Формирование системы обработки зрительной информации в младенческом возрасте

Ранний возраст (от 1 года до 3 лет).

Структурно-функциональная организация мозга. Изменения функциональной организации мозга в раннем возрасте связаны, прежде всего, с дальнейшим созреванием коры больших полушарий. На рассматриваемом этапе онтогенеза за счет увеличения ветвлений базальных дендритов, образующих систему вертикальных и горизонтальных связей, формируется четкая ансамблевая организация нейронов, выделяются гнездные группировки, включающие клетки разных типов, что обеспечивает усложнение процесса переработки информации в ансамблях. Формирование в составе ансамблей корзинчатых вставочных клеток, выполняющих тормозящую функцию в нейронных цепях, обеспечивает пластичность интегративных процессов, усиливает взаимосвязанность отдельных ансамблей в вертикальной колонке, чему способствует значительное развитие аксонов. Интенсивное развитие нейронного аппарата коры больших полушарий проявляется в усилении метаболизма нервных клеток: в 2 года резко увеличивается содержание в коре нуклеиновых кислот. Происходящие в коре больших полушарий прогрессивные структурные преобразования отражаются в параметрах основного ритма покоя - альфа-ритма. В раннем возрасте (от 1 года до 3 лет) ЭЭГ характеризуется достоверным увеличением амплитуды и спектра мощности альфа-ритма, пик этого увеличения приходится на 3 года. Отмечается четкий затылочно-лобный градиент выраженности альфа-ритма: максимальная выраженность - в затылочных областях коры, а минимальная - в лобных. Однако наряду с прогрессивной возрастной динамикой альфа-ритма ЭЭГ усложняется, усиливается ее полиморфизм, отражающий развитие сложной биоэлектрической архитектоники. Это является следствием формирования таламокортикального и лимбико-кортикального входов, и отсутствия четкой иерархии функциональной организации мозга. Возрастает и индивидуальная вариабельность ЭЭГ, проявляющаяся как в разбросе частоты альфа-ритма, так и в различном соотношении альфа - и тета-волн, отражающих активность лимбических структур мозга. Особенностям ЭЭГ соответствует и значительная вариативность поведенческих реакций ребенка на этом этапе развития. Во многом эта вариативность определяется генетическими предпосылками темпа созревания, а во многом - социальными факторами, и прежде всего активным влиянием среды и контактами с взрослыми.

Формирование познавательной деятельности.Важнейшим новообразованием этого возрастного периода является прямохождение, существенно расширяющие возможности самостоятельного ознакомления ребенка с окружающей средой. Дальнейшее развитие двигательных действий усложняет манипуляции ребенка с предметами, ребенок учится вкладывать предметы один в другой, нанизывать их. Увеличивается разнообразие манипуляций и усложняется конструктивная деятельность с кубиками, пирамидкой, карандашами, бытовыми предметами (чашка, ложка, ботинки), ребенок постепенно учится использовать их по назначению. Если вначале конструктивные действия носят подражательный характер, то затем постепенно, путем проб и ошибок начинается использование собственных способов конструирования. При этом познаются не только предметы как таковые, но и их разнообразные свойства, в том числе относительные характеристики (например, размер колец пирамидки - больше-меньше). Ребенок учится правильно использовать эти свойства. В расширении возможностей познавательной сферы важная роль принадлежит системе зрительного восприятия. Дальнейшее созревание заднеассоциативных и в особенности переднеассоциативных структур, участвующих в реализации зрительной функции, способствует развитию операций опознания и запечатления предметов. Ребенок этого возраста способен узнавать не только знакомые реальные предметы, но и их изображения на картинке. Если ребенку 1-го года для опознания целостного образа требовался непосредственный контакт с предметом и интеграция информации, поступающей по разным сенсорным каналам (тактильный, звуковой, обонятельный), то на рассматриваемом этапе онтогенеза на основе уже сформированного эталона опознание может осуществляться только за счет одного из сенсорных входов, в основном зрительного.

Внимание и эмоциональная активность. Качественных изменений механизмов регуляции, обеспечивающих внимание, на этом этапе развития не происходит. Преобладает, как и в младенческом возрасте, эмоциональная активация, отражающаяся в ЭЭГ в виде тетаритма.

Формирование в раннем возрасте подкрепленных эмоциональным компонентом возможностей ребенка опознавать объекты, продлевает взаимодействие ребенка с этими объектами, обеспечивает развитие процесса невербальной категоризации, а формирование речевой функции способствует развитию вербальной категоризации.

Развитие речи. Показ предмета с его одновременным называнием приводит к развитию номинативной функции слова. Вначале слово связывается с определенным конкретным предметом. Затем, на втором году жизни, обозначение словом распространяется на однородные предметы (не конкретная кукла или машинка, а куклы и машинки вообще). Ребенок учится опознавать различные предметы, обозначаемые одним словом, и оперировать ими по назначению.

В течение первых лет жизни совершенствуется как понимание речи, так и собственная активная речь ребенка. Эти процессы стимулируются общением с ним взрослого (особенно матери). Речь начинает включать в себя выражение отношений между людьми, между людьми и предметами. Понимание речи опережает развитие активной речевой функции. В 1,5 года ребенок усваивает около 100 слов; с этого времени инициатива речевого общения резко возрастает. Ребенок постоянно требует названий предметов и старается их активно использовать, его словарный запас к 2 годам составляет до 300 слов, к 3 - до 1500. При этом речь ребенка характеризуется выраженным словотворчеством (употребление измененных звуковых форм слова, придумывание автономных слов). При нормальном речевом общении автономная речь постепенно исчезает, ребенок начинает правильно говорить и пользоваться грамматическими формами, формируется языковое чутье.

На этом этапе происходит дальнейшее развитие регулирующей функции речи. Ребенок способен понять и реализовать довольно большое количество команд-инструкций, в том числе обобщенных, типа «убери игрушки».

Развитие речи и ее интериоризация способствуют формированию вербального интеллекта ребенка.

Быстрое развитие речевой деятельности и затруднения ее формирования при отсутствии речевого общения позволяют расценивать этот период онтогенеза как сенситивный и критический для становления речевой функции.

К 3-летнему возрасту у ребенка усиливается стремление к самостоятельной деятельности без помощи взрослых, формируется самосознание («Я сам»). Самостоятельность намерений и замыслов внешне проявляется в негативизме, упрямстве, неуправляемости. В психологии этот период обозначается как кризис 3-летнего возраста [24].

