Структурно-функциональная организация мозга и формирование познавательной деятельности
Существенным этапом в развитии целенаправленного поведения и познавательной деятельности является дошкольный возраст. Происходящие в этот период изменения структурно-функциональной организации мозга определяют готовность ребенка к школе, обусловливают возможность и успешность учебной деятельности.
Структурно-функциональная организация мозга. В период от 3 до 5–6 лет наблюдается специализация нейронов, их типизация в проекционных и ассоциативных областях коры. Самым существенным моментом структурного созревания коры больших полушарий к 5–6 годам является усложнение системы связей по горизонтали как между нейронами близко расположенных ансамблей, так и между разными областями коры. Это происходит за счет роста в длину и разветвления базальных дендритов и развития боковых терминалей апикальных дендритов. Одновременно значительные изменения претерпевают и межполушарные связи: к 6–7 годам формируется мозолистое тело, соединяющее оба полушария. Таким образом, морфологические преобразования создают реальные предпосылки для формирования интегративных процессов в деятельности ЦНС. Это подтвердилось результатами анализа ЭЭГ дошкольников.
В 3–5 лет еще отмечается определенная нестабильность альфа-ритма и полиморфный характер ЭЭГ. К 6 годам альфа-ритм со средней частотой 9 Гц становится доминирующей формой активности. Наиболее существенно к этому возрасту изменяется показатель, отражающий синхронность альфа-ритма в различных областях коры (функция когерентности). К 6 годам значение когерентности между отдельными областями коры (затылочная и лобная) и между двумя полушариями резко возрастает. Это свидетельствует о значительных перестройках функциональной организации мозга. Формирующиеся с возрастом нейронные сети создают все предпосылки для реализации интегративной деятельности мозга как основы целенаправленного поведения и познавательных процессов.
Формирование системы восприятия информации. На протяжении дошкольного возраста происходят существенные изменения в формировании внутреннего образа внешнего мира.
В 3–4 года еще сохраняется тесное взаимодействие зрительного восприятия и двигательных действий. Практические манипуляции с объектом (схватывание, ощупывание), присущие младенческому возрасту, являются необходимым фактором зрительного опознания. К концу дошкольного возраста зрительное и осязательное обследование предмета становится более организованным и систематичным. Выделяемые признаки соотносятся между собой и целостным представлением объекта, что способствует формированию дифференцированного и более адекватного сенсорного образа. К 5–6 годам повышается успешность обнаружения различных модификаций объекта. При предъявлении в качестве изменяющихся стимулов рисунков людей и предметов обнаружено, что количество незамеченных изменений в 5–6 лет по сравнению с 3-4-летними детьми уменьшается вдвое в ответ на лица и более чем в три раза — при предъявлении предметов.
Роль взаимодействия тактильно-кинестетического и зрительного каналов проявляется не только в формировании образа, но и в его коррекции на основе обратных связей.
По мнению крупнейшего исследователя дошкольного возраста А.В. Запорожца, «ни один сенсорный импульс, ни одно раздражение рецептора не может однозначно определить возникновение адекватного образа восприятия. Здесь необходима коррекция, исправляющая неизбежные ошибки и приводящая образ в соответствии с объектом подобно тому, как двигательное поведение субъекта, согласно Бернштейну, может согласоваться с условиями задачи лишь благодаря сенсорной коррекции, адекватность восприятия обеспечивается в конечном счете коррекцией эффекторной».
В дошкольном возрасте по мере накопления индивидуального опыта снижается удельный вес ощупывания в зрительном восприятии и существенно преобразуются движения глаз. С помощью кинорегистрации установлено, что у детей 3–4 лет при первом ознакомлении с объектом немногочисленные глазные движения осуществляются внутри фигуры. При таком способе ознакомления вероятность узнавания сложных, незнакомых ребенку предметов находится на уровне случайности (50 %). В 4-5-летнем возрасте число движений внутри фигуры нарастает, длительность отдельных фиксаций сокращается; обнаруживаются размашистые движения по оси, имитирующие измерение объекта. В результате достигаются более высокие показатели узнавания. В 5–6 лет система восприятия переходит на качественно иной уровень. Вероятность узнавания объекта достигает 100 %. Дети при первом ознакомлении с новым предметом прослеживают по контуру всю фигуру, как бы создавая внутреннюю модель формы. На основе построения перцептивного образа при последующем восприятии предмета создаются условия для сопоставления этого образа с наличным объектом. Эти опознавательные действия, ведущие к формированию обобщенного эталона, отличаются от перцептивных. Происходит сокращение прослеживающих глазных движений, и опознание осуществляется на основе наиболее информативных для данной задачи отдельных признаков, при дифференцированном анализе которых все большую роль приобретают микродвижения глаз, возможно осуществляющие считывание информации со следа на сетчатке. Очевидно эти движения являются важным инструментом, обеспечивающим возможность «перемещения» направленного внимания в микропространстве отдельных признаков и свидетельствуют о роли скрытых движений глаз в структуре внимания.
