CC BY
1906
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ФИЗИОЛОГИИ РАЗВИТИЯ
РЕБЕНКА
К юбилею Института возрастной физиологии РАО
М.М. Безруких1, Д.А. Фарбер ФГНУ «Институт возрастной физиологии» РАО, Москва
Физиологии ребенка, изучению функциональных и адаптационных возможностей основных физиологических систем и целостного организма на разных этапах индивидуального развития в течение многих лет посвящены исследования, разрабатываемые в ИВФ РАО.
В 1944 году в Москве в системе АПН РСФСР по инициативе и под руководством первого наркома здравоохранения Н.А. Семашко с целью научного обеспечения охраны здоровья детей в послевоенное время был создан Институт школьной гигиены и физического воспитания.
Наряду с гигиеническими исследованиями в сороковых годах ХХ столетия были заложены основы изучения возрастной физиологии как естественнонаучной базы педагогического и физического воспитания детей и подростков. И уже в 50-е годы институт становится центром научных исследований по разработке этой проблемы. Развитию исследований по возрастной физиологии способствовали регулярные Всесоюзные конференции, проводимые с 1953 г. по инициативе директора института А.А. Маркосяна. Конференции позволили скоординировать усилия специалистов, работающих в АН СССР, АПН СССР, АМН СССР, медицинских, педагогических и физкультурных учебных заведениях. Именно в этот период возрастная физиология сформировалась как самостоятельная научная область знаний и как дисциплина, выявляющая особенности физиологических функций на каждом этапе онтогенеза и закономерности индивидуального развития ребенка.
В 60-х годах объем физиологических исследований, проводимых в институте, значительно возрос. Были созданы лаборатории, занимающиеся изучением физиологии центральной нервной, сердечно-сосудистой, эндокринной систем, обмена веществ и дыхания, двигательных функций. Основной проблемой становится определение границ функциональных возможностей развивающегося организма при разных видах деятельности. С этой целью под руководством А.А. Маркосяна развертываются исследования, направленные на изучение возрастных нормативов функционирования основных физиологических систем. Одновременно в модельных экспериментах на животных осуществлялась разработка теоретических проблем возрастной физиологии, направленных на выяснение механизмов формирования физиологических функций в онтогенезе. Особое внимание было обращено на ранние периоды онтогенеза как важные этапы становления и развития детского организма. В исследованиях, направленных на изучение высшей нервной деятельности, был установлен высокий темп ее развития в возрасте до 3 лет. Было показано, что важной особенностью ВНД детей дошкольного возраста является
Контакты: 1 Безруких М.М. - E-mail: <ivfrao@yandex.ru>
чрезвычайно высокая прочность выработанных систем условных связей, сохраняющих свое значение в течение всей последующей жизни человека.
С середины 60-х годов для изучения функций центральной нервной системы начали широко использоваться электрофизиологические методы, позволяющие оценить функциональное состояние различных мозговых структур в покое и в процессе обеспечения контактов с факторами внешней среды (электроэнцефалография и метод регистрации вызванных потенциалов). Изучение электроэнцефалограммы (ЭЭГ) покоя как фона оптимального для восприятия информации и ассоциативной деятельности, проведенное с интервалом в 1 год у детей с периода новорожденности до 15-летнего возраста, позволило разработать нормативы детской ЭЭГ, что имело важное значение для диагностики функциональных и органических нарушений ЦНС [40; 41].
Особое внимание уделялось механизмам восприятия, обеспечивающим контакты ребенка с внешней средой, в связи с чем анализировались вызванные реакции на афферентные воздействия и прежде всего на зрительные стимулы, роль которых в функциональном развитии мозга ребенка чрезвычайно велика уже с момента рождения [11]. В модельных экспериментах на животных изучались нейрофизиологические механизмы, обеспечивающие активную адаптацию организма на разных этапах развития. Было показано, что одной из основных тенденций функционального развития мозга является изменение в соотношении жестких и пластичных межнейрональных связей в сторону последних, что обеспечивает как высокую пластичность интегративной деятельности мозга, так и расширение диапазона регуляторных возможностей ЦНС на организменном уровне. При изучении механизмов формирования сердечно-сосудистой системы показано, что в ходе онтогенеза возрастает способность нервных центров сохранять постоянство системы в широком диапазоне изменения уровня регуляции. Большое внимание было уделено механизмам, обеспечивающим сохранение гомеостаза. При изучении формирования защитных гомеостатических реакций в онтогенезе выявлены факторы, обеспечивающие надежность соединения тромбоцитов в агрегаты и их взаимодействие с сосудистой стенкой, установлено наличие регуляторных механизмов, не позволяющих системе гемокоагуляции выйти за крайние границы допустимой физиологической нормы и обусловливающих ее возвращение к исходному состоянию [29].
Изучение возрастных преобразований, происходящих на тканевом уровне, показало, что важнейшим фактором расширения функциональных возможностей организма при длительных нагрузках является увеличение с возрастом энергетического резерва, способного в течение длительного времени поддерживать высокий уровень обмена [18; 19].
В результате этого комплекса исследований А.А. Маркосяном было выдвинуто представление о биологической надежности физиологических систем, как важнейшем факторе развития, и сформулированы принципы ее обеспечения на разных этапах развития организма [24]. Это - дублирование и взаимозамещаемость различных звеньев системы, расширение резервных возможностей и возрастающая пластичность. Именно последней принадлежит важнейшая роль в обеспечении усложняющихся в процессе развития организма контактов с внешней средой.
Разработка теоретических вопросов организации приспособительных реакций развивающегося организма позволила подойти к изучению специфики функциональных и адаптационных возможностей на разных этапах онтогенеза человека.
В 70-80-х годах развитие физиологических исследований в Академии педагогических наук СССР осуществлялось по единой программе, включающей два направления исследований: 1) физиология развития ребенка и 2) адаптация школьников к учебным и физическим нагрузкам.
