CC BY
11
ВЕГЕТАТИВНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЫПОЛНЕНИЯ КОГНИТИВНЫХ ЗАДАЧ В ПОДРОСТКОВОМ ВОЗРАСТЕ
М.М. Безруких, Е. С. Логинова 1, Ю.Н. Комкова, Н.А. Теребова ФГБНУ «Институт возрастной физиологии Российской академии образования», Москва
Проанализированы особенности вегетативной реакции при когнитивной деятельности у детей подросткового возраста. На предварительном этапе проведено изучение интеллектуального развития у подростков 13-14 лет. Выявлено, что более 40% подростков имеют низкие значения общего интеллектуального показателя. Наибольшие трудности у детей исследуемого возраста вызывают задания, направленные на анализ и синтез вербальной информации (субтест 4 «Обобщение»), а также вычисления в уме (субтест 5 «Арифметика»). С арифметическим субтестом хуже справлялись девочки (p<0,05).
Основной этап включал экспериментальное исследование вариабельности сердечного ритма (ВРС) у мальчиков и девочек 13-14 лет при когнитивной деятельности (счет в уме). Вегетативная реакция на когнитивную нагрузку у мальчиков и девочек не имеет существенных различий и характеризуется повышением активности симпатической нервной системы и снижением - парасимпатической.
Корреляционный анализ между показателями субтеста 5 «Арифметика» с другими показателями интеллекта, а также параметрами ВРС выявил, наибольшее число взаимосвязей в группе мальчиков. Особенности и характер этих взаимосвязей зависят от пола: наибольшее количество и теснота связи выявлены у мальчиков с вербальными субтестами. Большая степень вовлечения психофизиологических функций в реализацию этой деятельности у мальчиков, дает преимущество в решении математических задач с большим функциональным напряжением.
Ключевые слова: вариабельность сердечного ритма (ВРС), подростки, половые различия, интеллектуальное развитие, счет в уме
Vegetative reactions in adolescents completing cognitive tasks. Autonomic reaction to cognitive activity in adolescents is analysed. The preliminary stage involved the study of intellectual development in adolescents aged 13-14 years old. It was revealed that more than 40% of adolescents have low general intelligence indices. The greatest difficulties for children are caused by the analysis and the synthesis of verbal information (subtest 4 "Generalization"), as well as mental counting (subtest 5 "Arithmetic"). The lowest results in the arithmetic subtest were demonstrated by girls (p <0.05).
The main stage included the experimental study of heart rate variability (HRV) in 13-14-year-old boys and girls involved in cognitive activity (mental counting). The vegetative response to cognitive load in boys and girls does not differ significantly and is characterized by the increased reaction of the sympathetic nervous system and the decrease in the parasympathetic nervous system.
Контакты: 1 Логинова Е.С. - E-mail: <caterinal967@yandex.ru>
The correlation analysis between the indices of subtest 5 "Arithmetic" with other intelligence indices, as well as the parameters of HRV, revealed the largest number of correlations in the group of boys. The nature of these relationships depends on gender: the highest correlation was revealed in boys doing verbal subtests. Higher involvement ofpsychophysiological functions in boys gives advantage in solving mathematical problems with a large functional strain.
Key words: heart rate variability (HRV), adolescents, sex differences, intellectual development, mental counting.
Снижение функциональных возможностей организма и рост когнитивных нагрузок в подростковом возрасте [11; 23], основа дисбаланса, создающего особое напряжение и хронический стресс в подростковом возрасте. Подростковый период был и остается возрастом, находящимся в фокусе научных интересов многих исследователей в области психологии, возрастной физиологии и психофизиологии [15; 20; 21 и др.]. Тем не менее, несмотря на длительную и разностороннюю историю изучения данного периода онтогенеза, ключевые моменты, связанные с механизмами, обеспечивающими когнитивную деятельность, успешность обучения и характеризующие мотивационно-эмоциональную сферу, остаются недостаточно исследованными и, как следствие, - дискуссионными [4]. В подростковом возрасте происходят важные прогрессивные изменения нейронных сетей и самих нейронов, однако данные изменения имеют динамические возрастные особенности. Подростковый период характеризуется прогрессивными преобразования мозговых систем, ответственных за произвольную регуляцию и организацию деятельности и произвольность процессов внимания [20; 29].
В данный возрастной период происходят метаболические и эндокринные перестройки, оказывающие влияние на особенности функционального состояния организма в целом, познавательное развитие, а также на успешность обучения на этом этапе онтогенеза [8]. Такую оценку функционального состояния дает анализ вариабельности сердечного ритма, который позволяет рассматривать особенности вегетативных функций у подростков [23], что важно в этот период в связи с ростом когнитивных нагрузок.
Таким образом, цель нашего исследования - изучение особенностей вегетативного обеспечения выполнения когнитивной деятельности у подростков 13-14 лет. В связи с этим первый этап исследования включал анализ когнитивной деятельности у подростков, с целью выявления особенностей развития. В ходе основного этапа проводилась оценка вариабельности сердечного ритма в состоянии относительного покоя и при решении арифметической задачи.
ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В исследовании приняли участие 98 детей (57 мальчиков, 39 девочек) 13-14 лет (средний возраст - 13.67±0.36 лет), обучающихся в общеобразовательных школах г. Москвы. У всех детей было проведено изучение интеллектуального развития и у 32 детей - исследование вариабельности сердечного ритма.
Все дети, согласно данным медицинских карт, относились к I-II группам здоровья. Исследование проводили с письменного разрешения родителей и согласия детей в первой половине дня (с 9 до 13 часов), в период наиболее успешной ко-
гнитивной деятельности. Этические принципы исследования согласованы с ученым советом ФГБНУ «Институт возрастной физиологии РАО».