5.Мозговая организация зрительного восприятия в раннем и дошкольном возрасте Ранний возраст (от 3 до 6-7 лет).

Возраст 3 лет является переломным моментом в развитии ребенка и характеризуется важными качественными изменениями многих функций организма. Не случайно этот календарный возраст является социально признанной границей между ясельным возрастом и возрастом поступления ребенка в детский сад. Между тем как физиологическое, так и психофизиологическое развитие ребенка не обеспечивает ему еще того уровня самостоятельности, который необходим для адаптивного пребывания в детском учреждении. В дошкольном возрасте происходят значительные преобразования в деятельности всех физиологических систем детского организма, и к 6-7 годам ребенок приобретает тот уровень морфологического и функционального развития, который обычно называют «школьной зрелостью». С физиологических позиций возраст 6-7 лет - один из критических этапов развития, от которого во многом зависит вся последующая жизнь ребенка.

Структурно-функциональная организация мозга и формирование познавательной деятельности. Существенным этапом в развитии целенаправленного поведения и познавательной деятельности является дошкольный возраст. Происходящие в этот период изменения структурно-функциональной организации мозга определяют готовность ребенка к школе, обусловливают возможность и успешность учебной деятельности.

Структурно-функциональная организация мозга. В период от 3 до 5-6 лет наблюдается специализация нейронов, их типизация в проекционных и ассоциативных областях коры. Самым существенным моментом структурного созревания коры больших полушарий к 5-6 годам является усложнение системы связей по горизонтали как между нейронами близко расположенных ансамблей, так и между разными областями коры. Это происходит за счет роста в длину и разветвления базальных дендритов и развития, боковых терминал ей апикальных дендритов. Одновременно значительные изменения претерпевают и межполушарные связи: к 6-7 годам формируется мозолистое тело, соединяющее оба полушария. Таким образом, морфологические преобразования создают реальные предпосылки для формирования интегративных процессов в деятельности ЦНС. Это подтвердилось результатами анализа ЭЭГ дошкольников.

В 3-5 лет еще отмечается определенная нестабильность альфа-ритма и полиморфный характер ЭЭГ. К 6 годам альфа-ритм со средней частотой 9 Гц становится доминирующей формой активности. Наиболее существенно к этому возрасту изменяется показатель, отражающий синхронность альфа-ритма в различных областях коры (функция когерентности). К 6 годам значение когерентности между отдельными областями коры (затылочная и лобная) и между двумя полушариями резко возрастает. Это свидетельствует о значительных перестройках функциональной организации мозга. Формирующиеся с возрастом нейронные сети создают все предпосылки для реализации интегративной деятельности мозга как основы целенаправленного поведения и познавательных процессов.

Формирование системы восприятия информации. На протяжении дошкольного возраста происходят существенные изменения в формировании внутреннего образа внешнего мира.

В 3-4 года еще сохраняется тесное взаимодействие зрительного восприятия и двигательных действий. Практические манипуляции с объектом (схватывание, ощупывание), присущие младенческому возрасту, являются необходимым фактором зрительного опознания. К концу дошкольного возраста зрительное и осязательное обследование предмета становится более организованным и систематичным. Выделяемые признаки соотносятся между собой и целостным представлением объекта, что способствует формированию дифференцированного и более адекватного сенсорного образа. К 5-6 годам повышается успешность обнаружения различных модификаций объекта. При предъявлении в качестве изменяющихся стимулов рисунков людей и предметов обнаружено, что количество незамеченных изменений в 5-6 лет по сравнению с 3-4-летними детьми уменьшается вдвое в ответ на лица и более чем в три раза - при предъявлении предметов [43].

Роль взаимодействия тактильно-кинестетического и зрительного каналов проявляется не только в формировании образа, но и в его коррекции на основе обратных связей.

По мнению крупнейшего исследователя дошкольного возраста А. В. Запорожца, «ни один сенсорный импульс, ни одно раздражение рецептора не может однозначно определить возникновение адекватного образа восприятия. Здесь необходима коррекция, исправляющая неизбежные ошибки и приводящая образ в соответствии с объектом подобно тому, как двигательное поведение субъекта, согласно Бернштейну, может согласоваться с условиями задачи лишь благодаря сенсорной коррекции, адекватность восприятия обеспечивается, в конечном счете, коррекцией эффекторной».

В дошкольном возрасте по мере накопления индивидуального опыта снижается удельный вес ощупывания в зрительном восприятии, и существенно преобразуются движения глаз. С помощью кинорегистрации установлено, что у детей 3-4 лет при первом ознакомлении с объектом немногочисленные глазные движения осуществляются внутри фигуры. При таком способе ознакомления вероятность узнавания сложных, незнакомых ребенку предметов находится на уровне случайности (50 %). В 4-5-летнем возрасте число движений внутри фигуры нарастает, длительность отдельных фиксаций сокращается; обнаруживаются размашистые движения по оси, имитирующие измерение объекта. В результате достигаются более высокие показатели узнавания. В 5-6 лет система восприятия переходит на качественно иной уровень. Вероятность узнавания объекта достигает 100 %. Дети при первом ознакомлении с новым предметом прослеживают по контуру всю фигуру, как бы создавая внутреннюю модель формы. На основе построения перцептивного образа при последующем восприятии предмета создаются условия для сопоставления этого образа с наличным объектом. Эти опознавательные действия, ведущие к формированию обобщенного эталона, отличаются от перцептивных. Происходит сокращение прослеживающих глазных движений, и опознание осуществляется на основе наиболее информативных для данной задачи отдельных признаков, при дифференцированном анализе которых все большую роль приобретают микродвижения глаз, возможно осуществляющие считывание информации со следа на сетчатке. Очевидно, эти движения являются важным инструментом, обеспечивающим возможность «перемещения» направленного внимания в микропространстве отдельных признаков и свидетельствуют о роли скрытых движений глаз в структуре внимания.

Возможность формирования в старшем дошкольном возрасте сложных эталонов, включающих иерархическую структуру интегрированных признаков, облегчает процесс опознания и категоризацию на основе не только сенсорных, но и концептуальных характеристик объекта (общие свойства всех его вариантов).

Важные сведения о нейрофизиологических механизмах, обеспечивающих становление системы зрительного восприятия, получены при изучении электрофизиологических коррелятов приема и обработки зрительной информации.

