Мозг и поведение
Функциональное созревание мозга и системная организация когнитивной деятельности. Начало систематического обучения в школе, переход к новым социальным условиям и значительное увеличение умственной нагрузки требуют особенно пристального внимания к оценке зрелости мозга, его структурно-функциональной организации на начальных этапах школьного обучения.
Электроэнцефалограмма как показатель функциональной зрелости коры больших полушарий. Как было отмечено в предыдущей главе, к концу дошкольного возраста нейронный аппарат коры больших полушарий достигает значительной степени зрелости. Это проявляется прежде всего в организации состояния покоя как оптимального фона для интегративной деятельности мозга. К 6 годам альфа-ритм, отражающий формирование нейронных сетей, необходимых для осуществления интегративной деятельности мозга и прежде всего информационных процессов, становится доминирующей формой активности. Однако его характеристики еще далеки от характеристик зрелого типа. Кроме того, индивидуальные различия в темпах созревания ребенка определяют и существенные различия в сформированности альфа-ритма. В рассматриваемом возрастном диапазоне в области максимальной выраженности альфа-ритма — в затылочно-теменных отделах коры — выявлено три типа ЭЭГ, различающихся характером альфа-ритма (рис. 77): ЭЭГ с регулярным альфа-ритмом, ЭЭГ с нерегулярным заостренным альфа-ритмом и ЭЭГ без четкого доминирования альфа-ритма (полиморфная ЭЭГ). Последний тип наиболее характерен для детей 5–6 лет и отражает еще недостаточную зрелость коры больших полушарий. У 6-7-летних такой тип ЭЭГ обнаруживается в очень небольшом числе случаев. Для них характерен преимущественно доминирующий, но дезорганизованный альфа-ритм. В 7–8 лет у детей с высоким уровнем развития познавательных процессов и хорошей успеваемостью преобладает первый тип ЭЭГ — регулярный альфа-ритм. Вместе с тем у детей, испытывающих трудности в обучении, как в 6–7, так и в 7–8 лет сохраняется преобладание полиморфного типа ЭЭГ. Это позволяет считать, что индивидуальная характеристика альфа-ритма, отражающая формирование функциональной организации мозга является надежным показателем готовности ребенка к обучению в школе. Дальнейшая возрастная динамика ЭЭГ характеризуется увеличением моды (ведущей частоты) альфа-ритма, к 10 годам достигающей 10–11 Гц. Альфа-ритм становится преобладающим типом активности не только в задних отделах, но и в переднеассоциативных отделах коры. Существенные изменения в младшем школьном возрасте претерпевает и пространственная организация альфа-ритма. У 8-летних детей по сравнению с 6-летними увеличиваются значения функции Ког альфа-колебаний между лобными и затылочными областями коры. Несколько позже (к 9-10 годам) усиливается локальная пространственная синхронизация альфа-ритма теменной и височных областей, играющих важнейшую роль в зрительно-пространственной деятельности. В период от 6 к 8 годам значительно возрастает межполушарная Ког альфа-колебаний лобных областей. Ее рост так же, как усиление дистантных связей лобных отделов коры с каудальными отделами, свидетельствует об усиливающейся роли переднеассоциативных структур в формировании нейронных сетей высшего порядка, играющих особую контролирующую роль в функциональной организации мозга.
Рис. 77. Характеристика основного ритма ЭЭГ в трех возрастных группах детей
Типы альфа-ритма: 1 — регулярный тип альфа-ритма; 2 — дезорганизованный и/или заостренный тип альфа-ритма; 3 — тип сниженной частоты или полиритмичный
Формирование процесса восприятия. Созревание коры больших полушарий и совершенствование внутрикоркового взаимодействия проявляются в изменении процесса восприятия — мозговая система, ответственная за прием и обработку внешних стимулов, переходит на другой уровень функционирования.
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 соответствующих рецептивных полей. При предъявлении черно-белого рисунка шахматного поля в ВП затылочной коры увеличивается амплитуда начального позитивного сенсорно-специфического компонента по сравнению с ответом на диффузный засвет экрана (рис. 78).