Интеллектуальное развитие подростков 13-14 лет исследовалось с помощью теста Р. Амтхауэра в модификации К.М. Гуревича с соавт. (1993) [18], а также проводился анализ особенностей развития когнитивных функций с учетом психофизиологической структуры компонентов интеллекта [2].
Для исследования автономной нервной регуляции сердечного ритма проводилась регистрация электрокардиограммы (ЭКГ с помощью прибора «Полиспектр-12» (Иваново, Россия).
Анализ вариабельности сердечного ритма проводился в соответствии с методическими рекомендациями, разработанных группой российских авторов [1] и стандартом Европейского общества кардиологов и Северо-Американского общества электростимуляции и электрофизиологии [31]. Статистические характеристики динамического ряда кардиоинтервалов при проведении временного анализа ВРС включали вычисление следующих показателей: RRNN,мс - средняя длительность нормальных интервалов RR; SDNN, мс - стандартное отклонение величин нормальных интервалов RR за рассматриваемый временной отрезок; RMSSD^ -квадратный корень из суммы квадратов разностей величин последовательных интервалов NN; pNN50% - процент NN50 (NN50 - количество пар последовательных интервалов NN, различающихся более, чем на 50 мс в течение всей записи) от общего количества последовательных интервалов, полученный за весь период записи; CV,% - коэффициент вариации.
При проведении спектрального анализа ВРС оценивали следующие параметры спектрограммы: HF (мс2, n.u., %) - мощность спектра в диапазоне высоких частот (0,15-0,4 Гц); LF (мс2,па,%) - мощность спектра в диапазоне низких частот (0,04-0,15Гц); очень низкочастотные колебания - (VLF (мс2,%)) - мощность спектра в диапазоне 0,003-0,04 Гц. TP (мс2) - общая мощность спектра или полный спектр частот, характеризующих ВРС. Это мощность спектра в диапазоне от 0,003 до 0,4 Гц; LF/HF - отношение низкочастотной составляющей спектра к высокочастотной.
Исследование проводилось с каждым ребенком индивидуально. Запись ЭКГ осуществлялась во II стандартном отведении в следующей последовательности: 1) фон; 2) функциональная проба (счет в уме). Во всех экспериментальных ситуациях анализировалась 3-5-минутная запись ЭКГ.
В качестве умственной нагрузки использовали функциональную пробу "счет в уме". Длительность теста составляла 5 минут, в течение которых испытуемый последовательно из начального числа 400 вычитал 7. Если он совершал ошибку или не отвечал, тест повторялся сначала, при этом не применялось никакого наказания. Условия выполнения этого теста комплементарны заданию субтеста 5 «Арифметика» теста Р. Амтхауэра.
Все анализируемые данные ВРС значимо не отклонялись от нормального распределения (критерий Колмогорова-Смирнова). Для проверки статистических гипотез исследования использовался дисперсионный анализ (ANOVA), t-тест Стъюдента. Для статистического анализа показателей интеллекта использовался непараметрический критерий Манна-Уитни для независимых выборок.
Для исследования особенностей взаимосвязей между параметрами ВРС и показателями интеллекта применялось вычисление ранговой корреляции Спирмана.
Представленные результаты основаны на статистически значимых данных с уровнем значимости не ниже p<0.05.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Особенности структуры интеллекта у мальчиков и девочек 13-14 лет
Анализ компонентов интеллекта подростков 13-14 лет показал, что уровень психофизиологических функций, определяющих эффективность решения вербальных и невербальных задач, имеет свои особенности. Отмечено низкое качество выполнения (ниже средних значений) вербальных и невербальных заданий в целом по группе, что отражается на общем интеллектуальном показателе -33,33 % детей имеют низкий уровень, а 8,33 % - очень низкий.
Обращают на себя внимание низкие результаты выполнения субтеста 4 "Обобщение" (73,96 % детей), основу выполнения которого составляют обобщение, анализ и синтез [2; 12] понятийного аппарата и возможность актуализировать общий объем пассивного словаря, что является критерием сформированности вербально-логического и абстрактного мышления, что отмечается и другими исследователями [7].
Трудности при выполнении этого субтеста подростками отмечается и другими исследователями [9; 16].
В классификациях, аналогиях и обобщениях в подростковом возрасте ещё встречаются неточности. Возможно, причина этого - в недостаточном развитии умения выделять существенные признаки, которое служит основанием для классификации [15]. При выполнении таких заданий подростки выбирают в качестве обобщающего понятия общие категории, что приводит к частичной потере ключевых признаков. Подавляющее большинство подростков решают мыслительные задачи с помощью регуляции поиска на основе обобщенного понимания [15]. Возможно, это связано с недостаточным уровнем активации префронтальной коры в подростковом возрасте, что отмечается многими исследователями [17; 46].
Несмотря на то, что в подростковом возрасте отмечается рост в развитии способности действовать в уме [15], обращают на себя внимание низкие результаты при решении арифметических задач (субтест 5 "Арифметика") [9, 16].
Ведущую роль при решении арифметических задач исследователи отводят рабочей памяти [47], в механизмах которой подчеркивается роль лобных областей коры головного мозга [44]. В подростковом возрасте продолжаются прогрессивные изменения нейронного аппарата коры головного мозга, главным образом ее лобных отделов [17; 19]. Вместе с тем, этот возраст характеризуется отрицательными сдвигами в функционировании регуляторных систем, связанных с нейроэн-докринными процессами пубертатного периода [21]. При визуальном анализе ЭЭГ у детей подросткового возраста отмечается неоптимальное функциональное состояние передних отделов структур мозга, что авторы связывают с гормональными изменениями в период полового созревания [20]. Однако, как замечает Попова Е.В. (2009) [16], причиной может быть и недостаточно развитое умение анализировать условия задания.