Институт становится головным учреждением по этой проблеме в стране. Координация исследований осуществляется в рамках проблемной комиссии по возрастной физиологии, учрежденной в Научном совете по физиологическим наукам АН СССР. Была разработана концепция изучения физиологии развития ребенка, в основу которой было положено представление об адаптивном характере развития, реализуемом при тесном взаимодействии экзогенных и эндогенных факторов. Были намечены основные пути в решении разрабатываемой проблемы). Значительное внимание уделялось возрастным изменениям функции ЦНС. Системный принцип изучения мозга, положенный в основу этих исследований, предполагал выяснение роли и характера взаимодействия отдельных структур мозга в осуществлении интегративных процессов, лежащих в основе реализации психических функций и поведенческих реакций.
В результате исследований [36] были выделены основные факторы, определяющие качественные возрастные преобразования деятельности мозга. К их числу относятся: организация состояния покоя как оптимального фона для приема и анализа внешней информации, оцениваемая по частотно-амплитудным характеристикам и пространственно-временной организации основного ритма (альфа-ритма) ЭЭГ покоя; формирование системы анализа и переработки информации, лежащей в основе процесса восприятия, прослеженное на основе анализа параметров регионарных вызванных потенциалов, регистрируемых при предъявлении различных зрительных задач; становление системы регулируемой корковой активации, специфика которой обусловливает возрастные особенности внимания и организацию мыслительных операций. Была установлена нелинейность развития мозговых функций. Выделены этапы развития, характеризующиеся качественными перестройками в деятельности мозга, причем эти перестройки происходят внутри возрастных диапазонов, рассматриваемых как единые периоды развития. Так, в пределах дошкольного возраста в возрасте от 4-5 к 6-7 годам выявлены значительные преобразования системной организации процесса восприятия. Интенсивное развитие нейрофизиологических механизмов этой психической функции позволяет рассматривать этот этап развития как особо чувствительный (сенситивный) к воздействиям, направленным на формирование и совершенствование восприятия. Важным этапом в формировании функции ЦНС является младший школьный возраст. На протяжении этого этапа к 9 годам формируется свойственная взрослому пространственно-временная организация ЭЭГ. Изменения в младшем школьном возрасте претерпевают механизмы корковой активации, лежащие в основе внимания. Значительные изменения в функционировании ЦНС отмечены в подростковом возрасте. Дифференцированный анализ по возрасту, полу и стадиям полового созревания позволил установить, что наиболее существенные изменения характерны для начальных этапов полового созревания, его II и III ста-
дий, когда обнаруживаются «регрессивные» изменения, проявляющиеся в снижении частоты основного ритма ЭЭГ, появлении незрелой формы его пространственно-временной организации, увеличении медленноволновой активности подкоркового генеза. Изменения, наблюдаемые на начальных стадиях полового созревания, расцениваются как следствие повышенной активности диэнцефальных структур, сопряженной с эндокринными сдвигами.
Существенные данные о возрастных преобразованиях другой важнейшей регулирующей системы организма - эндокринной - были получены при анализе морфофункционального созревания желез внутренней секреции. Показано, что деятельность желез внутренней секреции уже с момента рождения складывается в определенную систему, однако взаимоотношения между ее элементами и принципы регуляции претерпевают значительные изменения в процессе индивидуального развития. Особое внимание в эндокринологических исследованиях было уделено выяснению механизмов полового созревания [17]
Использование системного принципа в исследовании возрастных преобразований сердечно-сосудистой системы обеспечило возможность выявления как степени зрелости и характера функционирования отдельных звеньев системы (центральная гемодинамика, периферический кровоток, микроциркуляция), так и специфики их взаимодействия на разных этапах развития ребенка. Было показано, что по мере развития ребенка периоды плавных перестроек сократительного миокарда и гемодинамики сменяются скачкообразными изменениями, отмеченными в возрасте 9-10 лет, в начале подросткового периода (12-13 лет) и к его завершению (16-17 лет), когда показатели центральной гемодинамики приближаются к дефинитивному уровню [16]. При изучении периферического кровотока и анализе его соотношения с центральной гемодинамикой отмечено, что с возрастом объемная скорость кровотока, характеризующая интенсивность кровоснабжения мышечной ткани, снижается, а реактивность ее при статических и динамических нагрузках возрастает [37]. При этом обеспечивается расширение диапазона возможностей адаптивного реагирования на физические нагрузки. Выявленное снижение периферического кровотока при одновременном возрастании показателей центральной гемодинамики отражает совершенствование взаимодействия отдельных звеньев системы за счет формирования регуляторных процессов, обеспечивающих эконо-мизацию системной организации процессов гемодинамики.
Та же направленность возрастных преобразований установлена при изучении функционального созревания отдельных звеньев дыхательной системы. Было показано, что развитие различных звеньев дыхательной функции происходит неравномерно и гетерохронно в тесной связи с физическим развитием детей. Важными факторами, обусловливающими ее возрастные преобразования, являются формирование биомеханических свойств органов дыхания и совершенствование регуля-торных механизмов. Были определены основные этапы в формировании системы дыхания [21]
Детальный анализ энергетического обмена (обмен покоя, терморегуляции, энергетика мышечной деятельности) на тканевом уровне и на уровне целого организма позволил выявить этапы постепенного развития энергетических процессов и узловые периоды, характеризующиеся быстрыми перестройками и переходом на качественно новый уровень функционирования, например, переходом от пре-
обладания механизмов химической терморегуляции к физической терморегуляции и изменением в соотношении аэробного и анаэробного обеспечения мышечной деятельности. Широкое использование тонких биохимических, гистологических и биофизических методов исследования позволило выявить динамику ростовых и дифференцировочных процессов в ткани скелетных мышц, а также особенности регуляции внутриклеточного гомеостаза на различных этапах возрастного развития. Были получены экспериментальные данные о содержании и активности узловых ферментов энергетического метаболизма в тканях развивающегося организма, сформулированы новые представления о роли креатинкиназной системы в регуляции энергетического потенциала клеток и выявлены возрастные этапы качественных перестроек энергетики в тканях скелетных мышц, печени и головного мозга. Уникальное гистохимическое исследование онтогенеза скелетно-мышечных волокон позволило согласовать физиологические эффекты возрастных изменений работоспособности детей со структурными и функциональными особенностями их мышц. В это же время были начаты исследования факторов, формирующих мышечную работоспособность детей школьного возраста [34; 35], разработаны подходы к эргометрическому и пульсометрическому измерению мощности и емкости важнейших источников энергии.
