Академическая успеваемость школьника определяется множеством различных факторов, среди которых существенную роль играют особенности процессов развития головного мозга. Известно, что при наличии различного рода нарушений функционирования ЦНС и незрелости головного мозга дети, как правило, имеют низкую академическую успеваемость (Алферова и др., 1994; Горшенева, 2003; Лукашевич и др., 1994; Лукашевич и др., 1996; Новикова и др., 2001; Хмаладзе, 2001; Фишман, 2001). Недавние исследования показали высокую, до 72 %, распространенность различных проявлений синдрома минимальной мозговой дисфункции у детей начальных классов, причем у 38 % этих детей присутствуют различные варианты школьной дезадаптации, от неуспешности учебной деятельности до нарушений поведения (Ретюнский, Петренко, 2006).
Можно предположить, что и практически здоровые учащиеся с разной степенью академической успеваемости будут различаться по каким-либо особенностям функционирования ЦНС, выявление которых представляет большой теоретический и практический интерес.
В этой связи целью нашего исследования было изучение особенностей биоэлектрической активности коры головного мозга в покое и при предъявлении когнитивной нагрузки у школьников, проявляющих различный уровень академической успеваемости, методами ЭЭГ.
Материал и методы
В качестве испытуемых в исследовании принимали участие школьники г. Екатеринбурга, 92 человека, 48 девочек и 44 мальчика, практически здоровых (I-II группа здоровья), возраст - 12-13 лет, правши.
Исследование ЭЭГ проводилось в изолированном помещении в здании школы. Испытуемые располагались в удобном кресле. ЭЭГ регистрировали монополярно в 10 симметричных отведениях (F3, F4, C3, C4, P3, P4, T3, T4, O1, O2) по системе 10/20 с помощью интегрального инструментально-методического комплекса CONAN-м (частота дискретизации 128, фильтр низких частот 1 Гц, высоких - 45 Гц). В качестве референтного использовался правый ушной электрод.
Запись ЭЭГ проводилась в условиях относительного покоя и в активном состоянии мозга при решении задач. Каждому испытуемому предъявлялся один и тот же набор задач, представлявших собой подбор «готовой коробочки» для одного из вариантов развертки, стимульный материал представлял собой рисунок.
Записи анализировали с помощью программы CONAN-м, после ручного удаления артефактов. Спектральную плотность ЭЭГ определяли методом быстрого преобразования Фурье. Для анализа были использованы пять частотных диапазонов: тета 1 (4-6 Гц), тета 2 (6-8 Гц), альфа 1 (8-10 Гц), альфа 2 (10-13 Гц), бета 1 (13-20 Гц).
В качестве меры успеваемости использовались четвертные оценки по математике. Высокими академическими достижениями считались оценки 4-5 баллов, низкими академическими показателями - 3 балла. Соответственно этому наши испытуемые были подразделены на 2 группы, с высокой и низкой академической успеваемостью (для краткости - «успешные» и «неуспешные»). Данные по спектральным характеристикам ЭЭГ для каждой группы усреднялись и в дальнейшем для анализа использовались усредненные гармоники. Изменения спектральной плотности при когнитивной нагрузке по сравнению с покоем рассчитывались как разность между соответствующими значениями при нагрузке и в покое. Сравнение характера изменений спектральной плотности ЭЭГ при интеллектуальной нагрузке у учащихся с разной степенью академической успеваемости проводили с помощью парного критерия Уилкоксона. Все расчеты выполнены с использованием пакетов программ Microsoft Excel 2003 и Statistica 6.0 (StatSoft, Inc. 1984-2001).
Результаты
Было обнаружено, что субъективная сложность задач для наших испытуемых различалась в зависимости от академической успеваемости, не зависела от пола испытуемого и была сходна у учащихся 12 и 13 лет.
Наиболее успешные школьники затруднялись при решении задач на пространственное вращение фигуры. Затруднения их были настолько велики, что экспериментатору только с большим трудом удавалось доказать им правильность верного ответа. Наименее академически успешные учащиеся легко справлялись с предъявленной задачей, обычно называя правильный ответ с первой попытки. Для них, однако, была характерна неуверенность в своем решении, которое они легко меняли, если попросить их объяснить ход решения, или предложить другой (неправильный) вариант решения.
В таблице приведены результаты сравнения изменений спектральных характеристик ЭЭГ при решении задач. Из таблицы видно, что наблюдается различия по фронтальным, окципитальным и париетальным отведениям. Таким образом, наиболее значительные отличия школьников, имеющих высокую и низкую академическую успешность, можно наблюдать по реакции ЭЭГ на интеллектуальную нагрузку во фронтальных, окципитальных и, особенно, париетальных областях коры.