Несмотря на то, что субъективная оценка не выявила значимых различий в показателях успеваемости по предметам математического блока между мальчиками и девочками, дополнительно проведенный дисперсионный анализ выявил влияние фактора «ПОЛ» на показатели интеллекта, в частности субтест 5 «Арифметика» (Табл. 1).
Таблица 1
Дисперсионный анализ показателей интеллекта теста Амтхауэра у детей 13-14 лет. (влияние фактора «ПОЛ»)
Субтесты df
1 .Закончи предложение («Логический отбор») 1,96 0,136 0,714
2.Пятый лишний («Определение общих признаков») 1,96 0,769 0,386
3.Аналогии («Аналогии») 1,96 1,510 0,226
4.Обобщение («Классификация») 1,96 0,163 0,689
5.Арифметика («Счет») 1,96 4,319 0,044
6. Последовательность чисел («Ряды чисел») 1,96 1,389 0,245
7. Сложение фигур («Выбор фигур») 1,96 0,240 0,627
8. Кубики («Кубики») 1,96 0,596 0,445
9. Рабочая память («Задание на сосредоточение внимания и память») 1,96 1,214 0,277
Примечание: значимость влияния соответствующего фактора (р), значения критерия Фишера (F), степени свободы с поправкой Гринхауса-Гейссера ^. Значимые влияния выделены жирным шрифтом.
В литературе отмечается преимущество мальчиков при выполнении арифметических и зрительно-пространственных заданий, в то время как девочки лучше справляются с вербальными заданиями [36; 40].
Базовой основой выполнения математических субтестов является уровень развития счетных операций и вербально-логического мышления [2]. Более низкие результаты при выполнении этого субтеста отмечены у девочек (5,41±0,46), по сравнению с показателем мальчиков (7,84±0,58), что отмечается в ранних исследованиях [41], тогда как более поздние исследования не выявляют половые различия [37; 45]. При этом встречаются данные, где отмечаются преимущества девочек при выполнении заданий по математике [30].
Как отмечали ранее, анализ средних данных исследуемой выборки показал, что подростки 13-14 лет испытывают трудности с выполнением арифметических операций. Следует заметить, что высокие показатели при выполнении таких вычислений опираются на совокупность разных навыков и способов мышления -
они требуют абстрактных, концептуальных, логических и пространственных рассуждений, но также часто нуждаются в аккуратности и точности при выполнении задания. У подростков 13-14 лет концептуальное мышление недостаточно развито [35]. Возможно, это может быть связано с функциональными особенностями развития управляющих функций [20; 34].
Таким образом, проведенный анализ интеллекта выявил, что в целом по группе низкие значения всех показателей интеллекта, при этом наибольшие трудности были выявлены при выполнении арифметического задания. У девочек качество выполнения этого задания ниже, чем у мальчиков (р<0,05). Такие результаты у подростков 13-14 лет могут быть связаны с разным темпом полового созревания, а также с недостаточно сформированным абстрактным и концептуальным мышлением и рабочей памятью.
Проведенный корреляционный анализ показал, что теснота связей по своей структуре и количеству значимых коэффициентов корреляций имеет свои особенности у мальчиков и девочек (рис. 1). Как видно из рис. 1 число взаимосвязей между значениями анализируемых показателей интеллекта больше у мальчиков. Так, у них выявлены между субтестом 5 ("Арифметика") и показателями вербальных субтестов 1,2,3,4 («Закончи предложение», «Пятый лишний», «Аналогии», «Обобщение») (г=0,385; г=0,414; г=0,597; г=0,502; р<0,05 соответственно), что, вероятно, связано с особенностями развития речи. В подростковом возрасте происходит значительное обогащение словаря, увеличение запаса слов, которыми оперирует подросток, в основном за счет специальных научных терминов, усваиваемых подростками в процессе изучения различных предметов [5; 15]. Большая теснота корреляционных связей с показателей субтестов, относящихся к факторам речевого развития, памяти и произвольного внимания, дает нам основание рассматривать ее как связь между механизмами, обеспечивающими эту деятельность (счетные операции).
Д М
Рис. 1. Взаимосвязи между показателем субтеста 5 «Арифметика» и другими показателями интеллекта у детей 13-14 лет (М - мальчики, Д - девочки), линии черного цвета - коэффициент корреляции положительного значения, р<0,05.
Также у мальчиков отмечаются слабые взаимосвязи между показателем этого же арифметического субтеста 5 («Арифметика») и показателем субтеста 9 «Рабочая память» (г=0,273; р<0,01).
В психофизиологической структуре субтеста 9 ("Рабочая память") важнейшая роль отводится рабочей памяти, уровню речевого развития (состояние активного и пассивного словаря), а также уровню развития словесно-логического мышления и умению организовать свою деятельность [2].
Хорошо известно, что одним из ведущих компонентов при выполнении арифметических заданий является вербальная память, которая опосредует эту деятельность путем совместного «включения» зрительного и словесного восприятия [27], что предполагает возможность координации двух отдельных операций (например, одновременное хранение и обработка информации) [24]. Выполнение подобных заданий сопровождается проговариванием (вслух или про себя) чисел при вычислениях в уме. Такое фонологическое посредничество влияет на точность и скорость их выполнения [33; 38]. Особенности арифметических действий зависят и от индивидуальных стратегий решения [32].