Вызванные ответы на простые зрительные стимулы в затылочных областях, сохраняя основной компонентный состав, в период от 3 к 6 годам изменяют свои временные и амплитудные характеристики. В ВП на вспышку света сокращается пиковая латентность и длительность всех компонентов основного комплекса: возрастает амплитуда ответа, усиливается выраженность поздних фаз ответа. Эти изменения отражают ускорение и усложнение анализа зрительных стимулов и коррелируют с созреванием проекционной коры: к 6 годам возрастают дифференциация и специализация нервных элементов - увеличивается число горизонтальных ветвлений, помимо узких колонок обнаруживаются единичные широкие группировки нейронов.

Анализ топографии ВП - их параметров в разных областях коры больших полушарий показал, что в 3 года начальные компоненты зрительных ответов стабильно регистрируются во всех областях коры, причем их конфигурация в каудальных отделах и реактивность идентичны. ВП включает негативные компоненты с латентным периодом 90 и 160-200 мс

(N₉₀ и N_160-200 соответственно) и позитивные (P₁₃₀ и P_250-300) (рис. 3). В 3 года в заднеассоциативных областях в известной мере становятся зрелыми характерные для них цитоархитектонические признаки, расширяется сеть дендритных ветвлений и возрастает число нейронов, входящих в колонку. Однако в 3-4 года еще отсутствуют дифференциация и специализация заднеассоциативных структур в зрительных операциях, присущие более старшему возрасту. Генерализованный характер вовлечения корковых зон в зрительное восприятие и их однотипная реактивность — дублирование отдельных звеньев системы - являются основными признаками биологической надежности развивающегося организма, обеспечивающими адаптивный характер реагирования на ранних этапах онтогенеза. Вовлечение заднеассоциативных структур в зрительное восприятие хорошо коррелирует с возможностью выработки внутренних эталонов, используемых для опознания часто встречающихся стимулов.

Рис. 3. Сходная реактивность основного комплекса ВП (P₁₃₀ - N_160-200) в каудальных отделах (О, P, ТРО) в 3-4-летнем возрасте. Точками отмечены достоверные изменения

амплитуды ВП при смене засвета шахматным рисунком и схематическим изображением лица

К 6-7 годам происходят существенные изменения в системной организации зрительного восприятия, отражающие прогрессивное созревание нейронного аппарата коры больших полушарий и возрастающую специализацию корковых зон. Организация системы зрительного восприятия к концу дошкольного возраста за счет специализированного участия проекционных и ассоциативных корковых зон и их взаимодействия обеспечивает высокую разрешающую способность перцептивной функции. Создается возможность восприятия новых сложных объектов и выработки соответствующих эталонов, что способствует значительному обогащению индивидуального опыта.

При изучении времени реакции и скорости опознания, разных по сложности объектов отчетливо проявляются различия механизмов опознания в 3-4 года и в 5-6 лет. В 3-4 года нейрофизиологические механизмы определяют возможность опознания только простых признаков за счет выработанных эталонов. Об этом свидетельствуют незначительные изменения времени опознания при многократных повторениях объекта в идентичных условиях решения сенсорной задачи. В 6 лет опознание основано на выделении сложного признака, оно требует большего времени и зависит от количества различаемых на его основе изображений. В ходе тренировки это время сокращается и перестает зависеть от количества стимулов в наборе. Механизмы такого опознания связываются с вырабатываемыми в опыте внутренними эталонами. Это свидетельствует о значительно возрастающих в течение дошкольного возраста возможностях ознакомления ребенка с внешним миром, о переходе механизмов, лежащих в основе информационных процессов, на качественно иной уровень.

Формирование внимания. С формированием сенсорной функции тесно связано развитие внимания. Созревание сенсорных систем и совершенствование воспринимающей функции мозга определяют возможность привлечения внимания к более сложным признакам объекта, а это в свою очередь способствует более глубокому и полному описанию и опознанию.

В начале дошкольного периода сохраняется значимость новизны как основного возбудителя внимания.

Приблизительно в возрасте 4 лет отмечается всплеск интереса ребенка к новому, активный поиск новизны, проявляющийся в бесконечных «почему». Специфика этого периода состоит в том, что к имевшемуся в раннем возрасте предпочтению новизны добавляется и стремление к разнообразию, что можно предположительно связать с активным вовлечением в мозговую систему ключевой структуры лимбического мозга - гиппокампа. Важное значение в изменении характеристик внимания имеют и возрастные преобразования системы восприятия от 3-4 к 6 годам, приводящие к быстрому нарастанию объема внимания.

Поведенческая реакция на «очень интересное новое» проявляется в застывании с приоткрытым ртом и фиксации глазами предмета (ввод информации). В ЭЭГ в этом возрасте, как и в младенческом, наблюдается увеличение амплитуды и представленности медленных волн, в основном тета-диапазона (частота 4-7 Гц). Одновременно регистрируются и вегетативные компоненты ориентированной реакции (рис. 4).

ЭЭГ-коррелят привлечения внимания отражает характерные особенности активационных процессов ребенка-дошкольника. У детей тета-ритм возникает во время эмоционального реагирования, рисования, эмоционального общения. При этом отмечается, что тета-активность сопровождает положительное состояние ребенка.

Рис. 4. Незрелый вариант реакции активизации в ЭЭГ ребенка 3 лет

6 мес в ответ на первое предъявление стимула (отметка на верхней линии). Отведения обозначены слева от кривых. Две нижние линии регистрация сердечного ритма и КГР.

Отсюда следует, что усиление тета-ритма в ответ на новые стимулы, регистрирующиеся с соответствующим вегетативным и поведенческим сопровождением у детей 3-4 лет, может быть расценено как онтогенетический вариант ЭЭГ-реакции активации. Он отражает включение в процесс внимания эмоциональной активации. Функциональная роль эмоциональной активации, «обслуживающей» стремление к впечатлениям (вариант познавательной мотивации для этого возраста), состоит в поддержании интереса и внимания к стимулу для облегчения его восприятия и анализа.

