CC BY
38
УДК 612.821.1/2
МЕЖИНДИВИДУАЛЬНЫЕ РАЗЛИЧИЯ В ПОВЕДЕНЧЕСКИХ СТРАТЕГИЯХ ШКОЛЬНИКОВ МЛАДШЕГО ВОЗРАСТА В УСЛОВИЯХ РАСПОЗНАВАНИЯ ЗВУКОВЫХ СТИМУЛОВ И ПАРАДИГМЫ «СТОП-СИГНАЛ»
Сергей Сергеевич ТАМОЖНИКОВ1, Евгений Андреевич ЛЕВИН14,
Валентина Васильевна СТЕПАНОВА2, Александр Николаевич САВОСТЬЯНОВ1,3,5
1 ФГБУ НИИ физиологии и фундаментальной медицины СО РАМН 630117, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 4
2 ГБОУ ДПО НСО Институт развития образования Новосибирской области 630111, г. Новосибирск, ул. Кропоткина, 126/2, МБОУ СОШ17
3 ФГБОУ ВПО Национальный исследовательский Томский государственный университет 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36
4 ФГБУ Новосибирский НИИ патологии кровообращения им. академика Е.Н. Мешалкина Минздрава России
630055, г. Новосибирск, ул. Речкуновская, 15
5 ФГБОУ ВПО Новосибирский национальный исследовательский государственный университет 630090, г. Новосибирск, ул. Пирогова, 2
В настоящее время существует необходимость в развитии средств диагностики различных неврологических расстройств, связанных с ухудшением внимания у детей. Одним из методов объективной диагностики индивидуальных особенностей системы внимания является анализ поведенческих реакций в условиях селекции стимулов. Целью нашей работы было сопоставление поведенческих реакций у школьников младшего возраста в условиях решения задач на внимание и моторный контроль. Обследовано 56 первоклассников (средний возраст 7,5 года, 26 мальчиков). Обследование каждого ребенка проводилось дважды - в начале и в конце учебного года; использовались методики «odd-ball» с монотональными звуковыми тонами и полифоническими слогами в качестве стимулов, а также визуальная парадигма «стоп-сигнал» (ССП), позволяющие оценивать индивидуальные особенности моторного контроля. В парадигме «odd-ball» с монотональным стимулированием школьники показали три стратегии поведения - регулярную (реакция после задания), хаотическую (реакция не связана с заданием) и смешанную, тогда как в полифоническом условии различий в стратегиях поведения не было найдено. Индивидуальные отличия в реакциях в монотональном условии «odd-ball» статистически значимо коррелировали с показателями поведения в ССП. При повторном обследовании количество детей с хаотической и смешанной стратегиями поведения сократилось с 47 до 16 % от общего количества обследованных. Дети, проходившие школьное обучение по разным образовательным программам, показали различия в динамике развития когнитивных функций.
Ключевые слова: внимание, моторный контроль, младшие школьники, парадигма «odd-ball», парадигма «стоп-сигнал».
В последние десятилетия медиками и психологами отмечается увеличение числа поведенческих и неврологических расстройств, связанных с проблемами адаптации младших школьников к высокой учебной нагрузке [1, 6, 11, 13]. Чаще всего встречаются такие расстройства, как дефи-
цит внимания, детская гиперактивность, повышенная тревожность, эмоциональные депрессии, большая часть которых в той или иной мере связана с работой систем направленного внимания и регуляции целенаправленного поведения. Рассматриваемые системы включают совокупность
Таможников С.С. - аспирант 3 года обучения, младший научный сотрудник лаборатории «Механизмоврегуляции памяти», e-mail: [email protected]
Левин Е.А. - к.б.н., старший научный сотрудник Центра ангионеврологии и нейрохирургии, e-mail: [email protected]
Степанова В.В. - к.п.н., ведущий специалист, руководитель экспериментальной площадки «Школаразвития индивидуальности «Росток», e-mail: [email protected] Савостьянов А.Н. - д.ф.н., к.б.н., доцент, старший научный сотрудник лаборатории механизмов регуляции памяти, старший научный сотрудник лаборатории психологии здоровья, зав. лабораторией биомаркеров социального поведения, e-mail: [email protected]
корковых и подкорковых структур, активных в условиях селекции внешних сигналов, при принятии решений относительно направленности движения и при контроле над успешностью реализации движения [3, 5, 12, 15, 16]. Кроме того, часть расстройств может сопровождаться усилением процессов, связанных с произвольным вниманием, что интерпретируется как компенсаторная реакция, направленная на преодоление последствий нарушений [20, 21]. Однако к настоящему времени в мировой науке нет достаточно ясного понимания причин таких расстройств, а в Российской Федерации отсутствует общепринятая система их мониторинга у младших школьников. Анализ поведенческих реакций в различных экспериментальных условиях позволяет оценить индивидуальную специфику работы системы направленного внимания и выявить возможные патологии, связанные с вниманием как у взрослых людей [8], так и у младших школьников [18]. Это позволяет предположить, что анализ поведенческих реакций, наряду с использованием других методов тестирования, может быть использован для мониторинга психофизиологического состояния младших школьников в условиях повышенной когнитивной нагрузки.
