CC BY
117
УДК 612.01+616.12+796.01
ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ АКТИВНОСТИ РИТМОВ ГОЛОВНОГО МОЗГА И ПСИХОФИЗИЧЕСКИХ СПОСОБНОСТЕЙ ЮНЫХ СПОРТСМЕНОВ
Л.Г. Харитонова, О.С. Антипова
Сибирский государственный университет физической культуры и спорта, г. Омск
Научное исследование направлено на изучение психофизического состояния юных спортсменов 9-16 лет в условиях относительного покоя.
Ключевые слова: детско-юношеский спорт, биоэлектрическая активность головного мозга, мониторинг психофизического состояния.
Введение. Важным условием оптимизации учебно-тренировочного процесса в практике детско-юношеского спорта является мониторинг функционального состояния организма спортсменов [2], а критерием для эффективности спортивной деятельности является изучение особенностей центральной нервной системы (ЦНС), нейродинами-ческих показателей, влияющих на спортивную результативность [9]. Текущее функциональное состояние ЦНС в условиях относительного покоя отражает характер биоэлектрической активности ритмов головного мозга, в частности активность альфа-, бета-, тета-ритмов [4, 8, 11].
Анализ научно-методической литературы позволяет заключить, что возрастные закономерности развития биоэлектрической активности ритмов головного мозга и их взаимосвязь с психофизическими показателями изучены фрагментарно, преимущественно у школьников, не занимающихся спортом или с отклонениями в состоянии здоровья
[1, 6, 7].
Встречаются единичные сведения о комплексных научных исследованиях, раскрывающих особенности психофизического состояния юных спортсменов разных возрастных групп с учетом биоэлектрической активности ритмов головного мозга в условиях относительного покоя [5, 6, 8]. Недостаточность научной информации по проблеме затрудняет осуществление своевременной коррекции тренировочного процесса на ранних этапах «спортивного» онтогенеза. Нами сделано предположение, что изучение и выявление особенностей интеграции биоэлектрической активности ритмов головного мозга с психофизическим состоянием организма юных спортсменов разных возрастных групп могут служить основой для оптимизации учебно-тренировочного процесса и уточнения критериев при отборе детей в определенные виды спорта.
Цель исследования. Теоретическое и экспериментальное обоснование комплексной методики мониторинга психофизиологического состояния
юных спортсменов 9-16 лет (с учетом активности ритмов головного мозга и специфики избранного вида спорта).
Задачи исследования
1. Провести сравнительный анализ биоэлектрической активности ритмов головного мозга в условиях относительного покоя у школьников 9-16 лет, занимающихся и не занимающихся спортом.
2. Изучить и выявить возрастные особенности психофизического состояния юных спортсменов 9-16 лет циклических и ациклических видов спорта с учетом биоэлектрической активности ритмов головного мозга.
3. На основе выявленных возрастных закономерностей теоретически и экспериментально обосновать структуру методики мониторинга психофизического состояния юных спортсменов 9-16 лет.
Организация исследования. Исследование осуществлялось на базе НИИ деятельности в экстремальных условиях СибГУФК. Проведена серия поисковых экспериментов. В основном эксперименте приняли участие 136 спортсменов 9-16 лет циклических и ациклических видов спорта, регулярно занимающихся спортом в режиме детско-юношеских спортивных школ (ДЮСШ) г. Омска. Проведение тестирования осуществлялось с разрешения родителей школьников, под контролем врачей функциональной диагностики. Контрольную группу составили 80 учащихся 9-16 лет с традиционным двигательным режимом на уроках физической культуры.
Методы исследования
1. Анализ и обобщение данных научно-методической литературы по проблеме исследования.
2. Психофизиологические методы.