Функциональная роль эмоциональной активации в приеме и анализе внешнего стимула особенно велика в возрасте 3-5 лет, когда система восприятия еще незрелая, а участие заднеассоциативных структур в зрительном восприятии неспециализированно. Это затрудняет анализ сложных изображений, не имеющих аналогов в индивидуальном опыте ребенка. При появлении незнакомых абстрактных стимулов дети ограничиваются их общим осмотром и беглым впечатлением. Незрелость механизмов переработки и оценки информации компенсируется эмоциональной активацией, которая, пролонгируя «общение» ребенка с объектом, способствует реализации тех перцептивных возможностей, которые имеются к данному возрасту.

Изменения в организации системы восприятия с 6 лет (специализированное вовлечение в анализ и обработку зрительной информации заднеассоциативных отделов) создают условия для углубленного восприятия предметов, оперирования большим набором признаков. Эти изменения по времени совпадают с качественным изменением электрофизиологического коррелята внимания. Усиление тета-ритма в ответ на новые стимулы начинает перемежаться с блокадой (десинхронизацией) альфа-ритма в каудальных отделах коры, т.е. с более зрелым типом реакции активации. Вовлечение альфа-ритма в процесс внимания по зрелому типу указывает на адекватное включение корковых механизмов в обеспечение внимания, на начало процесса его кортикализации при сохранении вклада эмоциональной активации и высокой эффективности эмоционально привлекательных стимулов.

Формирование зрелого типа реакции активации расширяет сферу действия внимания, обеспечивает его направленность не только на стимулы, обладающие непосредственной привлекательностью, но и на более абстрактные, отвлеченные характеристики среды, ее информационный компонент. Одним из следствий этого процесса является описанная выше возможность выработки эталонов на совершенно новые для ребенка абстрактные стимулы к 6-7-летнему возрасту.

Произвольная регуляция деятельности. В старшем дошкольном возрасте появляется и развивается возможность произвольной регуляции деятельности по внешней инструкции. Появляются различия в способности к произвольному регулированию у детей 3-4 и 6-7 лет.

Анализ динамики региональных ВП при обусловленной инструкцией необходимости быстрого реагирования на значимый стимул показал, что 3-4 -летние дети, даже повторяя инструкцию, не могли соответствующим образом организовать свою деятельность. Значимые изменения параметров ВП при переходе от спокойного наблюдения к мобилизационной готовности не были обнаружены. Начиная с 4-5-летнего возраста отмечается облегчение позитивного компонента ВП, одинаково выраженное во всех отведениях. К концу дошкольного возраста это облегчение обнаруживает некоторую региональную специфичность, проявляющуюся в увеличении амплитуды компонентов ВП в лобных и центральных областях, что свидетельствует об активном участии этих областей в зрительном восприятии в ситуации внимания. Учитывая роль этих областей в регуляции процессов активации, можно полагать, что их участие в формировании мобилизационной готовности создает избирательность в организации деятельности. Однако существует своеобразный разрыв между появившейся возможностью формирования избирательности в организации деятельности и ее реальным и постоянным осуществлением, что требует значительных усилий и может происходить только с помощью взрослого - путем создания игровой ситуации или сообщения ребенку готовых правил. Создание такой ситуации приводило к появлению селективности в организации восприятия и внимания у детей в возрасте от 3 лет 10 месяцев до 5 лет 8 месяцев. Без соответствующих воздействий селективные стратегии развивались в период от 7 до 9 лет. Эти результаты указывают на возможность коррекции дефицита произвольной регуляции в определенных пределах на основе четких знаний возрастной специфики мозговой организации деятельности.

Таким образом, на протяжении дошкольного периода происходят значительные преобразования мозговых механизмов организации познавательной деятельности и целенаправленного поведения ребенка, которые во многом определяют его готовность к систематическому обучению в школе.

Младший школьный возраст (от 7 до 11-12 лет).

Этот период характеризуется ускоренными процессами психического развития и формированием целенаправленного поведения на фоне продолжающихся морфофункциональных перестроек организма. При этом темп и характер этих перестроек определяют индивидуальную динамику психического развития.

Мозг и поведение. Функциональное созревание мозга и системная организация когнитивной деятельности. Начало систематического обучения в школе, переход к новым социальным условиям и значительное увеличение умственной нагрузки требуют особенно пристального внимания к оценке зрелости мозга, его структурно-функциональной организации на начальных этапах школьного обучения.

Электроэнцефалограмма как показатель функциональной зрелости коры больших полушарий. Как было отмечено в предыдущей главе, к концу дошкольного возраста нейронный аппарат коры больших полушарий достигает значительной степени зрелости. Это проявляется, прежде всего, в организации состояния покоя как оптимального фона для интегративной деятельности мозга. К 6 годам альфа-ритм, отражающий формирование нейронных сетей, необходимых для осуществления интегративной деятельности мозга и прежде всего информационных процессов, становится доминирующей формой активности. Однако его характеристики еще далеки от характеристик зрелого типа. Кроме того, индивидуальные различия в темпах созревания ребенка определяют и существенные различия в сформированности альфа-ритма. В рассматриваемом возрастном диапазоне в области максимальной выраженности альфа-ритма — в затылочно-теменных отделах коры - выявлено три типа ЭЭГ, различающихся характером альфа-ритма (рис. 5): ЭЭГ с регулярным альфа-ритмом, ЭЭГ с нерегулярным заостренным альфа-ритмом и ЭЭГ без четкого доминирования дети с хорошей успеваемостью альфа-ритма (полиморфная ЭЭГ). Последний тип наиболее характерен для детей 5-6 лет и отражает еще недостаточную зрелость коры больших полушарий. У 6-7-летних такой тип ЭЭГ обнаруживается в очень небольшом числе случаев.