В группе девочек - подростков взаимодействия между арифметическим субтестом и другими компонентами интеллекта отличны по влиянию, количеству и качеству связей, по сравнению с мальчиками. Так у них выявлено меньшее количество связей с вербальными субтестами. Такая связь выявлена с показателем субтеста 3 («Аналогии») (г=0,507; p<0,001), психофизиологическую основу этого субтеста составляют абстрактное и логическое мышление, внимание, рабочая память, произвольная организация и регуляция деятельности, что может свидетельствовать о специфичности выполнения математических заданий.
Несмотря на то, что некоторые исследователи отводят главную роль вербальной составляющей в выполнении математических заданий, ряд исследователей связывают успешность выполнения математических заданий с уровнем пространственных способностей [42]. По предположению некоторых ученых [28] показатели пространственных способностей, таких, как способность мысленно вращать объекты, образуют корреляции высокого уровня с математическими показателями. Однако, другой исследователь Chipman S. (2005) [25], анализируя исследования, приходит к выводу, "что корреляции между пространственными и математическими показателями - свидетельство определенного вклада пространственных способностей к выполнению математических заданий.. ..но очень слабое" (С.8).
Проведенный нами корреляционный анализ у девочек выявил взаимосвязь с показателем зрительно-пространственного субтеста 7 («Сложение фигур») (г=0,330, p<0,05). Отмеченные нами взаимосвязи между показателями математических и пространственных субтестов можно объяснить общими психофизиологическими функциями, лежащими в основе реализации данных заданий, которые включают вербально-логическое мышление, произвольное внимание, рабочую память, произвольную организация и регуляцию деятельности [2; 12].
И у мальчиков, и у девочек между показателями математических субтестов 5 ("Арифметика") и 6 ("Последовательность цифр") также выявлены положительные корреляции высокого и среднего уровня (г=0,746 и г=0,493; р<0,001 соответ-свенно), что объясняется уровнем сформированности вербально-логического мышления, зрительно-пространственного восприятия, внимания и рабочей памяти [2].
Таким образом, корреляционный анализ выявил разный характер связей между анализируемыми показателями интеллекта у мальчиков и девочек. Меньшее количество связей у девочек между математическим и вербальными субтестами может свидетельствовать о меньшей опоре на вербальный компонент, но при этом отмечается заинтересованность зрительно-пространственных компонентов при выполнении счетных операций, а у мальчиков большая теснота связей с вербальными составляющими и «включение» компонентов рабочей памяти.
Особенности выявленных взаимосвязей позволяет предположить, что мальчики и девочки используют разные стратегии при выполнении счетных действий: мальчики - в большей степени «опираются» на вербальные функции и компоненты рабочей памяти. Меньшее количество взаимосвязей у девочек свидетельствует о большей специфичности когнитивных функций при выполнении математических заданий. Такие различия могут быть связаны с возрастными и индивидуальными особенностями подростков.
Особенности вегетативной регуляции сердечного ритма у мальчиков и девочек 13-14 лет
Исследование вариабельности сердечного ритма школьников 13-14 лет в состоянии относительного покоя показало, что значения спектральных и временных показателей ВРС соответствуют данным, приводимым в работах последних лет [22; 26]. У всех обследованных детей частотный спектр ВРС характеризовался хорошо выраженными волнами высокой и низкой частот, что согласуется с данными Шарапова А.Н. и соавт (2016) [22].
Не менее важным аспектом изучения вегетативных реакций является фактор пола в подростковом возрасте, поскольку именно в этот период происходят активные эндокринные перестройки, степень выраженности которых различается у мальчиков и девочек. Данные, приводимые в литературе по этому вопросу, в состоянии покоя и при выполнении умственных и физических нагрузок противоречивы. Спектральный анализ ВРС позволил установить половые различия по параметрам очень низкочастотного (VLF) и низкочастотного (LF) компонентов спектра - с 11 лет, по параметру высокочастотного компонента спектра (ОТ) - с 12 лет и нивелирование различий между мальчиками и девочками в 16 лет [6; 22].
По данным другого исследования в 13, 14 и 16 лет общая мощность спектра выше у мальчиков [13; 14]. Высокая симпатическая активность ВНС у девочек отмечается в 11-13 лет [3; 14], тогда как у мальчиков по одним данным в 12 и 15 лет [14], по другим в период 13-16 лет [3]. В свете физиологических изменений, которые происходят в подростковый период отмечаются периоды риска срыва адаптации, которые носят временный характер [3; 14], что отражается на успешности учебной деятельности.
Проведенный в настоящем исследовании дисперсионный анализ данных ВРС позволил выявить различия в регуляции сердечного ритма у мальчиков и девочек в состоянии покоя.
В целом по выборке значимые половые различия в анализируемых показателях СР выявлены в случае временного параметра pNN50 ^(1,34)=4.603, р=0.039): у мальчиков значение этого показателя выше, в сравнении с девочками 0(30) = 9,213; р=0,049).