Возможность формирования в старшем дошкольном возрасте сложных эталонов, включающих иерархическую структуру интегрированных признаков, облегчает процесс опознания и категоризацию на основе не только сенсорных, но и концептуальных характеристик объекта (общие свойства всех его вариантов).
Важные сведения о нейрофизиологических механизмах, обеспечивающих становление системы зрительного восприятия, получены при изучении электрофизиологических коррелятов приема и обработки зрительной информации.
Вызванные ответы на простые зрительные стимулы в затылочных областях, сохраняя основной компонентный состав, в период от 3 к 6 годам изменяют свои временные и амплитудные характеристики. В ВП на вспышку света сокращается пиковая латентность и длительность всех компонентов основного комплекса: возрастает амплитуда ответа, усиливается выраженность поздних фаз ответа. Эти изменения отражают ускорение и усложнение анализа зрительных стимулов и коррелируют с созреванием проекционной коры: к 6 годам возрастают дифференциация и специализация нервных элементов — увеличивается число горизонтальных ветвлений, помимо узких колонок обнаруживаются единичные широкие группировки нейронов.
Анализ топографии ВП — их параметров в разных областях коры больших полушарий — показал, что в 3 года начальные компоненты зрительных ответов стабильно регистрируются во всех областях коры, причем их конфигурация в каудальных отделах и реактивность идентичны. ВП включает негативные компоненты с латентным периодом 90 и 160–200 мс (N90 и N160–200 соответственно) и позитивные (Р130 и P250–300) (рис. 75). В 3 года в заднеассоциативных областях в известной мере становятся зрелыми характерные для них цитоархитектонические признаки, расширяется сеть дендритных ветвлений и возрастает число нейронов, входящих в колонку. Однако в 3–4 года еще отсутствуют дифференциация и специализация заднеассоциативных структур в зрительных операциях, присущие более старшему возрасту. Генерализованный характер вовлечения корковых зон в зрительное восприятие и их однотипная реактивность — дублирование отдельных звеньев системы — являются основными признаками биологической надежности развивающегося организма, обеспечивающими адаптивный характер реагирования на ранних этапах онтогенеза. Вовлечение заднеассоциативных структур в зрительное восприятие хорошо коррелирует с возможностью выработки внутренних эталонов, используемых для опознания часто встречающихся стимулов.
Рис. 75. Сходная реактивность основного комплекса ВП (Р130 — N160–200) в каудальных отделах (О, Р, ТРО) в 3-4-летнем возрасте. Точками отмечены достоверные изменения амплитуды ВП при смене засвета шахматным рисунком и схематическим изображением лица
К 6–7 годам происходят существенные изменения в системной организации зрительного восприятия, отражающие прогрессивное созревание нейронного аппарата коры больших полушарий и возрастающую специализацию корковых зон. Организация системы зрительного восприятия к концу дошкольного возраста за счет специализированного участия проекционных и ассоциативных корковых зон и их взаимодействия обеспечивает высокую разрешающую способность перцептивной функции. Создается возможность восприятия новых сложных объектов и выработки соответствующих эталонов, что способствует значительному обогащению индивидуального опыта.
При изучении времени реакции и скорости опознания разных по сложности объектов отчетливо проявляются различия механизмов опознания в 3–4 года и в 5–6 лет. В 3–4 года нейрофизиологические механизмы определяют возможность опознания только простых признаков за счет выработанных эталонов. Об этом свидетельствуют незначительные изменения времени опознания при многократных повторениях объекта в идентичных условиях решения сенсорной задачи. В 6 лет опознание основано на выделении сложного признака, оно требует большего времени и зависит от количества различаемых на его основе изображений. В ходе тренировки это время сокращается и перестает зависеть от количества стимулов в наборе. Механизмы такого опознания связываются с вырабатываемыми в опыте внутренними эталонами. Это свидетельствует о значительно возрастающих в течение дошкольного возраста возможностях ознакомления ребенка с внешним миром, о переходе механизмов, лежащих в основе информационных процессов, на качественно иной уровень.
Формирование внимания. С формированием сенсорной функции тесно связано развитие внимания. Созревание сенсорных систем и совершенствование воспринимающей функции мозга определяют возможность привлечения внимания к более сложным признакам объекта, а это в свою очередь способствует более глубокому и полному описанию и опознанию.
В начале дошкольного периода сохраняется значимость новизны как основного возбудителя внимания.
Приблизительно в возрасте 4 лет отмечается всплекс интереса ребенка к новому, активный поиск новизны, проявляющийся в бесконечных «почему». Специфика этого периода состоит в том, что к имевшемуся в раннем возрасте предпочтению новизны добавляется и стремление к разнообразию, что можно предположительно связать с активным вовлечением в мозговую систему ключевой структуры лимбического мозга — гиппокампа. Важное значение в изменении характеристик внимания имеют и возрастные преобразования системы восприятия от 3–4 к 6 годам, приводящие к быстрому нарастанию объема внимания.
Поведенческая реакция на «очень интересное новое» проявляется в застывании с приоткрытым ртом и фиксации глазами предмета (ввод информации). В ЭЭГ в этом возрасте, как и в младенческом, наблюдается увеличение амплитуды и представленности медленных волн, в основном тета-диапазона (частота 4–7 Гц). Одновременно регистрируются и вегетативные компоненты ориентированной реакции (рис. 76).