Для тестирования внимания широко применяется парадигма «odd-ball», в которой испытуемые должны реагировать на целевой стимул и игнорировать нецелевой сигнал [4, 8, 10]. Для изучения индивидуальных особенностей системы тормозного контроля над поведением применяется экспериментальная парадигма «стоп-сигнал» (ССП) [2]. Поведенческие реакции и мозговая активность в условиях ССП были подробно изучены на различных группах взрослых испытуемых [14, 17] и у детей школьного возраста [7, 9]. Однако до настоящего времени не было исследований, сопоставляющих поведенческие реакции на одной выборке младших школьников в обеих экспериментальных парадигмах. Кроме того, не существует исследований, применяющих эти методики для сопоставления особенности мозговой активности у детей с разными стратегиями поведения в условиях различной когнитивной нагрузки, связанной со школьным образованием. В то же время такое сопоставление позволяет исследовать взаимосвязь двух различных систем мозга - системы регуляции поведения и системы направленного внимания.
Таким образом, целью нашего исследования является изучение индивидуальных особенностей возрастного развития системы внимания и регуляции целенаправленного поведения у младших школьников при помощи анализа поведенческих реакций в условиях селекции звуковых сиг-
налов и управления движением. Мы исследовали возрастную динамику когнитивных функций у детей в течение первого года школьного обучения, при этом одна часть детей обучалась в школе по стандартной образовательной программе, принятой в Российской Федерации, а другая проходила обучение по экспериментальной программе, апробируемой на базе гимназии «Росток» в г. Новосибирске. В нашем исследовании сравнивается эффект воздействия различных форм обучения детей на развитие у них когнитивных функций при адаптации к школе.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Обследование проводилось у двух групп младших школьников (всего 56 детей в возрасте 6-8 лет, 26 мальчиков), школьное обучение которых различалось стратегиями в становлении произвольных форм поведения. Контрольный класс (30 детей) находился в условиях формирования произвольных форм поведения через усвоение внешне заданного правила и оценки его усвоения, использовался фронтальный способ организации учебной деятельности. Такой подход к обучению в настоящее время соответствует образовательному стандарту Министерства образования и науки РФ и принят в качестве основного в большинстве российских школ. Экспериментальный класс (26 детей) работал в условиях становления произвольных функций поведения на основе свободной воли ребенка, учебная деятельность организовывалась на основе мотивационно значимых для ребенка форм деятельности, использовалась групповая форма обучения. Методика обучения детей, применяемая в экспериментальном классе, разработана В.В. Степановой. Данный подход в настоящее время апробируется и проверяется на базе экспериментальной образовательной площадки в школе «Росток», г. Новосибирск.
Первое обследование проведено в начале учебного года (сентябрь - начало декабря), второе - в конце учебного года (март - май). В исследовании применялись три экспериментальные методики.
1. Парадигма «odd-ball» при монотональном стимулировании. Парадигма «odd-ball» нацелена на определение индивидуальных особенностей функционирования системы направленного внимания [8]. В этом эксперименте испытуемый должен нажимать на кнопку после предъявления целевого стимула и игнорировать предъявление нецелевого стимула. Под монотональными сигналами понимаются простые звуки, отличающиеся друг от друга только по высоте тона. В нашем исследовании в качестве целевого сигнала приме-
нялся простой звуковой тон высотой в 1000 Гц, а нецелевым сигналом служил тон в 500 Гц, сила звука была установлена в 30 дБ для всех стимулов и испытуемых. Каждому ребенку подавалось всего 250 звуков из которых 50 было целевыми, задания были разделены на 5 презентационных сессий, по 50 предъявлений тонов в каждой. Порядок следования целевых и нецелевых сигналов в каждой сессии был рандомизирован. Перед каждой сессией ребенку повторялась инструкция и давались примеры целевого и нецелевого стимула.
2. Парадигма «odd-ball» при политональном стимулировании. Под политональными сигналами понимаются сложные звуки, включающие сразу несколько тонов (в нашем случае в качестве целевого сигнала использовались записи крика кошки «мяу», а как нецелевой сигнал применялось кваканье лягушки «ква». Количество стимулов, пропорция целевого и нецелевого сигналов и разделение на сессии в этом условии были такими же, как и при монотональном стимулировании.
3. Парадигма «стоп-сигнал» при визуальном стимулировании. ССП [2, 17] была оформлена в виде компьютерной игры, где испытуемые должны были нажимать на одну из двух кнопок после появления двух зрительных целевых сигналов (кормить зайца морковкой или тигра мясом) или затормозить уже подготовленное движение, если после целевого сигнала следует запрещающий знак «Стоп». Отличие ССП от «odd-ball» состоит в том, что здесь испытуемому необходимо подавлять движение, которое уже начато. В этом обследовании вначале предъявлялось 15 целевых сигналов без стоп-сигнала (тренировочная сессия), затем каждому испытуемому подавалось 65 целевых сигналов, из которых 15 сопровождались появлением стоп-сигнала (тестовая сессия). Порядок предъявления стоп-сигналов в тестовой сессии был рандомизирован. Временной интервал между появлением целевого и запрещающего сигналов варьировал от 50 до 600 мс.