Таблица 2
Показатели спектрального и временного анализа вариабельности сердечного ритма у мальчиков и девочек 13-14 лет в покое, при выполнении арифметической задачи (М±т)
Показатели Период исследования
Мальчики (п=16) Девочки (п=16)
Исх.сост. Арифметическая задача Исх.сост. Арифметическая задача
Временные характеристики RRNN 748,31 ±41,78 645,71* ±22,32 682,87 ± 35,29 646,71* ± 33,21
SDNN 74,43 ±9,46 76.,52 ±10,55 60,25 ±6,17 61,64 ±6,97
RMSSD 66,69 ±11,43 66,80 ±11,58 46,31 ±7,33 46,47 ±8,78
pNN50 32,33Л ±6,26 19,91* ±4,99 16,29 ±4,62 16,81 ±4,91
^ 9,62 ±0,89 10,83 ±1,40 8,59 ±0,58 9,16 ±0,66
Спектральные характеристики LF/HF 1,20Л±0,17 1,95*±0,22 1,93±0,39 2,10±0,26
TP 7780,625± 1821,52 7569,90± 1717,61 5013,87 ± 829,71 5580,53 ± 961,11
VLF mс2 2269,25± 514,66 1674,05± 350,22 1697,1250± 273,05 1318,76 ± 233,41
LFmс2 2404,43± 478,21 3140,05± 562,61 1763,37 ± 274,26 2570,88 ± 388,76
Ш^2 3106,81± 976,03,02 2755,62± 933,03 1553,25 ± 444,00 1690,82 ± 481,08
VLF % 32,81 ±3,87 24,90 ±2,32 34,81± 3,52 23,76 ±1,82
LF % 33,81 ±2,90 46,09* ±2,36 37,20 ±3,32 49,23* ±2,56
HF % 33,56 ±3,51 29,09 ±2,92 28,00 ±3,35 28,00 ±2,94
LF n.u 50,76 ±3,45 62,03* ±3,05 58,1 ±4,29 63,53 ±3,29
Ш n.u 49,23 ±3,45 37,92* ±3,05 41,87 ±4,28 35,87 ±3,03
Примечания: л - значимые различия между мальчиками и девочками, * - значимые различия показателей по сравнению с исходным состоянием, (при р< 0,05) по икритерию Стъюдента.
Выявлены различия на уровне тенденции в значениях показателя ЬР/ИБ (Р(1,30)=2.978, р=0.095) - у девочек его величина выше в сравнении с мальчиками
0(30) = 9,213; р=0,049). Следует отметить, что этот параметр у девочек выше за счет низких значений высокочастотного показателя (ОТ, р>0,05), в отличие от мальчиков, что смещает баланс в сторону низкочастотного (LF). При этом значение LF значимо не отличается между мальчиками и девочками.
Таким образом, у девочек в состоянии покоя отмечается равноценный вклад симпатических, парасимпатических и гуморально-метаболических влияний, тогда как у мальчиков отмечается преобладание парасимпатических нервных влияний в регуляции сердечного ритма (р>0,05).
Увеличение парасимпатических влияний на ритм сердца на различных этапах онтогенеза происходит волнообразно, что рассматривается как регуляторные сдвиги, имеющие адаптационный характер [6].
Значимые различия при решении математических задач у мальчиков и девочек 13 -14 лет позволили рассмотреть особенности вегетативной реакции при выполнении арифметического теста (обратный счет в уме) отдельно в группах мальчиков и девочек.
Как показал проведенный анализ направленность изменений параметров вегетативной регуляции у мальчиков при когнитивной нагрузке характеризуется ростом активности симпатической нервной системы (LF%, ^15)=-3,338, p=0,004; LFn.u. ^15)=-2,816, p=0,013) характеризующие активность парасимпатического отдела АНС, в сторону снижения (ОТ аа 0(15)=2,816, p=0,013; pNN5o (t(15)=2,175, p=0,046).
Во время счета в уме у девочек отмечается рост активности симпатической нервной системы (LF%, t(15)=-1,973, p=0,069; LFn.u. t(15)=-3,607, p=0,003) (Табл.2).
Повышение тонуса симпатической нервной системы во время когнитивной деятельности вполне типичная вегетативная реакция [10].
Таким образом, сравнительный анализ вегетативной реакции мальчиков и девочек при когнитивной деятельности не выявил существенных различий.
По данным интеллектуального теста значимые различия по полу отмечаются. В связи с этим, считаем необходимым рассмотреть особенности взаимосвязей между значением показателя субтеста 5 («Арифметика») и параметрами ВРС во время когнитивной деятельности (счет в уме) у мальчиков и девочек. Как видно из рис.2. у мальчиков выявлена отрицательная зависимость между показателем ритма спектра, отражающим гуморально-метаболическое влияние (VLF, г=-0,507; р=0,038) и положительная зависимость с значением показателя симпатической нервной активности (LF, г=0,498; р=0,042).
Иной характер взаимосвязей выявлен в группе девочек. У них отмечаются прямые взаимосвязи с показателями парасимпатической нервной системы (ОТ, SDNN, RMSSD г=0,546 - 0,677; sр<0,01) и общей мощностью спектра ритма сердца (!Р, г=0,588; р=0,017). Выявленные взаимосвязи у девочек можно объяснить с позиции поливагусной теории, предложенной Стивеном Порджесом, где парасимпатической нервной системе отводится роль в регуляции деятельности, эмоций и социальной адаптации [43]. Экспериментальные исследования с участием взрослых отмечают взаимосвязи показателей парасимпатических нервных влияний с управляющими функциями при когнитивных задачах [39].
М
Д
Рис. 2. Взаимосвязи между показателями вегетативной нервной регуляции сердечного ритма во время решения арифметической задачи и показателем субтеста 5 «Арифметика» у детей 13-14 лет (М- мальчики, Д - девочки), линии черного цвета - коэффициент корреляции положительного значения, линии серого цвета - коэффициент корреляции отрицательного значения, р<0,05.
Таким образом, отмеченные особенности во взаимосвязях показателей сердечного ритма и значении показателя арифметического субтеста 5 («Арифметика») может характеризовать разную физиологическую «цену» при определенной когнитивной деятельности.