Рис. 5. Характеристика основного ритма ЭЭГ в трех возрастных группах детей

Типы альфа-ритма: 1 - регулярный тип альфа-ритма; 2 - дезорганизованный и/или заостренный тип альфа-ритма; 3 - тип сниженной частоты или поли ритмичный

Для них характерен преимущественно доминирующий, но дезорганизованный альфа-ритм. В 7-8 лет у детей с высоким уровнем развития познавательных процессов и хорошей успеваемостью преобладает первый тип ЭЭГ - регулярный альфа-ритм. Вместе с тем у детей, испытывающих трудности в обучении, как в 6-7, так и в 7-8 лет сохраняется преобладание полиморфного типа ЭЭГ. Это позволяет считать, что индивидуальная характеристика альфаритма, отражающая формирование функциональной организации мозга является надежным показателем готовности ребенка к обучению в школе. Дальнейшая возрастная динамика ЭЭГ характеризуется увеличением моды (ведущей частоты) альфа-ритма, к 10 годам достигающей 10-11 Гц. Альфа-ритм становится преобладающим типом активности не только в задних отделах, но и в переднеассоциативных отделах коры. Существенные изменения в младшем школьном возрасте претерпевает и пространственная организация альфа-ритма. У 8-летних детей по сравнению с 6-летними увеличиваются значения функции Ког альфа-колебаний между лобными и затылочными областями коры. Несколько позже (к 9-10 годам) усиливается локальная пространственная синхронизация альфа-ритма теменной и височных областей, играющих важнейшую роль в зрительно-пространственной деятельности. В период от 6 к 8 годам значительно возрастает межполушарная Ког альфа-колебаний лобных областей. Ее рост так же, как усиление дистантных связей лобных отделов коры с каудальными отделами, свидетельствует об усиливающейся роли переднеассоциативных структур в формировании нейронных сетей высшего порядка, играющих особую контролирующую роль в функциональной организации мозга.

Формирование процесса восприятия. Созревание коры больших полушарий и совершенствование внутри коркового взаимодействия проявляются в изменении процесса восприятия - мозговая система, ответственная за прием и обработку внешних стимулов, переходит на другой уровень функционирования.

Зрительная проекционная кора, нейронный аппарат которой настроен на прием и анализ физических характеристик стимула, преимущественно включается в операцию выделения контурно-контрастных границ, базирующуюся на функционировании соответствующих рецептивных полей. При предъявлении черно-белого рисунка шахматного поля в ВП затылочной коры увеличивается амплитуда начального позитивного сенсорноспецифического компонента по сравнению с ответом на диффузный засвет экрана (рис. 6).

При предъявлении более сложных изображений, например схематического изображения лица, тот же позитивный компонент максимально увеличивается в ВП височнотеменно-затылочной ассоциативной зоны.

Рис. 6. Специализация каудальных областей коры в зрительном восприятии.

Максимальные изменения позитивности ВП затылочной области в ответ на шахматный рисунок (I), височно-теменно-затылочной — на схематическое изображение лица (III). На II — достоверные изменения амплитуды компонентов ответа на структурированные изображения по сравнению с засветом экрана

У части детей этого возраста специализация заднеассоциативных областей выражена сильнее. В ВП височно-теменно-затылочной области начинает доминировать по амплитуде и обнаруживать максимальную реактивность, характерный для более старших детей и взрослых негативный компонент с более длительным латентным периодом. С этим компонентом связываются операции, включающие сличение со следами в памяти. Уже с 7летнего возраста в эту операцию, а также в процесс классификации признаков объекта вовлекаются переднеассоциативные отделы коры больших полушарий.

Специализация проекционных, заднеассоциативных и переднеассоциативных областей в сенсорном анализе, запечатлении, опознании, классификации обеспечивает высокую разрешающую способность перцептивной функции, возможность восприятия новых сложных объектов и выработки соответствующих эталонов, что способствует значительному обогащению индивидуального опыта.

Этап перехода системы восприятия на качественно иной уровень организации рассматривается как сенситивный период развития информационных процессов, составляющих основу познавательной деятельности.

Качественные изменения системы восприятия коррелируют с существенными преобразованиями проекционной зоны, и ассоциативных областей коры, где к 7 годам отмечены дифференцировка формы и увеличение размеров нейронов III ассоциативного слоя. Значительные изменения претерпевает фиброархитектоника: увеличивается ширина пучков, усложняются горизонтальные связи.

Несмотря на прогрессивное развитие, система переработки информации у 7-8 -летних детей еще незрелая, и к началу обучения в школе ее возможности довольно ограничены. Так, запоминание и опознание геометрических фигур в этом возрасте осуществляется по типу взрослого, а идентификация и различение букв еще затруднены и требуют вовлечения более сложных механизмов. Инвариантность опознания в перцептивной сфере достигает высокого уровня к 6 годам. Сохраняющаяся в 7-8 -летнем возрасте высокая недифференцированная инвариантность опознания становится помехой для идентификации некоторых букв и цифр, значение которых меняется при поворотах справа налево, сверху вниз (Р, Ь) и зеркальном вращении. В то же время это не касается букв симметричной конструкции (Н, А) или заглавных и строчных (А и а), сохраняющих свое значение [52].

Одной из причин трудностей идентификации букв может быть недостаточная сформированности их эталонов в перцептивной памяти. Возможность сличения букв с перцептивным эталоном ускоряет процесс их опознания, что важно для выработки навыка чтения. Несформированность механизмов запечатления букв необходимо учитывать при использовании критерия скорости чтения.

В младшем школьном возрасте отмечаются и особенности категоризации зрительных стимулов. Механизмы категоризации хотя и достигают определенной степени зрелости к 7 годам, но еще отличаются от свойственных взрослым. У взрослых разделительный анализ признаков, лежащий в основе категоризации, осуществляется двумя способами: на основе полного описания всех признаков объекта и на основе выбора определенного информативного разделительного признака.

Категоризация на основе полного описания является более простым процессом. Она свойственна детям раннего возраста, у которых ведущая роль в зрительном восприятии принадлежит правому полушарию, что и обеспечивает данный способ классификации. Категоризация на основе выбора ведущего разделительного признака требует сопоставления разных признаков объекта, выделения значимого при игнорировании других, незначимых для данной задачи. Такая категоризация, которая происходит с участием левого полушария, реализуется на более поздних этапах развития.

У детей 6-7 лет правое полушарие, как и у взрослых, осуществляет полное описание объектов; левое же полушарие в процессе категоризации функционирует подобно правому.

Механизмы, обусловливающие присущую взрослым полушарную дихотомию процесса категоризации, созревают в течение длительного периода индивидуального развития за пределами младшего школьного возраста.

Мозговая организация внимания. Особенности познавательной деятельности во многом определяются спецификой мозговой организации внимания, которая в младшем школьном возрасте претерпевает значительные изменения.

В 7-8 лет механизмы внимания, как непроизвольного, еще преобладающего в этом возрасте, так и произвольного, имеют черты незрелости. Реакция активации на ЭЭГ в ответ на новый стимул проявляется как в виде зрелой формы (блокада альфа-ритма), которая в этом возрасте отличается меньшей длительностью и большим латентным периодом по сравнению с таковой у детей 9-10 лет, так и в виде активации, свойственной дошкольному возрасту (усиление тета-активности). Последнее свидетельствует о том, что активация, направленная на оценку информационной составляющей среды, еще недостаточно сформирована и сохраняется роль непосредственной привлекательности стимула и его эмоциональной окраски.