В ходе обследования 50 % детей вначале участвовали в парадигмах «odd-ball», а затем в ССП, а другие 50 % получили обратный порядок заданий. Монофоническое стимулирование в тесте «odd-ball» всегда предшествовало полифоническому.
Для каждой задачи вычислялось среднее время реакции, процент правильных нажатий на целевой стимул, процент пропущенных нажатий и процент некорректных нажатий после нецелевого или запрещающего стимула. Данные представлены в виде M ± с, где M - среднее арифметическое значение, с - среднеквадратическое отклонение.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В предварительных обследованиях, сделанных на больших выборках взрослых испытуемых (более 150 человек в возрасте от 17 до 65 лет), мы не обнаружили ни одного испытуемого, который бы в данных условиях был неспособен различать предложенные звуковые тона. Однако большинство младших школьников при тех же параметрах сигналов не отличали высокий звуковой тон от низкого. В ходе первого обследования в начале учебного года распознавание монофонических сигналов большинством школьников (41 из 56) воспринималось как трудная, нерешаемая задача. Дети были несколько раз поставлены перед необходимостью выполнять задачу, решение которой большинству из них не удавалось. Часть из них субъективно воспринимало необходимость выполнять задачу как неприятную для себя ситуацию, что позволяет использовать данный тест в качестве модели когнитивного стресса, когда взрослый требует от ребенка выполнить задание, которое тот не в состоянии выполнить. При рассмотрении поведенческих параметров в тесте «odd-ball» на уровне отдельных проб выяснилось, что у некоторых детей часто встречаются аномально быстрые реакции (время реакции -единицы и десятки миллисекунд). Мы предположили, что такие дети нажимали на кнопку, по крайней мере часть времени тестирования, хаотично, без какой-либо связи с подаваемыми стимулами. Для того чтобы оценить минимальное время, необходимое для выполнения целенаправленной реакции, мы рассмотрели скорости реакции детей, имевших не менее 90 % верно выбранных реакций (их оказалось 9 из 40 обследованных на тот момент испытуемых). Минимальные латентности верных реакций составили, в порядке возрастания, 13, 26, 67, 204, 219, 274, 290, 416 и 455 мс. При этом у трех детей, у которых встречались слишком быстрые реакции, они были единичными: у двоих следующие по времени реакции имели латентности 236 и 243 мс, у одного - 56 мс, но затем уже 240 мс. Таким образом, можно заключить, что минимальное время целенаправленной реакции не должно составлять менее 200 мс, а все «реакции», имеющие меньшую латентность, сделаны случайным образом. Процент таких «реакций», включая и неверные (после незначимого стимула), в общем числе нажатий был использован в качестве оценки степени использования «стратегии хаотичных ответов» (СХО) во время тестирования. Эта величина стала дополнительной переменной, включенной в анализ показателей в тесте «odd-ball» - доля хаотических ответов (ДХО).
Первое тестирование Второе тестирование | | регулярная стратегия
полухаотическая стратегия I хаотическая стратегия
Рис. 1. Число школьников, использовавших регулярную, полухаотическую и хаотическую поведенческие стратегии в тесте «odd-ball» с монотональной стимуляцией при первом и втором тестировании
В таких условиях дети демонстрировали три стратегии поведения, обозначенные нами как «регулярная», «хаотичная» и «полухаотичная». Регулярная стратегия предполагала следование поставленной инструкции, даже если ребенок был не в состоянии выполнять задание. При первом обследовании 27 детей из обоих классов были отнесены к регулярной стратегии поведения. Школьники с хаотичной стратегией (10 детей при первом обследовании) выдавали серию случайных ответов, не связанных ни со стимулом, ни с инструкцией, а дети с полухаотичной стратегией (18 при первом обследовании) демонстрировали смешанный тип поведения; один ребенок не выполнял задание при первом обследовании, т.е. совсем не нажимал ни на какую кнопку (рис. 1). При аналогичных обследованиях, дополнительно проведенных на взрослых испытуемых, все взрослые участники показали «регулярную» стратегию поведения. Для теста «odd-ball» использование СХО было в наибольшей степени связано с долей правильных ответов (F(2, 52) = 6,79, p = 0,002), особенно в середине теста (рис. 2, а, б). Неожиданной оказалась относительно слабая связь между СХО и процентом нажатий после незначимого стимула (F(2, 52) = 3,31, p = 0,044) и более сильная связь (F(2, 52) = 8,50, p = 0,0006) с процентом пропущенных нажатий после значимого стимула (рис. 2, в, г). Возможно, часть детей, которым приписывается использование СХО, на самом деле не успевали реагировать на целевой стимул и нажимали на кнопку уже после предъявления следующего стимула. Действительно, A. Simpson и K.J. Riggs показали [19], что слишком частое
предъявление стимулов снижает успешность выполнения задания типа «go/no-go» детьми (правда, существенно более раннего возраста), приводя к поведенческим паттернам, сходным с характерными для нарушений тормозного контроля. В пользу такого предположения говорит то, что в группе с «полухаотическими» ответами время реакции больше, чем в группах с регулярными и чисто хаотическими реакциями (рис. 2, д, е). Впрочем, этот эффект не является статистически достоверным (F(2, 52) = 1,31, p = 0,28), поскольку скорость реакции значительно варьировала внутри каждой из групп. Наибольшая выраженность связи использования СХО со временем реакции и его разбросом в середине, а не в начале или конце тестирования вызвана, вероятно, тем, что в последних двух случаях эффект СХО «размывается» эффектами трудности «входа в задание» и утомления.