Результаты анализа энергетического обеспечения двигательной функции детей и подростков коррелируют с данными, полученными при изучении возрастных особенностей двигательной системы [23]. Выявлены периоды наиболее интенсивного развития разных звеньев двигательного аппарата и возрастная специфика управления движениями, что позволило установить, когда, как и каким двигательным качествам и навыкам следует обучать школьника.
Исследования возрастных преобразований основных физиологических систем позволили установить, что у ребенка в первые годы жизни общим для всех физиологических систем является избыточность, диффузность реакций, вовлечение многих звеньев системы, дублирующих друг друга по конечному эффекту. Такая широкая генерализация обеспечивает надежность системы на ранних этапах развития. В процессе онтогенеза отмечено уменьшение избыточности в организации адаптивных реакций - общим направлением онтогенетического развития является экономизация функции. В то же время пути достижения наиболее экономного приспособительного эффекта на внешние воздействия различны в разных системах. Экономизация вегетативных функций достигается уменьшением числа задействованных в реакции элементов системы, их четкой специализацией, совершенствованием механизмов регуляции. Надежность центральной нервной системы обеспечивается не столько стабильностью и жестким постоянством составляющих ее элементов, сколько гибкостью, пластичностью, динамическим взаимодействием ее отдельных звеньев.
Итогом проведенных физиологических исследований явились коллективные монографии: «Физиология ребенка» [44]; «Физиология подростка» [42].
Основываясь на определении физиологической адаптации как совокупности реакций, лежащих в основе приспособления организма к изменению окружающих условий и направленных на сохранение постоянства внутренней среды - гомео-стаза, было проведено комплексное изучение особенностей функционирования основных физиологических систем в течение учебного года на разных временных
отрезках. При определенной организации учебного процесса (в режиме полного дня) изучалась динамика функциональных показателей в течение дня, недели и всего учебного года [1]. Показано, что характер адаптационных сдвигов, проявляющихся в перестройке физиологических систем на новый уровень регулирования, существенно зависит от их морфофункциональной зрелости. Это особенно отчетливо проявилось в адаптационных сдвигах, наблюдаемых в центральной нервной системе, занимающей ведущее место в организации системных механизмов адаптации. Известно, что параметры биоэлектрической активности мозга отражают характер регулирования церебрального гомеостаза. Изучение функционального состояния ЦНС школьников показало, что у учащихся I классов в связи с переходом на новые условия жизнедеятельности к концу полугодия электроэнцефалограмма изменяется в сторону, характерную для детей более младшего возраста: ведущая частота доминирующего альфа-ритма снижается на 1 Гц, а выраженность медленных волн усиливается. На этом фоне к середине учебного года отмечено и некоторое снижение реактивности ЦНС на внешние воздействия. Фоновая ЭЭГ остается измененной и к концу учебного года, но реактивность коры по показателям реакции активации восстанавливается, что, очевидно, обеспечивается включением адаптационных механизмов, переводящих ЦНС на другой энергетический уровень функционирования. Показано, что степень изменения в системе гомеостатического регулирования функционального состояния ЦНС существенно уменьшается с возрастом. У учащихся III класса (9-10 лет) характер электроэнцефалограммы стабильно сохраняется в течение всего учебного года. Очевидно, по мере морфофункционального созревания коры больших полушарий и формирования ее регулирующих влияний создаются условия для стабилизации функционального состояния центральной нервной системы в ситуациях, требующих напряжения.
О значительном напряжении физиологических систем в процессе учебного года у 7-летних детей в сравнении с 9-10-летними свидетельствует и анализ показателей функционирования сердечно-сосудистой системы. У первоклассников выявлены отрицательные сдвиги показателей центральной и периферической гемодинамики в течение учебного года и снижение адаптивного регулирования на физическую нагрузку, в то время как у учащихся III класса отмечены стабильность показателей функционирования сердечно-сосудистой системы и увеличение адаптационных возможностей при физических нагрузках. Более выражены у учащихся I класса и метаболические сдвиги, проявляющиеся в активации окислительных ферментов и в увеличении показателей активности гликолитических процессов. У подростков с началом полового созревания механизмы адаптации претерпевают значительные перестройки. Отмечено ухудшение показателей функционирования всех физиологических систем в процессе учебных занятий. Учебная деятельность приводила к перенапряжению всех физиологических систем: отрицательными становились показатели суточной адаптивности по параметрам умственной работоспособности, нарушалась регуляция сердечного ритма и периферической гемодинамики. К концу учебного года отмечено нарушение здоровья школьников-подростков. Полученные данные были положены в основу рекомендаций по режиму дня и нормированию нагрузок
Исследование показателей функционирования основных физиологических систем были продолжены в 90-е годы. В комплексных нейроморфологических и нейрофизиологических исследованиях изучалась степень зрелости проекционных и ассоциативных зон коры больших полушарий и характер их участия в осуществлении информационных и регуляторных когнитивных процессов [27; 39]. Специальное внимание было уделено специфике вовлечения различных областей коры в реализацию рабочей (оперативной) памяти, как функции во многом определяющей количество символов и понятий, которыми одновременно может оперировать ребенок, а, следовательно, и успешность усвоения учебного материала [12; 26]. Было показано, что в 7-8-летнем возрасте по сравнению с 9-10-летними в осуществлении зрительно-пространственной рабочей памяти в меньшей степени вовлекаются префронтальные зоны лобной коры, что сказывается на более низких показателях ее реализации. Установлено, что морфофункциональная незрелость префронтальной коры, с которой связаны высшие регуляторные (управляющие) механизмы, является важным фактором, определяющим специфику мозговой организации когнитивных процессов на начальном этапе школьного обучения.