Такая активация не стимулирует и не облегчает в полной мере дальнейшего углубленного анализа нового стимула. Она направлена скорее на непосредственную оценку его эмоциональной значимости, удовлетворяя потребность ребенка во впечатлениях.

С 9-10 лет непроизвольное внимание организуется по типу взрослого: реакция активации на новый стимул проявляется в виде длительной и генерализованной десинхронизации альфа-ритма. «Распад» сложившейся в состоянии покоя системы создает оптимальные условия для формирования новых функциональных объединений и тем самым облегчает анализ информации в коре больших полушарий.

На протяжении младшего школьного возраста интенсивно формируются механизмы произвольного внимания. К концу дошкольного периода по мере прогрессивного созревания лобных областей ребенок обретает способность осуществлять простейшее планирование своих ближайших действий и управлять активационными влияниями в соответствии с задачами, сформулированными в инструкции взрослого и не всегда совпадающими с желаниями ребенка. Однако эта способность носит еще нестойкий характер, и произвольная деятельность, организованная с помощью внимания, легко вытесняется интересными занятиями, непосредственно привлекающими ребенка.

Рис. 7. Функциональные объединения областей коры при селективном внимании, обеспечивающем правильное решение перцептивной задачи у детей 7-8 лет в норме и при функциональной незрелости лобно-таламической системы, приводящей к трудностям обучения (линиями соединены области коры, в активности которых наблюдается достоверный рост значений Ког альфа-ритма перед правильным ответом по сравнению с неправильным; ЛП - левое, ПП - правое полушарие)

Анализ пространственной синхронизации основного ритма ЭЭГ с использованием оценки функции Ког показал, что в ситуации предстимульного внимания, направленного на решение сенсорных задач разной модальности (слуховой, тактильной, зрительной), формируются функциональные объединения корковых областей с фокусом взаимосвязанной активности в проекционных корковых зонах - височной при слуховой задаче, центральной — при тактильной, затылочной - при зрительной (рис. 7). Такая организация структур мозга при внимании в период, предшествующий деятельности, характерна для большинства детей 7-8 лет и создает условия для избирательного вовлечения структур в решение конкретной модально специфичной задачи, тем самым определяя его успешность. У части 7-8-летних детей, имеющих признаки функциональной незрелости лобно-таламической регуляторной системы, механизмы произвольного внимания не сформированы, в ситуации предстимульного внимания не формируются функциональные объединения, адекватные задаче.

Рис. 8. Сопоставление вызванных ответов, регистрируемых от четырех областей коры

- сверху вниз: затылочной, височно-теменно-затылочной, центральной и лобной при спокойном наблюдении за предъявляемыми изображениями (пунктир) и при необходимости выбора одного, значимого сигнала и быстрого реагирования (сплошная линия). Начало ответа совпадает с моментом предъявления изображения

У детей в отличие от взрослых отмечается определенная незрелость мозговой организации внимания. В 7-8-летнем возрасте отсутствует присущая взрослым специализация полушарий. У взрослых модально специфические локальные функциональные объединения характерны только для левого полушария, объединения структур правого полушария менее избирательны и носят неспецифический характер. В младшем школьном возрасте модально-специфические объединения областей коры при предстимульном внимании характерны как для левого, так и для правого полушария.

К 9-10 годам по мере дальнейших прогрессивных структурных преобразований в различных областях коры и их возрастающей специализации совершенствуются механизмы произвольного внимания. Регуляторная система обеспечивает не только избирательное вовлечение корковых зон в деятельность, но и облегчает осуществление операций, в которых они участвуют. Произвольное внимание, направленное на выделение значимого стимула, с 910 лет приводит к дифференцированному увлечению в каждой корковой зоне амплитуды тех компонентов ВП, которые в наибольшей степени отражают ее функциональную специализацию. Так, в зрительном ВП проекционной области при произвольном внимании по сравнению с ситуацией спокойного наблюдения максимально увеличивается компонент, отражающий анализ сенсорных характеристик стимула. В ВП ассоциативных областей увеличивается амплитуда более поздних компонентов ответа, связанных с опознанием, оценкой значимости, принятием решения (рис. 8).

Формирующееся на протяжении младшего школьного возраста произвольное внимание, создающее возможность избирательного в пространстве и во времени активирующего влияния на отдельные области коры больших полушарий, обеспечивает эффективность решения различных задач.

Младший школьный возраст можно рассматривать как сенситивный период формирования произвольности. Используя потребность в положительном эмоциональном подкреплении, создавая условия привлекательности познавательной деятельности, взрослый может использовать высокую пластичность мозга ребенка для развития внимания к учебному материалу и направить его в русло учебной мотивации.

Произвольное запоминание. С началом обучения в школе возникает необходимость произвольного запоминания учебного материала. Возможность обработки и запоминания возрастающего объема информации, его структурирования в соответствии со значимостью и смыслом обеспечиваются включением в процесс запоминания новых механизмов структурно-функциональной организации мозга.

Перестройка системы зрительного восприятия к началу школьного обучения облегчает процесс выработки стимулов на ранее незнакомые стимулы. Тем не менее, процесс формирования эталонов в 6-7 лет протекает дольше, чем в конце младшего школьного возраста. Существенно различается и объем кратковременной памяти: максимальная длина безошибочно воспроизводимого тестового ряда у детей 7 лет составляет 5,4 символа, у детей 10 лет - 6,4 символа, что приближается к показателям взрослого человека.

Важнейшим фактором, обеспечивающим произвольное запоминание, является становление в этом возрасте регуляторных мозговых механизмов, избирательно облегчающих последовательно осуществляющиеся операции по отбору, осмыслению и запечатлению информации.

Переключение системы памяти на другой уровень - от непосредственного запоминания, свойственного дошкольникам, к запоминанию, опосредованному конкретными смысловыми задачами, в младшем школьном возрасте, - требует освоения новых приемов запоминания на основе осмысления материала, а не его формального повторения.