Тесты «odd-ball» с моно- и политональными стимулами были полностью идентичны (за исключением использовавшихся звуковых сигналов), однако результаты тестирования у них существенно различались (табл. 1). Доля верных реакций была значительно ниже в тесте с монотональными стимулами (F(1, 49) = 112,9, p < 0,000001), при этом индивидуальный разброс времени реакции, оценивавшийся с помощью величины стандартного отклонения, в этом тесте были достоверно больше (F(1, 49) = 40,5, p < 0,000001), чем в тесте с политональными стимулами. Время реакции при этом практически не различалось (p = 0,87). Таким образом, все дети успешно различали политональные звуки (минимальная доля правильных ответов составила 81 %, 90 % детей допустили менее 10 % ошибок), но почти все испытывали затруднения при различении монотональных стимулов (более чем у половины детей доля ошибочных ответов была выше 30 %, только 23 % детей допустили менее 10 % ошибок). Группы, выделенные на основании поведенческих стратегий в тесте с монотональными стимулами, различались и в политональном тесте, однако эти различия были слабее и имели несколько другой паттерн, чем для монотонального теста. Так, доля верных ответов (F(2, 47) = 4,28, p = 0,020) была минимальной в «полухаотической» группе (94,4 %), тогда как «регулярная» и «хаотическая» группы по этому показателю не различались (98,5 и 97,9 % соответственно). При этом эффект группы достоверно проявлялся для количества нажатий после незначимого стимула (F(2, 47) = 4,67, p = 0,014), но был статистически недостоверным для пропущенных нажатий после значимого стимула (F(2, 47) = 1,44, p = 0,25). Для времени реакции
9085807570-
I 65" & 60* 5550
СХ
я
I I
х 3 аз л
£
о4
я"
1 \
х
2 I л
95-, 90858075706560555045
ч= 0х-О .. R (в О "" О _
1=1 § « *
5
н
6 е
3 о
И 3 §5
О щ
« S3 н
В .
5 g
о
1 3
| 680-| 640-
£ 6001 560-g-
8 520-
I 480£
440
-1-1-1-
Хаотическая Полухаотическая Регулярная Стратегия ответов
о 360-, S
6
320-
U
Я 28°Н
Я и
I 240Н
Я
I 2004
160
-1-1-1-
Хаотическая Полухаотическая Регулярная Стратегия ответов
± 1,96а
Рис. 2. Поведенческие показатели в тесте «odd-ball» с монотональной стимуляцией в группах школьников, использовавших регулярную, полухаотическую и хаотическую стратегии (а), доля правильных ответов по тесту в целом (б), доля правильных ответов в пробах 100-150 (середина теста) (в), доля нажатий после незначимого стимула (г), доля пропущенных нажатий после значимого стимула (д), среднее время реакции на значимые стимулы (е). Стандартное отклонение среднего (индивидуальный разброс) времени реакции на значимые стимулы
и его стандартного отклонения эффект группы проявлялся на уровне тенденции (F(2, 47) = 2,88, p = 0,066 и F(2, 47) = 2,83,p = 0,069 соответственно), при этом время реакции было минимальным в «полухаотической» группе (518 мс), а максимальным - в «хаотической» (639 мс); минимальные стандартные отклонения наблюдались в «регулярной» группе (140 мс), а максимальные - в «хаотической» (180 мс).
Стратегия ответов в монотональной парадигме «odd-ball» была также связана и с поведением в визуальной парадигме «стоп-сигнал», причем
эта связь была выражена существенно сильнее, чем для политонального теста «odd-ball». Эффект группы наблюдался для общего счета в тесте «стоп-сигнал» (F(2, 48) = 12,2, p = 0,00005): наибольшее количество очков набрали дети из «регулярной» группы (48,5), тогда как счет был достоверно меньше как в «полухаотической» (31,2, p = 0,0007, апостериорный тест Тьюки в сравнении с «регулярной» группой), так и в «хаотической» (31,0, p = 0,008) группе. Более детальный анализ успешных и ошибочных реакций показал, что этот эффект достоверно проявлял-
Примечание. Здесь и в табл. 2 цифрами 1 и 2 обозначены соответственно первое и второе тестирование. Показатели приведены в формате «групповое среднее ± стандартное отклонение»; * и ** - отличие от величины соответствующего показателя при первом тестировании статистически значимо при соответственно р < 0,05 и р < 0,01 (двухвыборочный Г-критерий для зависимых выборок); # и ## - отличие от величины соответствующего показателя в обычном классе статистически значимо при соответственно р < 0,05 ир < 0,01 (двухвыборочный Г-критерий для независимых выборок).