ВЫВОДЫ
1. Отмечается низкое качество выполнения вербальных и невербальных заданий у подростков 13-14 лет, в том числе математического субтеста («Арифметика»), при этом наибольшие трудности выявлены у девочек. Такие результаты могут быть связаны с особенностями развития психофизиологических функций: речи, абстрактного мышления, рабочей памяти, произвольной организации и регуляции деятельности.
2. Особенности взаимосвязи между показателем математического субтеста 5 («Арифметика») и показателями интеллекта зависят от пола: большая степень вовлечения психофизиологических функций у мальчиков, дает преимущество в решении математических задач с большим функциональным напряжением, а меньшее число взаимосвязей у девочек свидетельствует о большей специфичности когнитивных функций при выполнении математических заданий.
3. Вегетативная регуляции сердечного ритма при умственной нагрузке у мальчиков и девочек характеризуется ростом активности симпатической нервной системы и снижением парасимпатической.
4. Структура и характер взаимосвязей между показателями вариабельности сердечного ритма и показателем субтеста 5 («Арифметика») зависят от пола: у девочек отмечены прямые взаимосвязи с показателями парасимпатических нервных влияний (г=0,546 - 0,677sр<0,01), а у мальчиков - с симпатическими
(г=0,498; р=0,042), что может свидетельствовать о разной физиологической «цене» при когнитивной деятельности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Баевский Р.М. Иванов Г.Г., Чирейкин Л.В. и др. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем (часть 1) // Вестник аритмологии. - 2001. - № 24. - С. 65.
2. Безруких М.М., Комкова Ю.Н. Интеллектуальное развитие мальчиков и девочек 15-16 лет. Психофизиологическая структура // Физиология человека. -2010. - Т. 36. № 4. - С. 57-64.
3. Белоусов, Ю.В., Батырев М.И. Кардиоинтервалография (вариационная пульсометрия в детской гастроэнтерологии). - М., 1988. - 44 с.
4. Весна Е.Б., Фризмен М.А. Особенности развития смысловой сферы подростков. - Петр.-камч.: Изд-во КамГу им. В. Беринга, 2007. - 189 с.
5. Выготский Л.С. Психология. - М.: Апрель пресс: ЭКСМО-пресс, 2000. -1006 с.
6. Галлеев А.Р., Игишева Л.Н., Казин Э.М. ВРС у здоровых детей в возрасте 6-16 лет // Физиология человека. - 2002. - Т. 28, № 4. - С. 54-58.
7. Дроздова Т.В. Исследование креативности мышления в процессе решения компьютерных задач: на примере младшего школьника: Дисс. ... канд. психол. наук. - Кастрома, 1998. - 284 с.
8. Колесов Д.В., Сельверова Н.Б. Физиолого-педагогические аспекты полового созревания. - М.: Педагогика, 1978. - 224 с.
9. Комкова Ю.Н. Познавательное развитие и функциональное состояние организма подростков 15-16 лет с разным опытом работы за компьютером : дисс.... к. б.н. - М., 2011. - 168 с .
10. Кузнецова О.В., Комкова Ю.Н. Возрастные изменения параметров гемодинамики и дыхания у мальчиков школьного возраста по данным временного и спектрального анализа // Новые исследования. - 2015. - Т. 43, № 2. - С. 27.
11. Кучма В.Р. Вызовы XXI века: Гигиеническая безопасность детей в изменяющейся среде. - М.: Педиатр. 2016. - 76 с.
12. Логинова Е.С. Психофизиологическая структура вербального и невербального интеллекта детей 6-7 и 9-10 лет с разной успешностью обучения: автореферат дисс. ... на соискание ученой степени к.б.н. - М., 2003. - 21 с.
13. Макаров Л.М. ЭКГ в педиатрии. - М.: Медпрактика, 2002. - 276 с.
14. Никулина М.В. Вегетативная регуляция сердечной деятельности у детей и подростков: Дис... канд. биол. наук. - Архангельск, 2005. - 210 с.
15. Особенности обучения и психического развития школьников 13 -17 лет / Под ред. И.В. Дубровиной, Б.С. Круглова. - М.: Педагогика, 1988. - 192 с.
16. Попова Е.В. Психофизиологический анализ интеллекта и стратегий принятия решений у детей предшкольного и школьного возраста: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. - Архангельск, 2003. - 20 с.
17. Развитие мозга и формирование познавательной деятельности ребенка / Под ред. Д.А. Фарбер, М.М. Безруких. - М.: Изд-во МПСИ; Воронеж: Изд-во НПО "МОДЭК", 2009. - 432 с.
18. Руководство к применению теста структуры интеллекта Рудольфа Амт-хауэра / Под ред. К.М. Гуревича. - Обниниск: Принтер, 1993. - 18 с.
19. Семенова Л.К., Васильева В.А., Цехмистренко Т.А, Шумейко Н.С. Структурные преобразования коры головного мозга //Физиология развития ребенка: Рук-во по возрастной физиологии / Под ред. М.М. Безруких, Д. А.Фарбер.
- М.: Изд-во МПСИ; Воронеж: Изд-во НПО "МОДЭК", 2010. - С. 132-191.
20. Семенова О.С., Мачинская Р.И. Влияние функционального состояния ре-гуляторных систем мозга на эффективность программирования, избирательной регуляции и контроля когнитивной деятельности у детей. Сообщение 1. Нейро-психологический и электроэнцефалографический анализ возрастных преобразований регуляторных функций мозга в период от 9 до 12 лет // Физиология человека. - 2015. - Т. 41, № 4. - С. 1-13.
21. Физиология подростка / Под ред. Фарбер Д.А. М.: Просвещение, 1988. 204 с.