Речь и мышление. Особая роль принадлежит развитию мозговых механизмов, обеспечивающих специфическую речевую деятельность. К этому возрасту происходят прогрессивные преобразования клеточных и волокнистых структур речевых зон (области Брока и Вернике) и отделов лобной коры, осуществляющих программирование речевой деятельности. В формировании графических форм речи (чтение, письмо) существенное значение имеет организация зрительно-пространственной деятельности, тонкая моторика и зрительно-моторная интеграция.

Механизмы, лежащие в основе этих процессов, еще недостаточно зрелые. В 7-8 лет обнаруживается дефицитарность центрального программирования тонких точностных движений рук. Мозговое обеспечение произвольных точностных движений интенсивно формируется к 9-10 годам. Постепенно формируются и механизмы зрительнопространственной деятельности. В организации этой деятельности в 7-8 лет участвуют и левое, и правое полушарие, в то время как с 9-10 -летнего возраста - преимущественно правое.

Рис. 9. Функциональные объединения областей коры больших полушарий на

различных частотах основного ритма у детей 7 и 10 лет при вербальной деятельности. В 7летнем возрасте отсутствует как избирательность частотной организации, так и четкая

левосторонняя латерализация функциональных объединений. В центре внизу - схема локализации электродов

Отсутствие четкой полушарной специализации проявляется и в характере мозгового обеспечения вербальной деятельности. У взрослых при решении зрительно предъявляемой вербальной задачи функциональные объединения нервных центров, участвующих в речевой деятельности, локализованы в левом полушарии. У детей же 7-8 лет в этот процесс генерализованно и однотипно вовлекаются структуры обоих полушарий (рис.9). К 9-10 годам (с усилением вовлечения лобных областей в речевые процессы) приобретают более избирательный характер и признаки левосторонней латерализации.

Речь является основой формирования мышления ребенка, и особенности речевой деятельности в младшем школьном возрасте определяют специфику мыслительных операций. Для 7-8 лет характерно образное мышление, основой которого является достигшее определенной степени зрелости зрительное восприятие, а средством - образ.

С развитием механизмов речевой деятельности, ее левополушарной латерализации и произвольности, ребенок приобретает способность выделять с помощью вербальнологического мышления сущностные характеристики предметов и явлений, скрытые от непосредственного восприятия.

Таким образом, в младшем школьном возрасте по мере структурно-функционального созревания мозга существенно возрастают функциональные возможности ребенка [69].

        4. Формирование зрелого типа мозговой организации восприятия

Структурно-функциональная организация мозга. Как показало изучение цито - и фиброархитектоники коры больших полушарий, изменение ее нейронного аппарата продолжается и в подростковом возрасте. Происходит дальнейшая тонкая дифференцировка нервных клеток, в результате которой изменяется соотношение клеток разных типов. Общим для всех областей коры, как проекционных, так и ассоциативных, является увеличение процентного содержания пирамидных клеток за счет уменьшения количества переходных форм. Возрастает и представленность звездчатых клеток вставочных нейронов, играющих важнейшую роль в интегративной деятельности мозга. Важно, что динамика созревания этих нейронов различна в функционально различных областях коры. На ранних этапах развития в проекционных зонах коры созревают звездчатые нейроны, включающиеся в начальный анализ сенсорных стимулов, а в подростковом возрасте их доля снижается. Иная закономерность характерна для лобных областей коры. В этих структурах в период от 13 до 16 лет отмечено увеличение процентного содержания не только пирамидных клеток, но и звездчатых нейронов, выявляется также особый тип пирамидно-звездчатых клеток, которые сочетают переключательную и эффекторную функции. Наличие этих клеток, по-видимому, способствует, с одной стороны, совершенствованию процессов обработки информации, а с другой, - более быстрому и экономичному осуществлению регуляторного влияния лобной области на другие структуры мозга. Типизация и специализация нейронов, а также усложнение фиброархитектоники коры на этапе развития приводит к дальнейшему совершенствованию ансамблевой организации нейронов. Казалось бы, столь существенные прогрессивные преобразования высших отделов мозга должны привести к выраженной положительной динамике интегративных процессов, лежащих в основе реализации целенаправленного поведения и психики подростка. Однако это совсем не так. Важнейшим фактором, влияющим на функциональную организацию мозга, являются эндокринные изменения, связанные с половым созреванием, которое начинается у девочек в 12 лет, у мальчиков - в 13-14. Начало полового созревания характеризуется резким повышением активности центрального регуляторного звена эндокринной системы - гипоталамогипофизарного комплекса. Гипоталамус является одной из важнейших подкорковых структур, частью лимбической системы - главного регуляторного звена, его повышенная активность приводит к - существенным изменениям баланса корково-подкоркового взаимодействия. Результатом такого изменения является наличие в ЭЭГ подкорковых диэнцефальных знаков - комплексов высокоамплитудной волновой активности, которые в ЭЭГ зрелого типа наблюдаются только при функциональных и органических нарушениях диэнцефальных структур, а также в увеличении представленности тета-ритма, связанного с активностью лимбической системы. Отмечаются некоторые «регрессивные» сдвиги параметров альфа-ритма: снижаются его мощность и показатели пространственной синхронизации. Следует подчеркнуть, что в связи с различием в темпах полового созревания у мальчиков и девочек и приуроченностью отрицательных сдвигов не к календарному возрасту, а к начальным (II-III) стадиям полового созревания, отрицательные отклонения в параметрах ЭЭГ у мальчиков и девочек приходятся на разный календарный возраст: у девочек - на 12-13, у мальчиков - на 13-14 лет.

На завершающих этапах полового созревания отрицательные отклонения в ЭЭГ нивелируются, к 16-17 годам значительно уменьшается выраженность характерных для пубертата диэнцефальных знаков. В юношеском возрасте по окончании полового созревания параметры ЭЭГ стабильны, частота альфа-ритма увеличивается, формируется характерная для каждого индивида картина ЭЭГ, совершенствуется пространственная организация альфаритма, возрастает значение функции Ког в переднеассоциативных областях, что отражает роль этих структур в организации нейронных сетей. Динамика ЭЭГ показателей соответствует прогрессивным возрастным преобразованиям в коре больших полушарий.

Изменения в ансамблевой организации нервного аппарата коры больших полушарий продолжаются и за пределами подросткового периода вплоть до достижения зрелости. Особенно существенные изменения в 18—20-летнем возрасте происходят в лобных отделах коры, где значительно усложняются межнейрональные связи. О возрастающей активности нейронных ансамблей на этом этапе онтогенеза свидетельствует развитие тех элементов ансамбля, которые обеспечивают метаболизм нервных клеток. В составе ансамбля выявляются клетки глиоцита с очень большим содержанием нуклеиновых кислот. Как структурно-функциональная основа интеграции и обработки информации нейронные ансамбли в юношеском возрасте достигают дефинитивного (зрелого) типа.