Таблица 2
Таблица 1
Поведенческие показатели детей при первом и втором тестировании
Оба класса Экспериментальный класс Обычный класс
1 2 1 2 1 2
Тест «odd-ball» монотональный Процент верных реакций Среднее время реакции (ВР), мс Индивидуальный разброс (стандартное отклонение) ВР, мс 70 ± 18 566 ± 126 250 ± 98 73 ± 24 594±101 212± 102* 67 ± 16 555 ± 113 254 ± 94 68 ± 28 581 ± 96 231±111 73 ± 20 575 ±137 247 ± 103 78 ± 20 606 ±105 196 ± 92*
Тест «odd-ball» политональный Процент верных реакций Среднее время реакции, мс Индивидуальный разброс ВР, мс 97,1 ± 4,5 560 ± 126 152 ± 46 97,9 ± 4,7 588±135 130±48** 95,8 ± 5,9 597±141 164 ± 58 96,8 ± 6,4 598±125 135±46** 98,2 ± 2,4 529 ± 104 142 ± 30 98,8 ± 2,3 580± 145* 125 ± 49
Тест «стоп-сигнал» Общий счет Среднее время реакции, мс Индивидуальный разброс ВР, мс 39 ± 15 769 ± 56 132 ± 21 44 ± 12** 891±63** 132 ± 16 31 ± 17## 778 ± 67 134 ± 23 37 ± 10## 923 ±64** 135 ± 17 46 ± 8,6 761 ± 45 130 ± 19 50 ± 9,8** 862 ± 47** 130 ± 15
Шкала интеллекта Векслера Вербальный интеллект Невербальный интеллект Общий уровень интеллекта 105 ± 14 118 ± 13 112 ± 13 105 ± 14 123± 14** 115 ± 14 108 ± 14 118 ± 13 113 ± 13 110 ± 10 # 124± 15* 120±13*# 102 ± 14 118 ± 14 110 ± 14 100 ± 16 123 ± 14* 110 ± 13
Число детей, применявших различные поведенческие стратегии в тесте «odd-ball» с монотональным стимулированием при первом и втором тестировании
Оба класса Экспериментальный класс Обычный класс
1 2 1 2 1 2
Число детей с регулярными реакциями 25 38 5 14 20 24
Число детей с полухаотическими реакциями 17 13 10 9 7 4
Число детей с хаотическими реакциями 10 1 9 1 1 0
ся в отношении доли верно выбранных реакций ^(2, 48) = 8,85, р = 0,0005) и количества пропущенных нажатий при отсутствии стоп-сигнала ^(2, 48) = 6,81, р = 0,0025), но не в отношении успешности торможения реакций после стоп-сигнала ^(2, 48) = 0,026, р = 0,97). Также выявлена тенденция ^(2, 48) = 2,89, р = 0,065) к меньшему разбросу времени реакции в «регулярной» группе (123 мс) по сравнению с «полухаотической» и «хаотической» группами (135 и 139 мс соответственно); для самого времени реакции эффект группы был недостоверным ^(2, 48) = 0,28, р = 0,76). При повторном обследовании наблюдались достоверные изменения в поведенческих
стратегиях детей на групповом уровне (%2 = 15,8, df = 2, p < 0,0004). Они выражались в увеличении доли детей, применявших регулярную стратегию, и резком снижении доли детей, демонстрировавших хаотическое поведение (табл. 2), причем эти изменения ярко проявлялись в экспериментальном классе (х2 = 23,4, df = 2, p < 0,00001) и были слабо выражены в обычном (х2 = 3,1, df = 2, p = 0,21).
В табл. 1 показана динамика основных поведенческих показателей детей в тестах «odd-ball» и «стоп-сигнал», а также результатов тестирования по шкале интеллекта Векслера. Обращает на себя внимание достоверное улучшение показате-
лей невербального интеллекта в обоих классах и общего уровня интеллекта только в экспериментальном классе. При этом если на начало учебного года статистически значимых различий между классами не наблюдалось, то в конце учебного года показатели вербального интеллекта и общего уровня интеллекта были достоверно выше в экспериментальном классе, чем в занимавшемся по обычной программе. В монотональном тесте «odd-ball» увеличение доли верных реакций было небольшим и статистически незначимым в обоих классах, что свидетельствует в пользу того, что переход детей к более регулярной стратегии поведения объясняется скорее развитием механизмов самоконтроля, а не тонального слуха. Наблюдавшееся небольшое замедление скорости реакции (вероятно, из-за снижения доли ранних хаотических ответов) было недостоверным, но при этом уменьшился индивидуальный разброс времени реакции, что свидетельствует о лучшей концентрации внимания. В политональном тесте «odd-ball» доля правильных ответов уже при первом тестировании практически достигла «потолка» и не изменилась при втором тестировании. При этом среднее время реакции увеличилось в обычном классе и не изменилось в экспериментальном, тогда как индивидуальный разброс времени реакции достоверно уменьшился только в экспериментальном классе и по всей группе в целом. Наконец, в тесте «стоп-сигнал» общий счет увеличился в обоих классах, но достоверным это увеличение было только в обычном классе и во всей группе. Следует отметить, что данный показатель был изначально существенно ниже в экспериментальном классе по сравнению с обычным; при повторном тестировании разница сократилась, но осталась достоверной. Наблюдающееся в этом тесте в обоих классах замедление времени реакции связано главным образом с большей выраженностью стратегии ожидания возможного появления стоп-сигнала при повторном тестировании. Индивидуальный разброс времени реакции остался неизменным в обоих классах.