Возрастные и индивидуальные особенности когнитивных процессов при подготовке к школе и на начальном этапе обучения выявлены также при изучении мозговых механизмов формирования сложных когнитивных навыков - письма и чтения, а также причины возникновения и развития школьных трудностей [4; 6; 7;
9].
Большое внимание было уделено эндокринной системе. Прослежено ее формирование, начиная с периода эмбриогенеза и до периода половой зрелости, выявлены физиологические основы стадий полового созревания и разработана авторская классификация этапов полового развития, что дало возможность по фено-типическим признакам определять уровень зрелости эндокринной системы ребенка, определены возрастные границы каждого этапа полового развития. Клинические и экспериментальные исследования позволили установить закономерности развития нейроэндокринной системы в онтогенезе [33].
При изучении возрастных преобразований в системе дыхания проводились исследования формирования механизмов регуляции системы дыхания и адаптивных возможностей системы дыхания на физические нагрузки умеренной и большой мощности. Специальным разделом исследования было изучение влияния загрязненной воздушной среды на функциональное состояние системы дыхания у активно курящих школьников. Была разработана система восстановительных физических упражнений для школьников, имеющих несформированные механизмы регуляции дыхания.
Успешно развивались в эти годы исследования возрастных преобразований мышечной деятельности, традиции которого были заложены в институте В.С. Фарфелем и С.А. Косиловым. Осуществлялось изучение этапов созревания мышечной ткани, механизмов и закономерностей развития двигательной деятельности, ее вегетативного и энергетического обеспечения [20; 23]. Наиболее значимые результаты были получены при исследовании конституциональных (типологических) особенностей динамики развития мышечных функций. Так, было показано, что первые проявления типологических особенностей моторного развития обнаруживаются у детей в возрасте 5-6 лет. Все это позволило предложить новые
методологические подходы к физическому воспитанию учащихся, основанные на типологически адекватной двигательной активности.
Физиологические исследования послужили основой разработки современных подходов к формированию теоретико-методических основ образовательной области «Физическая культура», а также создания теории и методологии формирования основ учебного предмета физической культуры.
Со временем основания института важное место в проводимых исследованиях принадлежало гигиеническому направлению исследований. Изучалась динамика умственной работоспособности при различных режимах и программах обучения, оценивалась связь с состоянием здоровья ребенка [1]. Специальное внимание было уделено изучению влияния работы на компьютере на функциональное состояние детей дошкольного и младшего школьного возраста, разрабатывались нормативы продолжительности и интенсивности этой работы и санитарно-гигиенические нормативы рабочего места.
На основе проведенных исследований были разработаны некоторые теоретические положения и общие принципы индивидуального развития [38]. Важнейшее значение для понимания того, как формируются и организуются функциональные системы в процессе индивидуального развития, имел сформулированный А.Н. Северцовым [32] принцип гетерохронии развития в теории системогенеза, согласно которому в процессе онтогенеза анатомически целостные органы и физиологические системы созревают постепенно и неодновременно. Развивая предложенный А.Н. Северцовым принцип гетерохронии, П.К. Анохин [2] разработал теорию системогенеза. Теория базируется на экспериментально подтвержденных исследованиях раннего онтогенеза, выявивших постепенное и неравномерное созревание отдельных элементов каждой структуры или органа, которые консолидируются с элементами других органов, задействованных в реализации данной функции и, интегрируясь в единую функциональную систему, осуществляют принцип «минимального обеспечения» целостной функции. Разные функциональные системы в зависимости от их значимости в обеспечении жизненно важных функций созревают в разные сроки постнатальной жизни. Это обеспечивает высокий приспособительный эффект развития организма на каждом этапе онтогенеза, отражая надежность функционирования биологических систем. Именно надежность функционирования биологических систем [24] является одним из общих принципов индивидуального развития. Исследования показали, что в ходе онтогенеза надежность биологических систем проходит определенные этапы становления и формирования. И если на ранних этапах постнатальной жизни она обеспечивается жестким, генетически детерминированным взаимодействием отдельных элементов функциональной системы, обеспечивающим осуществление элементарных реакций на внешние стимулы и необходимых жизненно важных функций (например, сосание), то в ходе развития все большее значение приобретают пластичные связи, создающие условия для динамичной избирательной организации компонентов системы. На примере формирования системы восприятия информации выявлена общая закономерность обеспечения надежности адаптивного функционирования системы. Выделены три функционально различных этапа ее организации: 1-й этап (период новорожденности) - функционирование наиболее рано созревающего блока системы, обеспечивающего возможность реагиро-
вания по принципу «стимул - реакция». 2-й (первые годы жизни) этап характеризуется генерализованным однотипным вовлечением элементов более высокого уровня системы. Надежность системы обеспечивается дублированием ее элементов. 3-й этап (наблюдается с предшкольного возраста) - иерархически организованная многоуровневая система регулирования обеспечивает возможность специализированного вовлечения элементов разного уровня в обработку информации и организацию деятельности. В ходе онтогенеза по мере совершенствования центральных механизмов регуляции и контроля возрастает динамичность взаимодействия элементов системы; избирательные функциональные констелляции формируются в соответствии с конкретной ситуацией и стоящей задачей [26], что обусловливает совершенствование адаптивных реакций развивающегося организма в процессе усложнения его контактов с внешней средой и адаптивный приспособительный характер функционирования на каждом этапе онтогенеза.