2.1. Мониторинг биоэлектрической активности ритмов головного мозга юных спортсменов в условиях покоя осуществлялся с использованием АПК «БОСЛАБ» (ИМБиБ СО РАМН, г. Новосибирск; регистрационное удостоверение МЗ РФ № 29/03010300/0230-00, сертификат соответствия № РОСС Яи.АЯ79.В55020). Для записи биопотен-
циалов мозга применялся биполярный монтаж электродов, расположенных согласно международной схеме «10-20» при закрытых глазах; два миографических электрода располагались на лбу (venter frontalis) как контроль артефактов. Обработка данных осуществлялась с помощью преобразования Фурье. Анализировалась относительная мощность в альфа-, бета-, тета-диапазонах (в %) по отношению к общей мощности спектра; рассчитывался индекс внимания - показатель тета/бета соотношения.
2.2. Изучение особенностей психофизических способностей юных спортсменов осуществлялось с помощью АПК «НС-ПсихоТест» (ООО «Нейрософт», г. Иваново), имеющий нормативную систему, встроенную в комплекс, который позволяет выявить уровень психофизического состояния учащихся.
В частности, изучены подвижность и уравновешенность нервных процессов, психомоторные способности: простая (ПЗМР) и сложные (СЗМР), сенсомоторные реакции (реакции различения и выбора), реакция на движущейся объект (РДО), определение критической частоты световых мельканий (КЧСМ); диагностика и оценка концентрации и устойчивости внимания и уровня помехоустойчивости. Исследование проведено в условиях относительного покоя, в первой половине дня.
3. Результаты исследования обработаны статистически. Оценка достоверности различий сред-
них значений показателей осуществлялась по t-критерию Стьюдента. Для изучения темпов прироста (в %) изучаемых показателей от одной возрастной группы до другой использовалась методика S. Brody [2].
Результаты исследования и их обсуждение. Для решения поставленных задач были сформированы 4 возрастные группы спортсменов в соответствии с требованиями международных стандартов исчисления хронологического возраста человека по десятичной системе на день обследования [3]:
1-я группа - 9-10 лет (n = 27), 2-я группа - 11-12 лет (n = 39), 3-я - 13-14 лет (n = 37), 4-я - 15-16 лет (n = 33).
В результате исследования в условиях покоя выявлены достоверные различия спектрального распределения относительных мощностей, в частности, в альфа-, бета-, тета-диапазонах у школьников 9-16 лет, занимающихся и не занимающихся спортом (табл. 1).
Согласно данным ряда авторов, следствием гетерохронии развития коры головного мозга и корковых образований являются особенности организации состояния спокойного бодрствования на разных этапах индивидуального развития человека [1, 7, 8].
Для состояния покоя характерно преобладание мощности альфа-ритма, соответствующее состоянию спокойного бодрствования, обеспечивающего благоприятный фон для адаптации ЦНС к разного вида деятельности. При повышении уровня
Таблица 1
Показатели биоэлектрической активности ритмов головного мозга у школьников 9-16 лет, занимающихся и не занимающихся спортом (Х ± б)
№ п/п Показатели Возрастные группы Достоверность различий
I II III IV
9-10 11-12 13-14 б -1 5
1 а -ритм (%) Не заним. спортом (n = 80) 39,8 + 3,8 48,5 + 7,3 57,2 + б,9 б3,2 + 5,1 1/2***, 1/3°, 1/4°, 2/3***, 2/4°, 3/4°
Заним. спортом (n = 13б) 33,0 + б,4" 34,0 + 5,9" 38,0 + б,9" 59,9 + 9,5 1/3***, 1/4°, 2/3***,2/4°, 3/4°
2 P -ритм (%) Не заним. спортом 20,1 + 3,7 20,8 + 2,2 19,7 + 3,1 18,б + 1,9 -
Заним. спортом 21,0 + 5,1 2б,0 + 7,2" 2б,0 + б,9" 20,0 + 4,2 1/2*** 1/3*** 1/4° 2/3** 2/4°
3 9 -ритм (%) Не заним. спортом 40,1 + б,9 30,7 + б,3 23,1 + 4,8 18,3 + 3,9 o /4 3 o, /4 2/ o, /3 * " * /2