При повторном тестировании лишь один ребенок показал «хаотическое» поведение в монотональном тесте «odd-ball», поэтому при анализе взаимосвязей между поведенческими стратегиями и показателями в тесте «стоп-сигнал» его результаты были объединены с результатами детей с «полухаотическими» реакциями. Тип поведения в монотональном тесте «odd-ball» при повторном тестировании, как и при первичном, был связан с результатами в ССП. Общий счет в ССП был достоверно (F(1, 51) = 15,2, p = 0,0003) больше в «регулярной» (47,3), чем в «полухаотической» (35,1) группе. При этом группы перестали отличаться
в отношении доли верно выбранных реакций ^(1, 51) = 0,89, р = 0,35), достоверно различались по числу пропущенных нажатий при отсутствии стоп-сигнала ^(1, 51) = 16,3, р = 0,0002, в среднем 7,6 и 16,2 пропуска в «регулярной» и «полухаотической» группах соответственно) и показали одинаковую успешность торможения реакций после стоп-сигнала ^(1, 51) = 0,19, р = 0,66). В отличие от первичного тестирования, межгрупповое различие было выявлено для времени реакции ^(1, 51) = 8,94, р = 0,004, 875 мс в «регулярной» и 929 мс в «полухаотической» группе), но не проявлялось для стандартных отклонений времени реакции ^(1, 51) = 0,27, р = 0,61, 131 и 134 мс).
Таким образом, мы обнаружили, что при первом тестировании в начале учебного года более половины детей имели проблемы с монотональным слухом, т.е. не могли различать простые звуковые тона. При этом все обследованные были способны различать сложные звуки. Большинство детей в конце учебного года показало улучшение способности к различению простых тонов. В результате можно утверждать, что способность к восприятию звуков разного типа в ходе возрастного развития ребенка формируется не одинаково для монотонического и политонического слуха. Первоначально формируется способность к различению сложных звуков, а уже позднее возникает способность к различению простых тонов. При этом способность к различению стимулов с разной высотой тона может быть связана с восприятием эмоциональной просодики голоса собеседника, что существенно для формирования навыков межгрупповой коммуникации. Дети со слабым развитием монофонического слуха, которые в начале учебного года составляли большинство из обследованной выборки, могут испытывать трудности в понимании эмоциональной окраски голоса учителя или сверстников, что является одной из причин трудностей при адаптации к школе. В крайних формах дисфункции, связанные с нарушением восприятия эмоциональной просодики речи [18] или лицевых эмоций [21], ведут к появлению тяжелых форм детского аутизма. В более умеренных случаях возникает комплекс поведенческих и психосоматических проблем, связанных с неадекватностью поведения ребенка в школьном коллективе.
В условиях решения трудной для себя задачи по различению простых тонов дети показали различные стратегии поведения. Необходимо отметить, что выбор стратегии поведения был лишь отчасти связан со способностью различать тона. Хотя все школьники с хорошо развитым монофоническим слухом показали регулярную стра-
тегию, но не все дети с регулярной стратегией имели развитый монофонический слух. Так, 11 из 27 обследованных с регулярной стратегией поведения во время первого тестирования показали высокий процент ошибок при распознавании тона (более 30 %). Такие дети нажимали на кнопку после появления тона, даже если не могли его распознать и не давали случайных, хаотичных нажатий со слишком быстрой или слишком медленной скоростью реакции. Таким образом, они показали способность удерживать в своем сознании инструкцию по выполнению задачи, даже если задача оказывалась невыполнимой в силу неразвитости у них тонального слуха. Следовательно, регулярная стратегия поведения была связана как с развитием перцептивных возможностей, так и с особенностями более высоких уровней регуляции поведения, связанных с произвольно контролируемым вниманием.
Нами показано, что различия в стратегиях поведения у детей проявляются сразу в нескольких экспериментальных задачах. Дети, разделенные на подгруппы на основании поведенческих ответов в парадигме «odd-ball», продемонстрировали различия в поведении в ССП. Это еще раз подтверждает гипотезу, что в основе различий лежит индивидуальное расхождение не только на уровне сенсорных, но и на уровне более сложных когнитивных процессов, которые проявляются как в слуховых, так и в зрительных задачах. Дети с регулярной стратегией показали лучшие способности к контролю поведенческих реакций в условиях селективного выбора сложных зрительных стимулов. Однако мы не обнаружили различий между группами в способностях подавлять неадекватное поведение после появления запрещающих сигналов, что также говорит о различной скорости созревания нескольких механизмов, лежащих в основе регуляции поведения у детей.