Рис. 76. Незрелый вариант реакции активизации в ЭЭГ ребенка 3 лет 6 мес в ответ на первое предъявление стимула (отметка на верхней линии). Отведения обозначены слева от кривых. Две нижние линии — регистрация сердечного ритма и КГР
ЭЭГ-коррелят привлечения внимания отражает характерные особенности активационных процессов ребенка-дошкольника. У детей тета-ритм возникает во время эмоционального реагирования, рисования, эмоционального общения. При этом отмечается, что тета-активность сопровождает положительное состояние ребенка.
Отсюда следует, что усиление тета-ритма в ответ на новые стимулы, регистрирующиеся с соответствующим вегетативным и поведенческим сопровождением у детей 3–4 лет, может быть расценено как онтогенетический вариант ЭЭГ-реакции активации. Он отражает включение в процесс внимания эмоциональной активации. Функциональная роль эмоциональной активации, «обслуживающей» стремление к впечатлениям (вариант познавательной мотивации для этого возраста), состоит в поддержании интереса и внимания к стимулу для облегчения его восприятия и анализа.
Функциональная роль эмоциональной активации в приеме и анализе внешнего стимула особенно велика в возрасте 3–5 лет, когда система восприятия еще незрелая, а участие заднеассоциативных структур в зрительном восприятии неспециапизированно. Это затрудняет анализ сложных изображений, не имеющих аналогов в индивидуальном опыте ребенка. При появлении незнакомых абстрактных стимулов дети ограничиваются их общим осмотром и беглым впечатлением. Незрелость механизмов переработки и оценки информации компенсируется эмоциональной активацией, которая, пролонгируя «общение» ребенка с объектом, способствует реализации тех перцептивных возможностей, которые имеются к данному возрасту.
Изменения в организации системы восприятия с 6 лет (специализированное вовлечение в анализ и обработку зрительной информации заднеассоциативных отделов) создают условия для углубленного восприятия предметов, оперирования большим набором признаков. Эти изменения по времени совпадают с качественным изменением электрофизиологического коррелята внимания. Усиление тета-ритма в ответ на новые стимулы начинает перемежаться с блокадой (десинхронизацией) альфа-ритма в каудальных отделах коры, т. е. с более зрелым типом реакции активации. Вовлечение альфа-ритма в процесс внимания по зрелому типу указывает на адекватное включение корковых механизмов в обеспечение внимания, на начало процесса его кортикализации при сохранении вклада эмоциональной активации и высокой эффективности эмоционально привлекательных стимулов.
Формирование зрелого типа реакции активации расширяет сферу действия внимания, обеспечивает его направленность не только на стимулы, обладающие непосредственной привлекательностью, но и на более абстрактные, отвлеченные характеристики среды, ее информационный компонент. Одним из следствий этого процесса является описанная выше возможность выработки эталонов на совершенно новые для ребенка абстрактные стимулы к 6-7-летнему возрасту.
Произвольная регуляция деятельности. В старшем дошкольном возрасте появляется и развивается возможность произвольной регуляции деятельности по внешней инструкции. Появляются различия в способности к произвольному регулированию у детей 3–4 и 6–7 лет.
Анализ динамики региональных ВП при обусловленной инструкцией необходимости быстрого реагирования на значимый стимул показал, что 3-4-летние дети, даже повторяя инструкцию, не могли соответствующим образом организовать свою деятельность. Значимые изменения параметров ВП при переходе от спокойного наблюдения к мобилизационной готовности не были обнаружены. Начиная с 4-5-летнего возраста отмечается облегчение позитивного компонента ВП, одинаково выраженное во всех отведениях. К концу дошкольного возраста это облегчение обнаруживает некоторую региональную специфичность, проявляющуюся в увеличении амплитуды компонентов ВП в лобных и центральных областях, что свидетельствует об активном участии этих областей в зрительном восприятии в ситуации внимания. Учитывая роль этих областей в регуляции процессов активации, можно полагать, что их участие в формировании мобилизационной готовности создает избирательность в организации деятельности. Однако существует своеобразный разрыв между появившейся возможностью формирования избирательности в организации деятельности и ее реальным и постоянным осуществлением, что требует значительных усилий и может происходить только с помощью взрослого — путем создания игровой ситуации или сообщения ребенку готовых правил. Создание такой ситуации приводило к появлению селективности в организации восприятия и внимания у детей в возрасте от 3 лет 10 мес до 5 лет 8 мес. Без соответствующих воздействий селективные стратегии развивались в период от 7 до 9 лет. Эти результаты указывают на возможность коррекции дефицита произвольной регуляции в определенных пределах на основе четких знаний возрастной специфики мозговой организации деятельности.
Таким образом, на протяжении дошкольного периода происходят значительные преобразования мозговых механизмов организации познавательной деятельности и целенаправленного поведения ребенка, которые во многом определяют его готовность к систематическому обучению в школе.