Заним. спортом 4б,0 + 7,9^ 40,0 + 7,3" 3б,0 + б,4" 20,1 + 4,4 1/2***, 1/3o, l/4o, 2/3**, 2/4o, 3/4o
4 0/p ср. зн. Не заним. спортом 2,04 + 1,1 1,5 + 1,0 1,2 + 0,5 0,70 + 0,1 1/3** l/4o 2/3* 2/4*** 3/4***
Заним. спортом 2,0 + 0,5 1,5 + 0,5 1,4 + 0,4 1,0 + 0,1" 1/2***, 1/3o, l/4o, 2/4o, 3/4o
Примечания: а) межгрупповые различия: 1/2 - достоверные различия между 1-й и 2-й группами; 1/3 -между 1-й и 3-й группами; 1/4 - между 1-й и 4-й группами; 2/3 - между 2-й и 3-й группами; 2/4 - между
2-й и 4-й группами; 3/4 - между 3-й и 4-й группами;
б) уровни значимости (межгрупповые) *р < 0,1; **р < 0,5; ***р < 0,01; °р < 0,001;
в) различия между группами спортсменов и не спортсменов: • р < 0,1; лр < 0,5; 'р < 0,01; "р < 0,001.
Интегративная физиология
бодрствования активность альфа-ритма снижается и увеличивается мощность бета-ритма, способствующего высокой степени внимания, сопряженного с эмоциональным возбуждением. Показателем повышенного эмоционального возбуждения служит усиление тета-активности, отражающее активацию коры больших полушарий со стороны лимбической системы. Соотношение тета-ритма к бета-ритму является электроэнцефалографическим показателем концентрации внимания [1, 4].
Анализ биоэлектрической активности ритмов головного мозга в состоянии покоя выявил неоднозначность в распределении спектральных составляющих у школьников разного возраста, занимающихся и не занимающихся спортом (см. табл. 1).
Так, у школьников в возрасте от 9-10 до 1112 лет, занимающихся спортом, отмечается значительное уменьшение выраженности мощности альфа-ритма и увеличение тета-ритма по сравнению со школьниками, не занимающимися спортом, что связано, по мнению ряда авторов, с усилением активности лимбико-ретикулярных структур головного мозга, регулирующих эмоционально-волевую сферу детей (см. табл. 1) [1, 4, 5, 7]. Возраст школьников от 13-14 до 15-16 лет, занимающихся и не занимающихся спортом, характеризуется уменьшением доли мощности тета-ритма и стабилизацией альфа-ритма, однако изменения были выражены значительнее у юных спортсменов (см. табл. 1). Активность бета-ритма, а также величины показателя тета/бета соотношения у школьников, занимающихся спортом, от 9 до 16 лет, были выражены значительнее по сравнению со школьниками, не занимающихся спортом. Все эти изменения, на наш взгляд, свидетельствуют о совершенствовании мобилизационной готовности ЦНС и организма в целом юных спортсменов к выполнению психической или физической деятельности.
На наш взгляд, такая структурно-функциональная организация ритмов головного мозга у школьников в возрасте от 9-10 до 11-12 лет, занимающихся спортом, обусловлена спецификой тренировочных занятий, а также силой эмоционального переживания при соревновательной деятельности.
Темпы прироста величин относительных мощ-
ностей в альфа-, бета-, тета-диапазонах у школьников 9-16 лет, занимающихся и не занимающихся спортом, представлены в табл. 2.
Согласно данным нейрофизиологических исследований, состояние относительного покоя -основы, на базе которой осуществляется поиск и переработка информации, как и другие функциональные состояния (от активного бодрствования до сна) характеризуются тесным взаимодействием коры головного мозга и различных подкорковых структур, что находит четкое отражение в характере биоэлектрической активности ритмов головного мозга, в частности альфа-, бета-, тета-ритмов. Выявление возрастной специфики состояния покоя как фона, при котором осуществляется деятельность, необходимо для оценки функциональных возможностей головного мозга детей и подростков на разных этапах развития [1, 4, 8, 11].