При предъявлении более сложных изображений, например схематического изображения лица, тот же позитивный компонент максимально увеличивается в ВП височно-теменно-затылочной ассоциативной зоны.
Рис. 78. 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, характерный для более старших детей и взрослых негативный компонент с более длительным латентным периодом. С этим компонентом связываются операции, включающие сличение со следами в памяти. Уже с 7-летнего возраста в эту операцию, а также в процесс классификации признаков объекта вовлекаются переднеассоциативные отделы коры больших полушарий.
Специализация проекционных, заднеассоциативных и переднеассоциативных областей в сенсорном анализе, запечатлении, опознании, 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 качественно иной уровень организации рассматривается как сенситивный период развития информационных процессов, составляющих основу познавательной деятельности.
Качественные изменения системы восприятия коррелируют с существенными преобразованиями проекционной зоны, 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.
Несмотря на прогрессивное развитие, система переработки информации у 7-8-летних детей еще незрелая, 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. 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) 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 запечатления букв необходимо учитывать при использовании критерия скорости чтения.
В младшем школьном возрасте отмечаются и особенности категоризации зрительных стимулов. Механизмы категоризации хотя и достигают определенной степени зрелости к 7 годам, но еще отличаются от свойственных взрослым. У взрослых разделительный анализ признаков, лежащий в основе категоризации, осуществляется двумя способами: на основе полного описания всех признаков объекта и на основе выбора определенного информативного разделительного признака.
Категоризация на основе полного описания является более простым процессом. Она свойственна детям раннего возраста, у которых ведущая роль в зрительном восприятии принадлежит правому полушарию, что и обеспечивает данный способ классификации. Категоризация на основе выбора ведущего разделительного признака требует сопоставления разных признаков объекта, выделения значимого при игнорировании других, незначимых для данной задачи. Такая категоризация, которая происходит с участием левого полушария, реализуется на более поздних этапах развития.
У детей 6–7 лет правое полушарие, как и у взрослых, осуществляет полное описание объектов; левое же полушарие в процессе категоризации функционирует подобно правому.
Механизмы, обусловливающие присущую взрослым полушарную дихотомию процесса категоризации, созревают в течение длительного периода индивидуального развития за пределами младшего школьного возраста.
Мозговая организация внимания. Особенности познавательной деятельности во многом определяются спецификой мозговой организации внимания, которая в младшем школьном возрасте претерпевает значительные изменения.
В 7–8 лет механизмы внимания, как непроизвольного, еще преобладающего в этом возрасте, так и произвольного, имеют черты незрелости. Реакция активации на ЭЭГ в ответ на новый стимул проявляется как в виде зрелой формы (блокада альфа-ритма), которая в этом возрасте отличается меньшей длительностью и большим латентным периодом по сравнению с таковой у детей 9-10 лет, так и в виде активации, свойственной дошкольному возрасту (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.
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 ребенок обретает способность осуществлять простейшее планирование своих ближайших действий и управлять активационными влияниями в соответствии с задачами, сформулированными в инструкции взрослого и не всегда совпадающими с желаниями ребенка. Однако эта способность носит еще нестойкий характер, и произвольная деятельность, организованная с помощью внимания, легко вытесняется интересными занятиями, непосредственно привлекающими ребенка.
Рис. 79. 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. 63.)
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), формируются функциональные объединения корковых областей с фокусом взаимосвязанной активности в проекционных корковых зонах — височной при слуховой задаче, центральной — при тактильной, затылочной — при зрительной (рис. 79). Такая организация структур мозга при внимании в период, предшествующий деятельности, характерна для большинства детей 7–8 лет и создает условия для избирательного вовлечения структур в решение конкретной модально специфичной задачи, тем самым определяя его успешность. У части 7-8-летних детей, имеющих признаки функциональной незрелости лобно-таламической регуляторной системы, механизмы произвольного внимания не сформированы, в ситуации предстимульного внимания не формируются функциональные объединения, адекватные задаче.