Когнитивные процессы. В подростково-юношеском возрасте формируется система восприятия зрелого типа с характерной специализацией полушарий в отдельных сенсорных и когнитивных операциях: правому полушарию принадлежит ведущая роль в выделении признаков и осуществлении начальных этапов анализа стимула и сенсорного запечатления, левое приобретает ведущую роль в осуществлении классификационного типа опознания на основе определения разделительного признака и в осуществлении заключительных этапов восприятия: оценке значимости стимула, принятии решения, запечатлении обработанной информации.

В ВП эта полушарная специализация отражается в большей амплитуде начального компонента в правой затылочной области, а позднего позитивного комплекса - в лобных областях левого полушария. Существенно изменяются механизмы регуляции, что проявляется в особенностях организации внимания [69].

На начальных этапах полового созревания механизмы внимания претерпевают значительные изменения. В ЭЭГ в ситуации непроизвольного внимания обнаруживается снижение реактивности альфа-ритма и/или усиление тета-волн, которое свойственно ранним этапам развития и отражает эмоциональный компонент активации, в то время как к концу младшего школьного возраста уже в полной мере сформирована реакция в виде блокады альфа-ритма, отражающая информационный тип активации и связанная с активным участием коры больших полушарий в организации внимания. Регрессивные отклонения отмечены и при организации произвольного внимания, задаваемого словесной инструкцией. При оценке пространственной синхронизации ритмических составляющих ЭЭГ обнаруживается снижение (по сравнению с таковой у 9-10-летних) избирательности в организации межцентральных связей, приобретающих на начальных этапах полового созревания диффузный генерализованный характер. Отрицательные сдвиги на II—III стадиях полового созревания характерны и для произвольной регуляции сенсорной функции. В то время как к 9-10 годам выявляется дифференцированное влияние мобилизационной готовности на организацию сенсорных процессов, проявляющееся в избирательном облегчении отдельных компонентов регионарных ВП в соответствии с операциями, осуществляемыми в каждой из корковых зон, у подростков в той же экспериментальной ситуации достоверные изменения компонентов ВП не обнаруживаются. Более того, у части подростков обнаруживается не усиление отдельных компонентов ВП, а снижение их амплитуды.

Отмеченным изменениям нейрофизиологических механизмов соответствуют хорошо известные отклонения нервно-психического статуса и поведения подростка (повышенная нервозность, утомляемость, эмоциональность, снижение адаптационных возможностей ЦНС), отмечаются и определенные отклонения в реализации познавательной деятельности.

Особенности функционирования регуляторной системы на начальных стадиях полового созревания определяют значительные трудности осуществления учебной деятельности и развития познавательной мотивации, на нее направленной. Часто подростки на уроках находятся как бы в состоянии прострации - внимание кажется полностью исчезнувшим из познавательной активности.

Нужны специальные педагогические приемы, направленные на поддержание внимания и развитие интереса к учебному материалу. Учитель может использовать эмоциональные факторы и мотивационный компонент - стремление подростков утвердить себя среди сверстников. Известно, что стимулирующая роль социальных мотиваций у подростков чрезвычайно велика.

На завершающих этапах пубертатного периода при формировании устойчивого взаимодействия звеньев эндокринной системы прекращается отрицательное дестабилизирующее влияние полового созревания на функциональную организацию мозга, реализацию процесса внимания и структуру мотивационной сферы.

Наблюдается адекватная ситуации экономная функциональная организация ритмов ЭЭГ, отражающая образование локальных функциональных объединений при предстимульном внимании и регионально-специфичными изменениями ВП в постстимульном периоде анализа и обработки информации. После предупреждающей инструкции, предусматривающей как можно более быстрое реагирование на значимый зрительный стимул, в затылочных областях увеличивались начальные компоненты ВП. Усиление поздних компонентов отмечалось не только в переднеассоциативных областях, как это имело место в 9-10 лет, но более генерализованно, во всех областях коры. Это отражает взаимосвязанность различных областей коры на заключительных этапах обработки информации и организации ответных действий.

В процессе реализации зрительно-пространственной и вербальной деятельности формируются экономные избирательные объединения мозговых структур, вовлекаемых в конкретную деятельность.

Вместе с тем следует отметить, что у части юношей-старшеклассников наблюдается несовершенство нейродинамических механизмов, ответственных за реализацию внимания и организацию деятельности. Это может быть обусловлено как индивидуальными особенностями юношей, в том числе и индивидуальными темпами завершения полового созревания, так и напряженной учебной деятельностью. У юношей, занимающихся по более сложным программам, например у школьников специализированных математических классов, напряженность функционирования ЦНС выражена сильнее, чем у школьников, занимающихся по более легким программам.

Даже на этапе развития, когда функционирование ЦНС практически достигает зрелого уровня, необходимо учитывать как возрастные, так и индивидуальные функциональные возможности человека, определяющие адаптацию к умственным и физическим нагрузкам [5].

Список литературы:

1. Батуев, А.С. Физиология сенсорных систем / А.С. Батуев. – М.: Медицина, 2006. – 420 с.

2. Вит, В.В. Строение зрительной системы человека / В.В. Вит – 2003. – 664 с.

3. Лурия, А.Р. Письмо и речь. Нейролингвистические исследования / А.Р. Лурия. –

М.: Академия, 2002. – 352 с.

4. Развитие мозга и формирование познавательной деятельности ребенка / под. ред. Д.А. Фарбер, М.М. Безруких. - М.: Издательство Московского психологосоциального института; Воронеж: Издательство НПО «МОДЭК», 2009.

5. Симонов, П.В. Лекции о работе головного мозга. Потребностно-информационная теория высшей нервной деятельности / П.В. Симонов. – М.: Наука, 2001. – 98 с.

6. Смирнов, В.М. Физиология сенсорных систем и высшая нервная деятельность /

В.М. Смирнов, С.М. Будылина. – М., 2009. – 254 с.

7. Смирнов, В.М. Физиология сенсорных систем и высшая нервная деятельность / В.М. Смирнов, С.М. Будылина. – М.: Академия, 2003. – 304 с.