Анализ состояния относительного покоя школьников 9-16 лет, занимающихся и не занимающихся спортом, отражает общую закономерность в формировании биоэлектрической активности ритмов головного мозга, его созревание (см. табл. 2).
В результате исследования отмечены возрастные изменения у школьников 9-16 лет, занимающихся и не занимающихся спортом, проявляющиеся в значительном увеличении мощности альфа-ритма, его становлении, как доминирующего ритма, что в состоянии покоя отражает определенную степень организации функционального состояния головного мозга как фона, благоприятного для обеспечения избирательного и вместе с тем целостного реагирования головного мозга на комплекс внешних воздействий. Наряду с этим по мере созревания коры головного мозга у школьников, занимающихся и не занимающихся спортом, уменьшается относительная мощность тета-ритма, что свидетельствует о снижении повышенного психоэмоционального возбуждения.
Установлено, что темпы возрастных изменений «фоновой» биоэлектрической активности ритмов головного мозга у школьников, занимающихся спортом, были выражены значительнее по сравнению со школьниками, не занимающимися спортом (см. табл. 2).
Таблица 2
Темпы прироста (в %) относительной мощности ритмов головного мозга у школьников 9-16 лет, занимающихся и не занимающихся спортом
Показатели от 9-10 до 11-12 от 11-12 до 13-14 от 13-14 до 15-16 от 9-10 до 15-16
а-ритм (%) Не заним. спортом +20 +17 +10 +45
Заним. спортом +3 +11 +45 +58
Р-ритм (%) Не заним. спортом +2 -3 -6 -8
Заним. спортом +21 0 -26 -5
9-ритм (%) Не заним. спортом -27 -28 -23 -75
Заним. спортом -14 -11 -57 -78
е/р ср. зн. Не заним. спортом -31 -22 -53 -98
Заним. спортом -29 -7 -33 -67
На наш взгляд, возраст от 13-14 до 15-16 лет у школьников, занимающихся спортом, можно признать сенситивным периодом в темпах формирования биоэлектрической активности ритмов головного мозга, так как определенная степень организации ритмов головного мозга, отражает наиболее благоприятное состояние корково-подкорковых взаимоотношений, обеспечивая целостное адаптивное реагирование ЦНС на внешние воздействия, в частности, на воздействие тренировочных и соревновательных нагрузок. Таким образом, адаптация ЦНС школьников от 13-14 до 15-16 лет, занимающихся спортом, отражает повышенную мобилизационную готовность организма к выполнению разного вида деятельности с оптимальным уровнем эмоционального возбуждения по сравнению со школьниками, не занимающимися спортом.
Для решения второй задачи, в частности, анализ результатов психофизического тестирования, характеризующих нейрофизиологический статус юных спортсменов, был изучен в четырех возрастных группах.
Подсчитаны темпы прироста. Темпы прироста изучаемых показателей психофизического состояния юных спортсменов 9-16 лет представлены на рис. 1-5 (в процентах) от возраста к возрасту.
В ходе исследования выявлена положительная динамика совершенствования реагирующей способности, характеристик внимания у спортсменов в процессе возрастного развития (от 9-10 до 15-16 лет). Изучение сенсомоторных реакций выявило: уменьшение с возрастом времени, затрачиваемого на выполнение простых и сложных сенсомотор-ных реакций, что свидетельствует об оптимизации деятельности ЦНС (см. рис. 1).
Наибольший прирост показателей отмечается у спортсменов в возрасте от 13-14 до 15-16 лет, отражающий благоприятный период для развития и совершенствования уровня реагирующей способности.
Разновидностью сенсомоторной реакции является реакция на движущийся объект (РДО). Анализ реакций на движущийся объект и стратегий реагирования выявил, что в рассматриваемых возрастных группах преобладает количество опережающих реакций (см. рис. 2).
