-пространственной деятельно­сти, тонкая моторика и зрительно-моторная интеграция.

Механизмы, лежащие в основе этих процессов, еще носят существен­ные черты незрелости. В 7-8 лет обнаруживается дефицитарность цен­трального программирования тонких точностных движений рук. Мозговое обеспечение произвольных точност­ных движений интенсивно формиру­ется к 9-10 годам. В организации зрительно-пространственной дея­тельности в 7-8 лет участвуют и ле­вое, и правое полушарие, в то время как с 9-10-летнего возраста выявля­ется преимущество правого.

Отсутствие четкой полушарной специализации в 7-8 лет проявля­ется и в характере мозгового обес­печения вербальной деятельности (рис. 29). У взрослых при решении зрительно предъявляемой вербаль­ной задачи функциональные объеди­нения нервных центров, участ­вующих в речевой деятельности, ло­кализованы в левом полушарии. У детей 7-8 лет в отличие от этого ге-нерализованно и однотипно вовлека­ются структуры обоих полушарий. К 9-10 годам с усилением вовлече­ния лобных областей в речевые про­цессы мозговая организация вер­бальной функции приобретает более избирательный характер и признаки левосторонней латерализации.

Речь является основой формирова­ния мышления ребенка, и особенно­сти речевой деятельности в младшем школьном возрасте определяют изменения в организации мыслительных операций. Для 7-8 лет характерно об­разное мышление, основой которого является достигшее определенной степени зрелости зрительное воспри­ятие, а средством - образ.

Рис.29. Функциональные объединения областей коры больших полушарий на различных частотах ос­новного ритма у детей 7 и 10 лет при вербальной деятельности. В 7-летнем возрасте отсутствует как изби­рательность

частотной организации, так и четкая левосторонняя латерализация функциональных объеди­нений. В центре внизу - схема локализации электродов.

С развитием механизмов речевой деятельности, ее левополушарной латерализации и произвольности ре­бенок приобретает способность вы­делять с помощью вербально-логического мышления сущностные характеристики предметов и явле­ний, скрытые от непосредственного восприятия.

Таким образом, на протяжении младшего школьного возраста, по мере структурно-функционального созревания мозга, совершенствуются нейрофизиологические механиз­мы, лежащие в основе психичес­ких процессов, возрастают функци­ональные возможности ребенка.