При сравнении двух классов, обучавшихся по разным школьным программам, различия в количестве детей с хаотичной стратегией поведения были выявлены в начале, но не в конце первого года обучения. При первом тестировании в экспериментальном классе присутствовало достоверно большее количество детей с несформированным самоконтролем над поведением, чем в контрольном классе, тогда как при втором тестировании достоверных различий между классами по этому критерию не было. Большинство детей с СХО из экспериментального класса к концу первого учебного года перешло в группу с более регулярной стратегией (из «полухаотической» в «регулярную», а из «хаотической» - в «полухаотическую» или «регулярную» группы), тогда как в контрольном классе процент таких детей был существен-
но меньше, а два ребенка продемонстрировали переход от регулярной к полухаотичной стратегии. Таким образом, если оценить эффективность обучения по показателю снижения степени хаотичности поведения в наших экспериментальных условиях, то экспериментальная программа показывает достоверные преимущества перед стандартной программой. Однако в настоящее время мы не можем с уверенностью утверждать, был ли такой эффект связан именно с преимуществами подхода к обучению или же он вызван неравномерностью в начальном составе детей, включенных в разные классы. Можно допустить, что хаотичное поведение в большинстве случаев сменяется регулярным без взаимосвязи с школьным обучением, просто в силу биологического взросления школьника. Тогда больший «прогресс» школьников из экспериментального класса может быть следствием того, что в нем случайно оказался больший процент детей с СХО в начале года, которые к концу года продемонстрировали улучшение в показателях когнитивного развития. Таким образом, мы имеем два альтернативных объяснения полученным результатам, что указывает на необходимость продолжения исследований на более обширных выборках школьников.
В рамках следующего этапа исследования мы планируем сопоставить поведенческие и ЭЭГ реакции детей, относящихся к разным группам по критерию поведения, в условиях когнитивного стресса с реакциями взрослых людей в тех же экспериментальных условиях. Кроме того, мы планируем провести более детальный анализ полученных экспериментальных данных для выявления дополнительных особенностей обследованных испытуемых, таких как зависимость поведения и ЭЭГ реакций от уровня тревожности, пола, наличия синдрома детской гиперактивности или последствий травмы. Проведенное исследование могло бы использоваться при мониторинге возрастного развития систем направленного внимания и моторного контроля у детей младшего школьного возраста, основанного на анализе поведенческих и ЭЭГ реакций в условиях различных игровых тестов.
ВЫВОДЫ
1. При анализе поведенческих данных при монотональном стимулировании в условиях «odd-ball» у детей обнаружены индивидуальные различия в работе системы внимания. Часть детей продемонстрировала «стратегию хаотичных ответов», которая выражается в поведенческих реакциях, не связанных с моментом появления заданий.
2. В условиях полифонического стимулирования в парадигме «odd-ball» различий между группами детей не обнаружено, тогда как межгрупповые различия были выявлены при обследовании на основании визуальной парадигмы «стоп-сигнал».
3. При повторном обследовании в конце учебного года общая группа детей показала эффект развития когнитивных функций, связанный с усилением способности к регуляции внимания и поведения и со снижением числа хаотичных ответов. Обнаружен «эффект программы», когда дети, обучавшиеся по экспериментальной программе, показали большую эффективность в когнитивном развитии по сравнению с контрольной группой.
Проект финансируется по гранту РНФ № 1415-00202. Исследование выполнено на базе экспериментальной школы «Росток» в гимназии № 17 г. Новосибирска.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. American Psychiatric Association. Diagnostic and statistical manual of mental disorders: DSM-IV [Internet]. 4th ed. Washington (DC): American Psychiatric Association; 1994 [cited 2010 Mar 8]. 866 p. Available from: http://www.psychiatryonline.com/ DSMPDF/dsm-iv.pdf
2. Band G.P., van der Molen M.W., Logan G.D. Horse-race model simulations of the stop-signal procedure // Acta Psychol. (Amst). 2003. 112. 105-142.
3. Bednark J.G., Reynolds J.N., Stafford T. et al. Creating a movement heuristic for voluntary action: electrophysiological correlates of movement-outcome learning // Cortex. 2013. 49. 771-780.
4. Ceponiene R., Lepisto T., Soininen M. et al. Event-related potentials associated with sound discrimination versus novelty detection in children // Psychophysiology. 2004. 41. 130-141.
5. Chen C.Y., Muggleton N.G., Tzeng O.J. et al. Control of prepotent responses by the superior medial frontal cortex // Neuroimage. 2009. 44. 537-545.
6. Clinical practice guideline: management of sinusitis // Pediatrics. 2001. 108. (3). 798-808.
7. Dimoska A., Johnstone S.J. Effects of varying stop-signal probability on ERPs in the stop-signal task: do they reflect variations in inhibitory processing or simply novelty effects? // Biol. Psychol. 2008. 77. 324-336.
8. Escera C., Alho K., Winkler I., Naatanen R. Neural mechanisms of involuntary attention to acoustic
novelty and change // J. Cogn. Neurosci. 1998. 10. 590-604.
9. Gumenyuk V., Korzyukov O., Escera C. et al. Electrophysiological evidence of enhanced distractibility in ADHD children // Neurosci. Lett.
2005. 374. 212-217.
10. Heinze H.J., Munte T.F., Kutas M. et al. Cognitive event-related potentials. The International Federation of Clinical Neurophysiology // Electroen-cephalogr Clin Neurophysiol Suppl. 1999. 52. 91-95.