Однако к 15-16 годам за счет снижения количества опережающих и запаздывающих реакций отмечается повышение количества точных реакций, что является наиболее благоприятным для оптимизации баланса нейромоторных процессов (см. рис. 2). Согласно мнению ученых, занятия спортом в большей мере оптимизируют баланс
500
400
300
200
9-10
4%
11-12
13-14
Возраст, лет
15-16
-17
0
□ ПЗМР, мс
□ СЗМР, мс (р. разл-я)
□ СЗМР, мс (р. выбора)
Рис. 1. Возрастная динамика абсолютных величин показателей простой и сложных сенсомоторных реакций и темпы их прироста (%)
80 70 60 хо 50
О4
О 40 ^ 30 20 10 0
Ї
9-10
+6%
Ж] -36%
Ї
%
■±] +8%
"-55%°
11-12 13-14
Возраст, лет
15-16
□ РДО, % (кол-во точн.)
□ кол-во опережений
□ кол-во запаздываний
Рис. 2. Возрастная динамика абсолютных величин показателей реакции на движущийся объект и темпы их прироста (%)
Интегративная физиология
активационно-тормозных процессов, улучшающих возможность произвольной регуляции проявления сенсорной и двигательной функции, что является непременным условием успешности спортивной деятельности [4, 9].
О высокой подвижности нервных процессов, положительно сказывающейся на увеличении уровня реагирующей способности, свидетельствует увеличение показателя критической частоты световых мельканий (КЧСМ) у юных спортсменов от 13-14 до 15-16 лет (см. рис. 3).
Анализ возрастной динамики показателей вни-
мания и помехоустойчивости у юных спортсменов от 9-10 до 15-16 лет выявил уменьшение времени переработки информации ЦНС (см. рис. 4, 5).
Изменения были наиболее выражены у спортсменов в возрасте от 13-14 до 15-16 лет, что соответствует повышенной степени чувствительности при создании помех и общей работоспособности спортсменов, обеспечивая способность в течение длительного времени концентрировать внимание и выполнять заданную деятельность независимо от внешних условий. Совершенствование с возрастом организации активности ритмов головного мозга
Рис. 3. Возрастная динамика абсолютных величин показателей критической частоты световых мельканий и темпы их прироста (%)
500
§ 400 8 300
то и
« 200
2 и
100 0
9-10 11-12 13-14 15-16
Возраст, лет
□ Оценка внимания, мс
□ Помехоусто йчивость, мс
-1%
-Е
-6%
-5%
Рис. 4. Возрастная динамика абсолютных величин показателей внимания и помехоустойчивости и темпы их прироста (%)
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
9-10
11-12
13-14
•35%
15-16
Возраст, лет
0%
□ Устойчивость внимания, у.е.
□ Концентрация внимания, у. е.
Рис. 5. Возрастная динамика абсолютных величин показателей устойчивости и концентрации внимания и темпы их прироста (%)
отражается в улучшении характеристик произвольного внимания [9].
Проведенные исследования отражают следующую закономерность: в процессе возрастного развития юных спортсменов, а также с ростом тренированности формируются и совершенствуются психофизические функции, расширяются функциональные возможности организма юных спортсменов, что характеризует состояние покоя как готовность к действию и свидетельствует о высокой степени развития ЦНС и успешной адаптации к чрезмерным тренировочным и соревновательным нагрузкам.
Заключение. Сравнительный анализ биоэлектрической активности ритмов головного мозга у школьников, занимающихся и не занимающихся спортом, выявил общую физиологическую закономерность, характеризующуюся в увеличении мощности альфа-ритма и уменьшении мощности тета-ритма в процессе возрастного развития, что отражает постепенное формирование и совершенствование структурно-функциональной организации электрической активности коры больших полушарий. Динамика изменений спектральной организации ритмов головного мозга была выражена интенсивнее у юных спортсменов, особенно в возрасте от 13-14 до 15-16 лет, по сравнению со школьниками, не занимающихся спортом.