Таблица. Сравнение изменений спектральных характеристик ЭЭГ (по отведениям) при интеллектуальной нагрузке у школьников с разной академической успеваемостью (критерий Уилкоксона; приведены значения р)|
Отведение |
Пол и возраст испытуемых |
|||
|
Девочки 12 лет |
Девочки 13 лет |
Мальчики 12 лет |
Мальчики 13 лет |
|
|
F3 |
0,043 |
0,016 |
0,811 |
0,064 |
|
F4 |
0,743 |
0,094 |
0,879 |
0,010 |
|
C3 |
0,983 |
0,078 |
0,648 |
0,987 |
|
C4 |
0,085 |
0,112 |
0,617 |
0,446 |
|
P3 |
0,777 |
0,005 |
0,012 |
0,016 |
|
P4 |
0,983 |
0,157 |
0,557 |
0,446 |
|
O1 |
0,396 |
0,557 |
0,003 |
0,064 |
|
O2 |
0,004 |
0,184 |
0,586 |
0,811 |
|
T3 |
0,844 |
0,586 |
0,983 |
0,948 |
|
T4 |
0,078 |
0,420 |
0,586 |
0,372 |
|
Всего успешных |
8 |
10 |
12 |
7 |
|
Всего неуспешных |
16 |
14 |
14 |
11 |
Примечание: курсивом выделены достоверные различия групп учеников, имеющих разную степень академической успеваемости.
На рисунке в качестве примера приведены изменения спектральных характеристик у девочек, для мальчиков получены сходные данные. Видно, что при решении задач успешными учащимися максимальные изменения биоэлектрической активности наблюдаются во фронтальных и, в некоторых случаях, в париетальных отведениях, где происходит снижение мощности большинства спектральных диапазонов, при некотором повышении мощности альфа2-диапазона.
Рисунок. Сравнение частотных спектров ЭЭГ по отведениям в покое и при решении задач на вращение фигуры у девочек 12-13 лет
А - неуспешные ученики, В - успешные ученики:
1 - в покое; 2 - интеллектуальная нагрузка; 3 - разница нагрузка-покой.
По оси абсцисс - частота, Гц; по оси ординат - мощность ритма.
Академически неуспешные ученики при решении задач сохраняют характерный для подростков тип активации с увеличением мощности тета- и бета- диапазонов, описанный и другими авторами (Аракелов Г. Г., Фефилов А. В. , 2003). При этом, степень перестроек ЭЭГ несколько выше в затылочной коре. У мальчиков наблюдается некоторая асимметрия изменений ЭЭГ во фронтальных и париетальных отведениях.
Наиболее характерной особенностью реакции ЭЭГ на предъявление когнитивной нагрузки у неуспешных школьников является смещение фокуса активности в окципитальном направлении. При этом наиболее значительные изменения биоэлектрической активности происходят в париетальных и окципитальных отведениях. Неуспешные ученики демонстрируют значительно менее дифференцированное вовлечение структур неокортекса в процессе решения задач.
В целом, можно сказать, что для успешных школьников характерна более избирательная активация коры при когнитивной нагрузке. Кроме того, успешные ученики, как правило, реагируют изменением биоэлектрической активности фронтальных отделов коры. Париетальные и окципитальные зоны коры, судя по величине перестроек ЭЭГ, при решении задач у них задействованы в меньшей степени. У менее успешных учеников фокус изменения биоэлектрической активности при когнитивной нагрузке несколько смещен в окципитальном направлении.
Обсуждение результатов
Наши данные в целом соответствуют данным других авторов о том, что у менее академически успешных детей реакция ЭЭГ на интеллектуальную нагрузку носит генерализованный характер, при снижении участия лобных отделов коры в реализуемой деятельности. Подчеркивается, что для академически успешных детей характерна локальная активация и формирование четких фокусов взаимосвязанной активности, объединяющих постцентральные области правого и лобно-центральные области левого полушария («дистантно-диагональный» тип активации) (Алферова и др., 1994; Цицерошин и др., 2000). Есть также данные о том, что эмоциональная компетентность и гибкость поведения у детей связаны с адекватным функционированием левой фронтальной области коры (Curtis, Cicchetti, 2007).
Согласно нашим данным, у неуспешных учеников наблюдается смещение фокуса изменения биоэлектрической активности при когнитивной нагрузке в окципитальном направлении. По-видимому, эта особенность осложняет для этих детей восприятие вербально-логической информации, но они получают преимущество при решении задач на пространственное вращение фигуры, за счет увеличения активности отделов коры, участвующих в обработке пространственной информации.
Выявленные нами особенности биоэлектрической активности мозга и восприятия информации необходимо учитывать при обучении таких детей, меняя соответствующим образом способ подачи учебного материала.
Рецензенты:
- Сурнина О.Е., д.б.н., профессор кафедры теоретической и экспериментальной психологии Российского государственного профессионально-педагогического университета, г. Екатеринбург.
- Бароненко В.А., д.б.н., профессор кафедры теории физической культуры института физической культуры, социального сервиса и туризма Уральского Федерального Университета имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, г. Екатеринбург.
Библиографическая ссылка
Гилева О.Б. ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАММЫ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ НА ПРОСТРАНСТВЕННОЕ ВРАЩЕНИЕ И АКАДЕМИЧЕСКАЯ УСПЕВАЕМОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ 12-13 ЛЕТ // Современные проблемы науки и образования. – 2011. – № 6. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=5231 (дата обращения: 27.03.2023).