11. Hoza B. Peer functioning in children with ADHD // J. Pediatr. Psychol. 2007. 32. 655-663.
12. Jenkinson N., Kuhn A.A., Brown P. Gamma oscillations in the human basal ganglia // Exp. Neurol. 2013. 245. 72-76.
13. Jensen P.S., Hinshaw S.P., Kraemer H.C. et al. ADHD comorbidity findings from the MTA study: comparing comorbid subgroups // J. Am. Acad. Child. Adolesc. Psychiatry. 2001. 40. 147-158.
14. Knyazev G.G., Levin E.A., Savostyanov A.N. A failure to stop and attention fluctuations: an evoked oscillations study of the stop-signal paradigm // Clin. Neurophysiol. 2008. 119. 556-567.
15. Perry A., Stein L., Bentin S. Motor and atten-tional mechanisms involved in social interaction -evidence from mu and alpha EEG suppression // Neuroimage. 2011. 58. 895-904.
16. Savostyanov A.N., Liou M., Simak A.A. et al. An information system in the brain: Evidence from fMRI BOLD response // Chin. J. Psychol. 2012. 54. (1). 1-26.
17. Savostyanov A.N., Tsai A.C., Liou M. et al. EEG-correlates of trait anxiety in the stop-signal paradigm // Neurosci. Lett. 2009. 449. 112-116.
18. Shtyrov Y., Kujala T., Pulvermuller F. Interactions between language and attention systems: early automatic lexical processing? // J. Cogn. Neurosci. 2010.22. 1465-1478.
19. Simpson A., Riggs K.J. Conditions under which children experience inhibitory difficulty with a «button-press» go/no-go task // J. Exp. Child. Psychol.
2006. 94. 18-26.
20. Tsai A.C., Savostyanov A.N., Wu A. et al. Recognizing syntactic errors in Chinese and English sentences: Brain electrical activity in Asperger's syndrome // Res. Autism Spectr. Disorde. 2013. 7. (7). 889-905.
21. Yang H.H., Savostyanov A.N., Tsai A.C., Liou M. Face recognition in Asperger syndrome: a study on EEG spectral power changes // Neurosci. Lett. 2011. 492. 84-88.
INTERINDIVIDUAL DIFFERENCES IN BEHAVIORAL STRATEGIES OF JUNIOR SCHOOLCHILDREN IN RECOGNITION OF AUDIO SIGNAL AND IN STOP-SIGNAL PARADIGM
Sergey Sergeevich TAMOZHNIKOV1, Evgeny Andreevich LEVIN14, Valentina Vasilevna STEPANOVA2, Aleksandr Nikolaevich SAVOSTYANOV1,35
1 Institute of Physiology and Fundamental Medicine of SB RAMS 630117, Novosibirsk, Timakov str., 4
2 Novosibirsk Regional Institute for Education Development 630111 Novosibirsk, Kropotkin str., 126/2
3 Tomsk State University 634050 Tomsk, Lenin av., 36
4 Institute of Circulation Pathology n.a. academician E.N. Meshalkin of Minzdrav of Russia 630055, Novosibirsk, Rechkunovskaya str., 15
5 Novosibirsk State University 630090 Novosibirsk, Pirogov str., 2
Currently, there is need for the development of diagnostic tools for various neurological disorders associated with deterioration of attention in children. One of the methods of objective diagnostics of individual features of the attention system is the analysis of behavioral responses under selection of stimuli. The aim of our work was to compare the behavioral responses in junior schoolchildren in conditions of attention and motor control tasks. 56 first graders (mean age 7.5 years, 26 boys) were examined. Every examination was conducted twice, each child was observed at the beginning and the end of the school year. The attention system state was examined using odd-ball paradigm with either monophonic sound orpolyphonic syllables as stimuli and a visual Stop Signal paradigm (SSP) that allows evaluating individual features of motor control. In odd-ball paradigm with monophonic stimulation schoolchildren have shown three behavioral strategies - regular (reactions after stimuli), chaotic (button presses are not related with stimuli and their timing) and semichaotic (mixed), whereas in polyphonic condition differences of behavior strategies were not found. Individual differences of reactions in monophonic odd-ball paradigm significantly correlated with indicators of behavior in the SSP. In the second observation, the proportion of children with chaotic and mixed behavioral strategies decreased from 47 % to 16 % of the total sample. Children who had different educational programs also had differences in the dynamics of cognitive functions development.
Key words: attention, motor control, younger schoolchildren, the paradigm of odd-ball, stop-signal paradigm.
Tamozhnikov S.S. - post-graduate student, junior researcher of the laboratory for mechanisms of memory regulation, e-mail: [email protected]
Levin E.A. - candidate of biological sciences, senior researcher of the center of angioneurology and neurosurgery, e-mail: [email protected]
Stеpanova V.V. - candidate ofpsychological sciences, leading expert of the scientific and practical center «Harmony»
Smolensk, head of the Experimental Center «School ofpersonality development» «Rostock», based on the regional
center of information technologies, Novosobirsk, e-mail: [email protected]
Savostianov A.N. - doctor of philosophic sciences, candidate of biological sciences., associate professor,
senior researcher of laboratory for mechanisms of memory regulation, laboratory of health psychology,
head of the laboratory of biomarkers social behavior, e-mail: [email protected]