Неравномерность темпов прироста в процессе «спортивного» онтогенеза отражают и психомоторные, нейродинамические показатели, характеризующиеся совершенствованием реагирующей способности, характеристик внимания к 15-16 годам, что обеспечивает более успешную адаптацию ЦНС и организма в целом к тренировочной и соревновательной деятельности, протекающей в строго регламентированных и эмоционально-стрессовых ситуациях, способствуя высокой спортивной результативности.
Возрастные периоды юных спортсменов от 9-10 до 11-12 лет требуют особого внимания и индивидуального подхода тренеров при планировании их тренировочных и соревновательных нагрузок, так как данный возраст связан с предъявлением чрезмерных нагрузок на детский организм.
Материалы проведенных исследований раскрывают необходимость в обосновании методики мониторинга психофизического состояния юных спортсменов разных возрастных групп с учетом биоэлектрической активности ритмов головного мозга, что позволит обосновать возрастные нормативные требования в соответствии с потенциаль-
ными возможностями психофизического состояния юных спортсменов циклических и ациклических видов спорта, поиски спортивного таланта, а также дифференцированно подходить к коррекции учебно-тренировочного процесса.
Литература
1. Алферова, В.В. Отражение возрастных особенностей функциональной организации мозга в электроэнцефалограмме покоя / В.В. Алферова, Д.А. Фарбер // Структурно-функциональная организация развивающегося мозга. - Л.: Наука, 1990. -С. 45-64.
2. Вашляев, Б.Ф. Современное состояние физической культуры и спорта: проблемы и решения / Б. Ф. Вашляев // Теория и практика физической культуры. - 2010. - № 3. - С. 5-7.
3. Годик, М.А. Спортметрология / М.А. Годик. - М.: Физкультура и спорт, 1988. - 101 с.
4. Дубровинская, Н.В. Реактивность тета- и альфа-диапазонов ЭЭГ при произвольном внимании у детей младшего школьного возраста / Н.В. Дубровинская, Р.И. Мачинская // Физиология человека. - Т. 28, № 5. - 2002. - С. 15-20.
5. Русалова, М. Н. Функциональная асимметрия мозга и амплитуда альфа — ритма /М.Н. Ру-салова // Журнал высшей нервной деятельности им. И. П. Павлова. - Вып. 3. - 1998. - С. 391-395.
6. Сологуб, Е.Б. ЭЭГ и психофизиологические показатели у спортсменов с различными стилями соревновательной деятельности / Е.Б. Сологуб // Физиология человека. - 1993. - Т. 19, № 1. - С. 10-14.
7. Фарбер, Д.А. Структурно-функциональная организация развивающегося мозга / Д. А. Фарбер, Л.К. Семенова, В.В. Алферова. - М.: Наука, 1990. -198 с.
8. Фарбер, Д. А. Гетерогенность и возрастная динамика альфа-ритма электроэнцефалограммы / Д.А. Фарбер, Д.Ю. Вильдавский // Физиология человека. - 1996. - Т. 22, № 5. - С. 5-12.
9. Харевская, А.Ю. Выявление психологических и психофизиологических особенностей индивида, влияющих на выбор средств и методов занятий оздоровительной физкультурой / А.Ю. Харевская // Физическая культура индивида: сб. науч. тр. / под ред. В.Д. Сонькина. - М., 1994. - С. 73-80.
10. Шамшинова, А.М. Функциональные методы исследования в офтальмологии /А.М. Шамшинова, В.В. Волков. - М.: Медицина, 1999. - 414 с.
11. Toscani, M. Alpha waves: a neural signature of visual suppression / M. Toscani, T. Marzi, S. Righi. -Exp Brain Res., 2010. - С. 9-213.
Поступила в редакцию 19 сентября 2012 г