Рис. 80. Сопоставление вызванных ответов, регистрируемых от четырех областей коры — сверху вниз: затылочной, височно-теменно-затылочной, центральной и лобной при спокойном наблюдении за предъявляемыми изображениями (пунктир) и при необходимости выбора одного, значимого сигнала и быстрого реагирования (сплошная линия). Начало ответа совпадает с моментом предъявления изображения
У детей в отличие от взрослых отмечается определенная незрелость мозговой организации внимания. В 7-8-летнем возрасте отсутствует присущая взрослым специализация полушарий. У взрослых модально специфические локальные функциональные объединения характерны только для левого полушария, объединения структур правого полушария менее избирательны и носят неспецифический характер. В младшем школьном возрасте модально-специфические объединения областей коры при предстимульном внимании характерны как для левого, так и для правого полушария.
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 облегчает осуществление операций, в которых они участвуют. Произвольное внимание, направленное на выделение значимого стимула, с 9-10 лет приводит к дифференцированному увлечению в каждой корковой зоне амплитуды 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 увеличивается амплитуда более поздних компонентов ответа, связанных с опознанием, оценкой значимости, принятием решения (рис. 80).
Формирующееся на протяжении младшего школьного возраста произвольное внимание, создающее возможность избирательного в пространстве и во времени активирующего влияния на отдельные области коры больших полушарий, обеспечивает эффективность решения различных задач.
Младший школьный возраст можно рассматривать как сенситивный период формирования произвольности. Используя потребность в положительном эмоциональном подкреплении, создавая условия привлекательности познавательной деятельности, взрослый может использовать высокую пластичность мозга ребенка для развития внимания к учебному материалу и направить его в русло учебной мотивации.
Произвольное запоминание. С началом обучения в школе возникает необходимость произвольного запоминания учебного материала. Возможность обработки и запоминания возрастающего объема информации, его структурирования в соответствии со значимостью и смыслом обеспечиваются включением в процесс запоминания новых механизмов структурно-функциональной организации мозга.
Перестройка системы зрительного восприятия к началу школьного обучения облегчает процесс выработки стимулов на ранее незнакомые стимулы. Тем не менее процесс формирования эталонов в 6–7 лет протекает дольше, чем в конце младшего школьного возраста. Существенно различается и объем кратковременной памяти: максимальная длина безошибочно воспроизводимого тестового ряда у детей 7 лет составляет 5,4 символа, у детей 10 лет — 6,4 символа, что приближается к показателям взрослого человека.
Важнейшим фактором, обеспечивающим произвольное запоминание, является становление в этом возрасте 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. Особая роль принадлежит развитию мозговых механизмов, обеспечивающих специфическую речевую деятельность. К этому возрасту происходят прогрессивные преобразования клеточных и волокнистых структур 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.
Рис. 81. 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
Механизмы, лежащие в основе этих процессов, еще недостаточно зрелые. Б 7–8 лет обнаруживается дефицитарность центрального программирования тонких точностных движений рук. Мозговое обеспечение произвольных точностных движений интенсивно формируется к 9-10 годам. Постепенно формируются и механизмы зрительно-пространственной деятельности. В организации этой деятельности в 7–8 лет участвуют и левое, и правое полушарие, в то время как с 9-10-летнего возраста — преимущественно правое.
Отсутствие четкой полушарной специализации проявляется и в характере мозгового обеспечения вербальной деятельности. У взрослых при решении зрительно предъявляемой вербальной задачи функциональные объединения нервных центров, участвующих в речевой деятельности, локализованы в левом полушарии. У детей же 7–8 лет в этот процесс генерализованно и однотипно вовлекаются структуры обоих полушарий (рис. 81). К 9-10 годам (с усилением вовлечения лобных областей в речевые процессы) приобретают более избирательный характер и признаки левосторонней латерализации.
Речь является основой формирования мышления ребенка, и особенности речевой деятельности в младшем школьном возрасте определяют специфику мыслительных операций. Для 7–8 лет характерно образное мышление, основой которого является достигшее определенной степени зрелости зрительное восприятие, а средством — образ.
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, в младшем школьном возрасте по мере структурно-функционального созревания мозга существенно возрастают функциональные возможности ребенка.