22. Шарапов А.Н., Безобразова Л.Н., Догадкина С.Б. Адаптация сердечнососудистой и нейроэгдокринной систем к нагрузкам разного вида у подростков 12-14 лет // Новые исследования. - 2016. - №4. (249). - С. 21-44.
23. Шквирина О.И., Трохимчук Л.Ф., Хасанова Н.Н., Мещерюк Ю.В., Линева Т.А. Динамика функционального состояния организма подростков 12-13 лет как критерий адаптации к образовательной среде // Научный журнал «Вестник АГУ».
- 2014. - В. 1 (133). - С. 56-63.
24. Andersson U. Working memory as a predictor of written arithmetical skills in children: The importance of central executive functions // British Journal of Educational Psychology. - 2008, 78, P. 181-203
25. Chipman S. Research on the women and mathematics issue: A personal history // Gender Differences in Mathematics: An Integrative Psychological Approach / Eds. A.M. Gallagher, J.C. Kaufman. Cambridge University Press, 2005.
26. Cysarz D., Linhard M., Edelhauser F., Langler A., Van Leeuwen P., Henze G. Unexpected course of nonlinear cardiac interbeat interval dynamics during childhood and adolescence. 2011.
27. Delazer M., Domahs F., Bartha L., Brenneis C., Lochy A., Trieb T. Learning complex arithmetic—an fMRI study // Cogn. Brain Res. - 2003. - 18. - P. 76-88
28. Delgado A., Prieto G. Cognitive mediators and sex-related differences in mathematics // Intelligence. - 2004. - Vol.32. - P.25-32.
29. Diamond A. Normal development of prefrontal cortex from birth to young adulthood: Cognitive functions, anatomy, and biochemistry. In: Stuss DT, Knight RT, editors. Principles of frontal lobe function. - New York: Oxford University Press, 2002. P. 466-503.
30. Else-Quest N.M., Hyde J.S., Linn M.C. Cross-national patterns of gender differences in mathematics and gender equity: A meta-analysis // Psychological Bulletin. -2010. - 136. - P. 103-127.
31. Heart rate variability. Standards of Measurement, Physiological interpretation and clinical use // Circulation. - 1996. - Vol.93. - P. 1043.
32. Hubber P.J., Gilmore C., Cragg L. The roles of the central executive and visuospatial storage in mental arithmetic: A comparison across strategies // The Quarterly Journal of Experimental Psychology. - 2014. - V. 67. N. 5. - P. 936-954.
33. Klessinger N., Szczerbinski M., Varley, R. The role of number words: the phonological length effect in multidigit addition // Mem. Cognit. 2012. 40. P. 1289-1302.
34. Konrad K.1., Firk C., Uhlhaas P.J. Brain development during adolescence: neuroscientific insights into this developmental period // Dtsch Arztebl Int. 2013. Jun; 110 (25). P. 425-31.
35. Lawson A.E. A review of research on formal reasoning and science teaching // Journal of Research in Science Teaching. 1985. 22(7). P. 569-617
36. Leahey E, Guo G. Gender differences in mathematical trajectories // Social Forces. 2001. Dec;80. P. 713-732.
37. Lindberg S.M., Hyde J.S., Petersen J.L., Linn M.C. New trends in gender and performance in mathematics: A meta-analysis // Psychological Bulletin. 2010. 136. P. 1123-1135.
38. Logie R.H., Gilhooly K.J., Wynn V. Counting on working memory in arithmetic problem solving // Memory and Cognition. 1994. 22. P. 395-410.
39. Luque-Casado A., Perales J.C., Cárdenas D., Sanabria D. Heart rate variability and cognitive processing: the autonomic response to task demands // Biol. Psychol. 2016. V. 113. P. 83.
40. Mau W.C., Lynn R. Gender differences in homework and test scores in mathematics, reading and science at tenth and twelfth grade // Psychology, Evolution and Gender. 2000. 2. P. 119-125.
41. Mullis I.V., Martin M.O., Gonzales E.J., Chrostowski S.J. TIMSS 2003 international maths report: Findings from IEA'S trends in international mathematics and science study of the fourth and eight grades. Chestnut Hill: Boston College. 2004.
42. Nuttall R., Casey M., Pezaris E. Spatial ability as a mediator of gender differences on mathematics test: A biological-environmental framework // Gender Differences in Mathematics: An Integrative Psychological Approach /Ed. A.M. Gallagher, J.C. Kaufman.- Cambridge: Cambridge University Press, 2005.
43. Porges S. The polyvagal theory: New insights into adaptive reactions of the autonomic nervous system // Cleve Clin J Med. 2009. 76 (Suppl 2). P. S86-S90.
44. Rivera S., Reiss A., Eckert M. Developmental changes in mental arithmetic: evidence for increased functional specialization in the left inferior parietal cortex // Cerebral Cortex. 2005. V.15. P. 1779-1790.
45. Rosselli M., Ardila A., Matute E., Inozemtseva O. Gender differences and cognitive correlates of mathematical skills in school-aged children // Child Neuropsychol. 2009. May; 15 (3). P. 216-31.
46. Steinberg L. A social neuroscience perspective on adolescent risk-taking // Developmental Review. 2008. V.28. P. 78-106.
47. Swanson H.L., Zheng X., Jerman O. Growth in Working Memory and Mathematical Problem Solving in Children at Risk and Not at Risk for Serious Math Difficulties // Journal of Educational Psychology. 2008. V.100. P.343-379.