Необходимость конкретной характеристики отдельных этапов развития, учитывающей оба эти фактора, ставит вопрос о том, что рассматривать в качестве возрастной нормы для каждого из этапов.
В течение длительного времени, да нередко и сейчас, возрастная норма рассматривалась как совокупность среднестатистических параметров, характеризующих морфофункциональные особенности организма. Несомненно, на определенном этапе развития биологии и медицины подобный подход сыграл прогрессивную роль, позволив определить среднестатистические параметры морфофунк-циональных особенностей развивающегося организма, да и в настоящее время он позволяет решать ряд практических задач (например, при исчислении стандартов физического развития, нормировании воздействия факторов внешней среды и т.п.). Однако такое представление о возрастной норме, абсолютизирующее количественную оценку морфофункциональной зрелости организма на разных этапах онтогенеза, не отражает сущностных характеристик возрастных преобразований, определяющих адаптивную направленность развития организма и его взаимоотношений с внешней средой. Совершенно очевидно, что если качественная специфика функционирования физиологических систем на отдельных этапах развития остается неучтенной, то понятие возрастной нормы начинает терять свое содержание, оно перестает отражать реальные функциональные возможности организма в определенные возрастные периоды.
Представление об адаптивном характере индивидуального развития дало основание рассматривать норму как оптимум функционирования организма, обеспечивающий его адаптивное реагирование на факторы внешней среды.
Различия в представлении о критериях возрастной нормы определяют и подходы к возрастной периодизации развития. Одним из наиболее распространенных является подход, в основе которого лежит анализ оценки морфологических признаков (роста, смены зубов, нарастания массы тела и т.п.). Наиболее полная возрастная периодизация, основанная на морфологических и антропологических признаках, была предложена В.В. Бунаком [13], по мнению которого в изменениях размеров тела и связанных с ними структурно -функциональных признаках отражаются преобразования метаболизма организма с возрастом. Однако эта периодизация, как и все предыдущие, не учитывает адаптивный характер развития -необходимость оценки не столько стационарных особенностей жизнедеятельно-
сти организма, сколько особенности его взаимодействия с внешней средой на каждом этапе развития.
О необходимости такого подхода к поиску физиологических критериев возрастной периодизации высказывался и И.А. Аршавский [3]. Согласно его представлению, в основу возрастной периодизации должны быть положены критерии, отражающие специфику целостного функционирования организма. В качестве такого критерия предлагалась выделенная для каждого этапа развития ведущая функция. В качестве ведущего фактора развития в раннем детском возрасте рассматривалась двигательная деятельность. В процессе онтогенеза возрастает активное отношение ребенка к средовым факторам, усиливается роль высших отделов ЦНС в обеспечении адаптивных реакций на внешнесредовые факторы, в том числе и тех, которые реализуются путем двигательной активности. Поэтому особую роль в возрастной периодизации приобретают критерии, отражающие уровень развития и качественные изменения адаптивных механизмов, связанных с созреванием различных отделов мозга, в том числе и регуляторных структур центральной нервной системы, и обусловливающих деятельность всех физиологических систем и поведение ребенка.
Такой подход сближает физиологические и психологические позиции в проблеме возрастной периодизации и создает базу для выработки единой периодизации развития ребенка. Л.С. Выготский [15] в качестве критериев возрастной периодизации рассматривал психические новообразования, характерные для конкретных этапов развития. Продолжая эту линию, А.Н. Леонтьев [22] и Д.Б. Эль-конин [48] особую роль в возрастной периодизации придавали ведущей деятельности, определяющей возникновение психологических новообразований. При этом отмечалось, что особенности психического, так же как и особенности физиологического развития, определяются как внутренними факторами (морфо-функциональными), так и внешними условиями индивидуального развития.
Психофизиологическими и психологическими исследованиями показано, что чувствительность к внешним воздействиям носит избирательный характер на разных этапах онтогенеза. Это легло в основу представления о сенситивных периодах как периодах наибольшей чувствительности к воздействию факторов среды.
Выявление и учет сенситивных периодов развития функций организма является непременным условием создания благоприятных адекватных условий эффективного обучения и сохранения здоровья ребенка, поскольку высокая чувствительность определенных функций должна быть, с одной стороны, использована для эффективного целенаправленного воздействия, способствующего их прогрессивному развитию и, с другой стороны, неадекватность внешнесредовых факторов может привести к нарушению развития организма.
Следует подчеркнуть, что онтогенетическое развитие сочетает периоды эволюционного (постепенного) морфофункционального созревания и периоды переломных скачков развития, которые могут быть связаны как с внутренними (биологическими), так и с внешними (социальными) факторами развития. Это определяет наличие критических периодов развития, в качестве которых мы рассматриваем периоды качественных преобразований базовых механизмов адаптации ребенка к смене социально-средовых факторов. Обычно в качестве критического периода развития рассматривается младенческий возраст. Однако результаты
проведенных в институте исследований дают основание считать, что критическим является младший школьный возраст, когда качественно изменяющееся морфо-функциональное созревание регуляторных систем мозга приходится на период существенных изменений социальных условий.
Другим критическим периодом, также приходящимся на школьный возраст, является подростковый период, когда нейроэндокринные перестройки, связанные с половым созреванием, приводят к снижению адаптации подростка к социально -средовым факторам, а иногда и к формированию девиантного поведения.
Изложенные позиции определили дальнейшую направленность фундаментальных и прикладных исследований института - они должны опираться на три уровня изучения физиологии ребенка: внутрисистемный, межсистемный и уровень целостного организма во взаимодействии с факторами внешней среды.
С начала 2000 г. исследования, проводимые в ИВФ РАО, были сосредоточены на изучении возрастных и индивидуальных показателей функционирования физиологических систем и познавательной деятельности детей предшкольного и младшего школьного возраста - периоде развития, во многом определяющем адаптацию к систематическому школьному обучению, его возможности в усвоении учебного материала.