REFERENCE
1. Baevskij R.M. Ivanov G.G., Chirejkin L.V. i dr. Analiz variabel'nosti ser-dechnogo ritma pri ispol'zovanii razlichnyh jelektrokardiograficheskih sistem (chast' 1) // Vestnik aritmologii. 2001. № 24. S. 65.
2. Bezrukih M.M., Komkova Ju.N. Intellektual'noe razvitie mal'chikov i devochek 15-16 let. Psihofiziologicheskaja struktura // Fiziologija cheloveka. 2010. T.36. №4. P. 57-64.
3. Belousov, Ju.V., Batyrev M.I. Kardiointervalografija (variacionnaja pul'sometri-ja v detskoj gastrojenterologii). M., 1988. 44 p.
4. Vesna E.B., Frizmen M.A. Osobennosti razvitija smyslovoj sfery podrostkov. Petr.-kamch.: Izd-vo KamGu im. V. Beringa, 2007. 189 p.
5. Vygotskij L.S. Psihologija. M.: Aprel' press: JeKSMO-press, 2000. 1006 s.
6. Galleev A.R., Igisheva L.N., Kazin Je.M. VRS u zdorovyh detej v vozraste 6-16 let // Fiziologija cheloveka. 2002. T.28. №4. P.54-58.
7. Drozdova T.V. Issledovanie kreativnosti myshlenija v processe reshenija komp'juternyh zadach: na primere mladshego shkol'nika: Diss....kand. psihol. nauk. Kastroma, 1998. 284 p.
8. Kolesov D.V., Sel'verova N.B. Fiziologo-pedagogicheskie aspekty polovogo sozrevanija. M.: Pedagogika, 1978. 224 p.
9. Komkova Ju.N. Poznavatel'noe razvitie i funkcional'noe sostojanie organizma podrostkov 15-16 let s raznym opytom raboty za komp'juterom : diss.... k. b.n., Moskva, 2011.- 168 p
10. Kuznecova O.V., Komkova Ju.N. Vozrastnye izmenenija parametrov ge-modinamiki i dyhanija u mal'chikov shkol'nogo vozrasta po dannym vremennogo i spektral'nogo analiza // Novye issledovanija. 2015. T. 43, № 2. P. 27.
11. Kuchma V.R. Vyzovy XXI veka: Gigienicheskaja bezopasnost' detej v izmen-jajushhejsja srede. M.: Pediatr. 2016. 76 p.
12. Loginova E.S. Psihofiziologicheskaja struktura verbal'nogo i neverbal'nogo in-tellekta detej 6-7 i 9-10 let s raznoj uspeshnost'ju obuchenija, Avtoreferat dissert. na soiskanie uchenoj stepeni kbn., Moskva, 2003. 21str.
13. Makarov L.M. JeKG v pediatrii. M.: Medpraktika, 2002. 276 p.
14. Nikulina M.V. Vegetativnaja reguljacija serdechnoj dejatel'nosti u detej i podrostkov: Dis... kand. biol. nauk. Arhangel'sk, 2005. 210 p.
15. Osobennosti obuchenija i psihicheskogo razvitija shkol'nikov 13-17 let / Pod red. I.V. Dubrovinoj, B.S. Kruglova. M.: Pedagogika, 1988. 192 p.
16. Popova E.V. Psihofiziologicheskij analiz intellekta i strategij prinjatija reshenij u detej predshkol'nogo i shkol'nogo vozrasta: Avtoref. dis..kand. biol. nauk. Arhangel'sk, 2003. 20 p.
17. Razvitie mozga i formirovanie poznavatel'noj dejatel'nosti rebenka / Pod red. D.A. Farber, M.M. Bezrukih. M.: Izd-vo MPSI; Voronezh: Izd-vo NPO "MODJeK", 2009.432p.
18. Rukovodstvo k primeneniju testa struktury intellekta Rudol'fa Amthaujera / Pod red. K.M. Gurevicha. Obninisk: Printer, 1993. 18 p.
19. Semenova L.K., Vasil'eva V.A., Cehmistrenko T.A, Shumejko N.S. Strukturnye preobrazovanija kory golovnogo mozga //Fiziologija razvitija rebenka: Ruk-vo po vozrastnoj fiziologii / Pod red. M.M. Bezrukih, D.A.Farber. M.: Izd-vo MPSI; Voronezh: Izd-vo NPO "MODJeK", 2010. P. 132-191.
20. Semenova O.S., Machinskaja R.I. Vlijanie funkcional'nogo sostojanija regulja-tornyh sistem mozga na jeffektivnost' programmirovanija, izbiratel'noj reguljacii i kontrolja kognitivnoj dejatel'nosti u detej. Soobshhenie 1. Nejropsihologicheskij i jel-
ektrojencefalograficheskij analiz vozrastnyh preobrazovanij reguljatornyh funkcij mozga v period ot 9 do 12 let // Fiziologija cheloveka. 2015. T. 41. №4. P.1-13.
21. Fiziologija podrostka / Pod red. Farber D.A. M.: Prosveshhenie, 1988. 204 s.
22. Sharapov A.N., Bezobrazova L.N., Dogadkina S.B. Adaptacija serdechno-sosudistoj i nejrojegdokrinnoj sistem k nagruzkam raznogo vida u podrostkov 12-14 let II Novye issledovanija. 2016. №4. (249). P.21-44.
23. Shkvirina O.I., Trohimchuk L.F., Hasanova N.N., Meshherjuk Ju.V., Lineva T.A. Dinamika funkcional'nogo sostojanija organizma podrostkov 12-13 let kak kriterij adaptacii k obrazovatel'noj srede II Nauchnyj zhurnal «Vestnik AGU». - 2014. - В. 1 (133). - P. 56-63.