В междисциплинарных исследованиях познавательной деятельности существенное место занимает изучение базовых нейрофизиологических механизмов, определяющих формирование когнитивных процессов и особенности их реализации на рубеже перехода от дошкольного к младшему школьному возрасту.
Методология проводимых исследований основывается на представлениях об иерархически организованной динамической системе нейронных сетей, обеспечивающих реализацию когнитивной деятельности (принцип распределенных систем) и принципе гетерохронии развития структур мозга разного уровня. Морфо-функциональное созревание структур мозга и характер их динамического функционального объединения изучаются в состоянии покоя, в процессе восприятия, при различных формах внимания, вербальной и зрительно-пространственной рабочей памяти. Нейрофизиологические исследования (численный и качественный анализ ЭЭГ, регистрация и анализ ССП) сочетаются с нейропсихологическим тестированием. Такой подход позволяет выявить как роль различных гетерохронно созревающих систем мозга в различных когнитивных процессах, так и возрастные особенности мозгового обеспечения познавательной деятельности. Так проведенные исследования показали, что наблюдаемая при нейропсихологическом тестировании и психометрическом анализе несформированность целостного зрительного опознания сложных или неполных изображений определяется меньшей степенью участия в этом процессе лобных (префронтальных) корковых зон и их нисходящих влияний на другие структуры. По мере взросления ребенка степень вовлечения лобной коры в зрительное восприятие усиливается, однако еще не достигает дефинитивного типа. Это проявляется в значительном индивидуальном разбросе показателей успешности опознания, соответствующем степени и характеру участия префронтальной коры в этом процессе. Постепенность и продолжительность созревания префронтальных корковых зон и их нисходящих управляющих влияний показана в ряде проведенных в институте исследований [10; 25; 26; 39; 46] При анализе электроэнцефалографических маркеров степени зрелости
фронто-таламической регуляторной системы показано, что в ЭЭГ дошкольников (5-6 лет) наблюдается в значительном числе случаев. Анализ функционального взаимодействия корковых зон при внимании, направленном на прием и обработку информации разной модальности выявил у детей этого возраста незрелость механизмов избирательной активации, в организации которой ведущая роль принадлежит префронтальной коре. В 7-8-летнем возрасте признаки незрелости этих корковых зон обнаруживаются только у детей с трудностями обучения или отклонениями в поведении - синдром гиперактивности и дефицита внимания.
В междисциплинарных нейрофизиологических и нейропсихологических исследованиях выявлены корреляции ЭЭГ признаков незрелости фронто-таламической регуляторной системы и управляющих функций (программирование, регуляция и контроль деятельности. Это дает основание считать, что морфо-функциональная зрелость этой регуляторной системы является одним из основных нейрофизиологических факторов формирования управляющих функций в онтогенезе ребенка. Выяснение возрастных и индивидуальных особенностей управляющих функций, их роли в регуляции организации различных типов когнитивной деятельности является предметом исследований, осуществляемых в настоящее время. Эти исследования имеют и важную практическую направленность. Они позволяют выявить возможные причины школьной дезадаптации ребенка и используются в диагностическом центре института в целях диагностики индивидуальных особенностей познавательного развития.
Важным аспектом изучения познавательной деятельности ребенка является исследование возрастных, половых и индивидуальных особенностей вербального и невербального интеллекта, речи и окуломоторной активности при чтении текстов с разных носителей. Выявлена зависимость формирования структурных компонентов интеллекта от возраста детей и уровня речевого развития, показана ведущая роль зрительно-пространственного восприятия в целостной интеллектуальной деятельности.
Для выявления индивидуальных особенностей функционального созревания систем мозга, уровня развития школьно-значимых функций и минимизации школьных рисков разработан метод комплексной диагностики функционального развития детей старшего предшкольного возраста и первоклассников, включающий определение факторов риска в раннем развитии, уровня интеллектуального и речевого развития; развития школьно-значимых познавательных функций; сфор-мированности произвольной организации деятельности, функционального состояния и функциональной зрелости коры головного мозга и регуляторных структур.
Важное место в исследованиях института занимают проблемы вегетативного обеспечения функционального состояния и адаптивных возможностей школьников. Комплексные исследования автономной нервной, сердечно-сосудистой и дыхательной систем дошкольников и школьников позволили выявить индивидуальные особенности механизмов срочной адаптации и определить критерии оценки функционального состояния и адаптационных возможностей ребенка. В качестве таких критериев предлагаются тип автономной нервной регуляции сердечного ритма, продолжительность сердечного цикла, возбудимость миокарда, проходимость дыхательных путей. Изучаются особенности нейроэндокринной регуляции
деятельности висцеральных систем в процессе адаптации к умственным и физическим нагрузкам.
Обобщение результатов исследования возрастной динамики показателей энергообеспечения мышечной деятельности у детей младшего школьного возраста позволило сформулировать гипотезу о физиологической индивидуальности человека, которая проявляется как комплекс конституциональных признаков и определяет стратегию адаптации организма конкретного человека к значимым воздействиям окружающей среды, в том числе - к напряженным физическим нагрузкам различного характера. Становление «физиологической индивидуальности» происходит на протяжении восходящей фазы онтогенеза, при этом наиболее существенные изменения регуляторных механизмов происходят в дошкольном и младшем школьном возрасте и характеризуются формированием и активным взаимодействием механизмов вегетативных функций энергетики, гуморальной и нервной регуляции. Показано, что на фоне прогрессивного развития всех механизмов энергетического обеспечения мышечной деятельности, роста показателей физического развития и двигательной подготовленности формирование кинематической и биоэнергетической структуры циклических и ациклических движений (локомоций) у детей 7-13 лет идет гетерохронно. Создана принципиально новая технология совершенствования циклических и ациклических локомоций школьников, основанная на учете возрастных особенностей формирования кинематической структуры движения и механизмов энергообеспечения мышечной деятельности.
Приведенные выше результаты, позволившие охарактеризовать функциональные и адаптационные возможности детей разного возраста, обобщены в ряде научных книг и учебных пособий: «Физиология развития ребенка» (под ред. М.М. Безруких, Д.А. Фарбер), 2010; Развитие мозга и формирование познавательной деятельности ребенка, 2009; учебные пособия для студентов педвузов «Психофизиология ребенка» (авторы Н.В. Дубровинская, Д.А. Фарбер, М.М. Безруких), 2005; «Возрастная физиология» (авторы М.М. Безруких, В.Д. Сонькин, Д.А. Фарбер), 2002; Психофизиология развития ребенка (авторы М.М. Безруких, Н.В. Дубровинская, Д.А. Фарбер), 2002; в книге «Трудности обучения в начальной школе» (автор М.М. Безруких), 2009.
Важным направлением исследований последнего десятилетия наряду с физиологическими исследованиями является изучение биологических, психологических и социальных аспектов формирования алкогольной, табачной, наркотической, компьютерной зависимостей, поиск путей их педагогической профилактики и формирования культуры здоровья.
Подытоживая кратко изложенные основные результаты исследований ИВФ РАО, следует подчеркнуть их направленность как на решение фундаментальных задач - выявление механизмов и закономерностей адаптивного развития ребенка, так и на практические цели: повышение эффективности педагогического процесса и сохранение здоровья ребенка.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Адаптация организма учащихся к учебной и физической нагрузкам / под. ред. А.Г. Хрипковой, М.В. Антроповой. - М.: Педагогика, 1982. - 222 с.
2. Анохин, П.К. Системогенез как общая закономерность эволюционного процесса / П.К. Анохин // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. -1948. - Т. 26. - С. 81.
3. Аршавский, И.А. Основы возрастной периодизации / И.А. Аршавский // Возрастная физиология: Рук. по физиологии. - М.; Л.: Наука, 1975. - С. 5-67.
4. Безруких М.М. Центральные механизмы организации и регуляции произвольных движений у детей 6-10 лет. Сообщение II. Электрофизиологический анализ выполнения движений у праворуких детей / М.М. Безруких // Физиология человека, 1998. - Т. 24, № 3. - С. 34-41.
5. Безруких, М.М. Возрастная физиология (физиология развития ребенка) / М.М. Безруких, В.Д. Сонькин, Д.А. Фарбер. - М.: Академия, 2002. - 416 с.
6. Безруких, М.М. Психофизиология ребенка / М.М. Безруких, Н.В. Дубро-винская, Д.А. Фарбер. - М.: Издательство Московского психолого-социального института; Воронеж: Издательство НПО «МОДЭК», 2005. - 496 с.
7. Безруких, М.М. Ребенок учится писать (учимся писать вместе) / М.М. Безруких. - Новосибирск: ЦЭРИС, 1994. - 175 с.
8. Безруких, М.М. Трудности обучения в начальной школе: Причины, диагностика, комплексная помощь / М.М. Безруких. - М.: Эксмо, 2009. - 464 с.
9. Безруких, М.М. Центральные механизмы организации и регуляции произвольных движений у детей 6-10 лет. Сообщение I. Электрофизиологический анализ процесса подготовки к движениям / М.М. Безруких // Физиология человека, 1997.- Т. 23, № 6. - С. 31-34.
10. Бетелева, Т.Г. Исследование механизмов классификации изображений у детей с различным стилем когнитивной деятельности / Т.Г. Бетелева, Н.Е. Петренко // Физиология человека. - 2004. - Т. 30, № 1. - С. 38.
11. Бетелева, Т.Г. Сенсорные механизмы развивающегося мозга / Т.Г. Бетелева, Н.В. Дубровинская, Д.А. Фарбер. - М.: Наука, 1977. - 174 с.
12. Бетелева, Т.Г. Возрастные особенности обработки зрительной информации в системе рабочей памяти / Т.Г. Бетелева, С.В.Синицын, Д.А. Фарбер // Физиология человека. - 2009. - Т. 35, № 6. - С. 25-36.
13. Бунак, В.В. Выделение этапов онтогенеза и хронологические границы возрастных периодов / В.В. Бунак // Советская педагогика. - 1966. - № 11. -С. 105-110.
14. Возрастная физиология и школьная гигиена / А.Г. Хрипкова, М.В. Антропова, Д.А. Фарбер. - М.: Просвещение, 1990. - 319 с.
15. Выготский, Л.С. Обучение и развитие в дошкольном возрасте / Л.С. Выготский // Умственное развитие в процессе обучения. - М.;Л.: Государственное учебно-педагогическое издательство, 1935. - С. 20-32.
16. Индивидуальные особенности развития системы кровообращения школьников / Под ред. И.О. Тупицына. - М.: ИВФ РАО, 1995. - 64 с.
17. Колесов, Д.В., Физиолого-педагогические аспекты полового созревания / Д.В. Колесов, Н.Б. Сельверова. - М.: Педагогика, 1978. - 145 с.
18. Корниенко, И.А Возрастные изменения энергетического обмена и терморегуляции / И.А. Корниенко. - М.: Наука, 1979. - 160 с.
19. Корниенко, И.А. О некоторых общих принципах организации биологических систем / И.А. Корниенко, С.П. Маслов, И.А. Шилов // Журнал общей биологии. - 1965. - Т.36. - С. 121-126.
20. Корниенко, И.А., Возрастная периодизация развития скелетных мышц в онтогенезе человека / И.А. Корниенко, В.Д. Сонькин, Р.В. Тамбовцева // Новые исследования. - 2001. - Вып. 1. - С. 44-57.
21. Кузнецова, Т.Д. Возрастные особенности дыхания детей и подростков / Т.Д. Кузнецова. - М.: Медицина, 1986. - 128 с.
22. Леонтьев, А.Н. Проблемы развития психики / А.Н. Леонтьев. - М.: Издательство Московского университета, 1981. - 584 с.
23. Любомирский, Л.Е. Возрастные особенности двигательной функции / Л.Е. Любомирский, М.М. Безруких // Физиология подростка. - М., 1988. - С. 3652.
24. Маркосян, А.А. Развитие человека и надежность биологической систем / А.А. Маркосян // Основы морфологии и физиологии организма детей и подростков. - М.: Медицина, 1969. - 575 с.
25. Мачинская, Р.И. Особенности формирования высших психических функций у младших школьников с различной степенью зрелости регуляторных систем мозга / Р.И. Мачинская, О.А. Семенова // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. - 2004. - Т. 40, № 5. - С. 427-435.
26. Мачинская, Р.И. Функциональное созревание мозга и формирование нейрофизиологических механизмов избирательного произвольного внимания у детей младшего школьного возраста / Р.И. Мачинская // Физиология человека. -2006. - Т. 32, № 1. - С. 26-36.
27. Мачинская, Р.И., Дубровинская Н.В. Мозговое обеспечение информационных и мотивационных компонентов произвольного внимания у детей младшего школьного возраста // Лурия и психология XXI века. Доклады второй международной конференции, посвященной 100-летию А.Р. Лурия. - М.: Факультет психологии МГУ, «Смысл», 2003. - С. 309-318.
28. Мачинская, Р.И., Функциональная организация полушарий мозга при направленном внимании у детей 7-8 лет / Р.И. Мачинская, Н.В. Дубровинская // Журнал высшей нервной деятельности. - 1996. - Т. 46, вып. 3. - С. 437-446.
29. Основы морфологии и физиологии организма детей и подростков / Под ред. А.А. Маркосяна. - М.: Медицина, 1969. - 575 с.
30. Психофизиология ребенка: Учебное пособие. - 2-е изд., дополненное. -М.: Издательство Московского психолого-социального института; Воронеж: Издательство НПО «МОДЭК», 2005. - 496 с.
31. Развитие мозга и формирование познавательной деятельности ребенка / Под ред. М.М. Безруких, Д.А. Фарбер. - М.: Издательство Московского психолого-социального института; Воронеж: Издательство НПО «МОДЭК», 2009. - 432 с. - (Серия «Библиотека психолога»).
32. Северцов, А.Н. Морфологические закономерности эволюции / А.Н. Се-верцов. - М.-Л.: Академия наук, 1939. - 198 с.
33. Сельверова, Н.Б., Физиология развития эндокринной системы / Н.Б. Сельверова, Т.А. Филиппова, О.В. Кожевникова // Физиология роста и развития детей и подростков (теоретические и клинические вопросы) / Под ред. А.А. Баранова, Л.А. Щеплягиной. - М.; РАМН, 2000. - С. 29-65.
34. Сонькин, В.Д. Развитие энергетического обмена мышечной деятельности подростков / В.Д. Сонькин // Физиология человека. - 1988. - Т. 14, №2. - С. 248355.
35. Сонькин, В.Д. Работоспособность школьников и энергетическое обеспечение предельной мышечной работы / В.Д. Сонькин // Новые исследования по возрастной физиологии. - 1986. - №1 (26). - С. 44-47.
36. Структурно-функциональная организация развивающегося мозга / Д.А. Фарбер, Л.К. Семенова, В.В. Алферова и др.; Отв. ред. О.С. Адрианов, Д.А. Фарбер. - Л.: Наука (Ленингр. отд-ние), 1990. - 197 с.
37. Тупицын И.О. Возрастная динамика и адаптационные изменения сердечно-сосудистой системы школьников / И.О. Тупицын. - М.: Педагогика, 1985. -С. 85.
38. Фарбер, Д.А. Методологические аспекты изучения физиологического развития ребенка / Д.А. Фарбер, М.М. Безруких // Физиология человека. - 2001. -Т. 27, № 5. - С. 8-16.
39. Фарбер, Д.А. Развитие зрительного восприятия в онтогенезе. Психофизиологический анализ / Д.А. Фарбер // Мир психологии. - 2003. - № 4. - С. 3-12.
40. Фарбер, Д.А. Функциональное созревание мозга в раннем онтогенезе / Д.А. Фарбер. - М.: Просвещение, 1969. - 279 с.
41. Фарбер, Д.А. Электроэнцефалограмма детей и подростков / Д.А. Фарбер, В.В. Алферова. - М.: Просвещение, 1972. - 215 с.
42. Физиология подростка / Под ред. Д.А. Фарбер. - М.: Педагогика, 1988. -167с.
43. Физиология развития ребенка. Руководство по возрастной физиологии / Под ред. М.М. Безруких, Д.А. Фарбер. - М.: Издательство Московского психолого-социального института; Воронеж: Издательство НПО «МОДЭК», 2010. - 768 с. - (Серия «Библиотека психолога»).
44. Физиология ребенка / Под ред. В.И. Козлова, Д.А. Фарбер. - М.: Педагогика, 1983. - 294 с.
45. Функционирование сердечно-сосудистой системы ребенка в процессе развития и под влиянием учебной деятельности: Сб. науч. тр. / АПН СССР, НИИ физиологии детей и подростков; [Редкол.: И. О. Тупицын (отв. ред.) и др.]
46. Цехмистренко, Т.А. Структурные преобразования коры большого мозга и мозжечка человека в постнатальном онтогенезе / Т.А. Цехмистренко, Н.С. Шумейко, В.А. Васильева // Физиология развития ребенка: теоретические и прикладные аспекты. - М.: Образование от А до Я, 2000. - С. 60-81.
47. Эльконин, Д.Б. К проблеме периодизации психологического развития в детском возрасте // Вопр. психол. - 1971. - № 4. - С. 6-20.
