Математический анализ временных характеристик быстрой фазы моторного научения у детей и взрослых

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

03.00.02 - биофизика

03.00.13 - физиология человека и животных

Математический анализ временных характеристик быстрой фазы моторного научения у детей и взрослых

Григал Павел Павлович

Москва - 2009

Работа выполнена в учреждении Российской Академии Наук Институте Биохимической Физики им. Н.М. Эмануэля РАН.

Научный руководитель:

Кандидат биологических наук Н.И. Хорсева

Официальные оппоненты:

Доктор биологических наук Г.Р. Каламкаров

Кандидат биологических наук Н.В. Холмогорова

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Институт теоретической и экспериментальной биологии РАН.

Защита диссертации состоится “_25_” __ноября____ 2009 года в _11_ часов на заседании диссертационного совета Д 002.039.01 при Учреждении Российской академии наук Институте биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Институте химической физики им. Н.Н. Семёнова РАН.

Автореферат разослан “____” ___________ года.

Учёный секретарь диссертационного совета

Кандидат химических наук /Смотряева М.А./

1. Общая характеристика работы

Актуальность проблемы.

Исследованиям моторного научения посвящено большое количество работ среди которых выделяются труды выдающихся физиологов И.П. Павлова, Бернштейна, Лурии, Ухтомского. В середине 50-х годов прошлого века Яков Александрович Пономарёв открыл особый уровень функционирования психической деятельности - интуитивный, а через 15 лет, в 1967 Ребером был введён термин импицитное (неосознанное) научение, которое в дальнейшем было применено и к моторному научению.

Анализ литературы показал, что подавляющее большинство подобных исследований в настоящее время проводится на взрослых, а если в качестве испытуемых были дети, то, как правило, с различными патологиями или отклонениями в развитии. Однако работ, посвящённых особенностям моторного научения именно у здоровых детей, очень мало, хотя в то же время ясно, что сформированность навыков моторного научения чрезвычайно важна для успешности обучения, особенно в первых классах начальной школы, где осваиваются такие графо-моторные навыки как письмо. моторика рука электроэнцефалография

В то же время, в доступной литературе не нашлось работ, посвящённых индивидуально-типологическим особенностям моторного научения здоровых лиц. В частности, нет указаний на то, что особенности моторного научения могут зависеть от уровня развития мелкой моторики руки, поскольку отсутствует общепринятый инструментарий и набор шкал для описания таковой. В большинстве работ вся информация, относящаяся индивидуально-типологическим особенностям, сводится латеральным предпочтениям (правшеству-левшеству) (Frings M. et al, 2004; Chase C., 2008).

Известно, что моторное научение может включать две фазы: быструю, продолжающуюся минуты и десятки минут и медленную, которая длиться может недели (Knee R. et al, 2007; Floyer-Lea A., 2005; Karni A. et al, 1998; Cohen D.A. et al, 2005). Однако мало кто рассматривает подробное «строение» быстрой фазы. Например, Katsuyuki S. et al, (1998) предложил выделить стадии быстрой фазы на основании количества ошибок и завершённость выполнения последовательности: испытуемый не может завершить выполнение последовательности; может, но с ошибками; может без ошибок. Однако, описание научения в быстрой фазе при успешном выполнении последовательностей в доступной литературе отсутствует, и, тем более, возможные её типы и связи с индивидуально-типологическими особенностями.

Таким образом, актуальность данной работы определяется тем, что возрастной период 6-8 лет (младший школьный возраст) является критическим в отношении созревания систем, а индивидуально-типологические особенности могут определять некоторые особенности научения, в том числе и моторного.

Для выяснения особенностей моторного обучения у детей младшего школьного возраста в быстрой фазе, проведено изучение характера воспроизведения серий движений, задаваемых визуальными стимулами, их сопоставление и индивидуально-типологическими особенностями, включая параметры развития мелкой моторики руки, а также электроэнцефалографическими данными вовлечённости мозговых структур в процессы моторного научения.

Цели и задачи работы

Цель настоящей работы - изучить индивидуально-типологические особенности и центральные механизмы организации быстрой фазы моторного научения у детей младшего школьного возраста. Таким образом, в рамках данного исследования решились следующие задачи:

1. Разработать метод количественной оценки параметров, характеризующих уровень развития мелкой моторики руки детей и взрослых.
2. Исследовать возможность прогноза характера моторного научения на основе параметров мелкой моторики руки и индивидуально-типологических особенностей детей.

3. На модели немедленного воспроизведения серии движений, задаваемых визуальными стимулами, сравнить характер быстрой фазы научения у детей и взрослых.

4. Сопоставить характер быстрой фазы моторного научения с индивидуально-типологическими особенностями детей младшего школьного возраста.

5. Сравнить особенности мозговой организацию процесса моторного научения у детей и взрослых, используя метод электроэнцефалографии.

Научная новизна

Предложен оригинальный метод диагностики мелкой моторики руки позволяющий быстро и эффективно оценивать большое количество параметров мелкой моторики руки.

Математический анализ данных быстрой фазы моторного научения позволил выделить три типа стадий: быструю, медленную и стационарную.

По наличию или отсутствию быстрой и медленной стадии, было выделено 4 типа моторного научения: стабильный тип (отсутствие обеих стадий), медленный (наличие только медленной стадии), быстрый (быстрая фаза сменяется стационарной) и комбинированный тип (быстрая стадия сменяется медленной).

Установлено, что индивидуально-типологические особенности (в т.ч. латеральные предпочтения, параметры мелкой моторики руки, уровень нарушения фонематического восприятия) связаны с показателями моторного научения.

Впервые показано, что лица с разными типами моторного научения в быстрой фазе различаются выраженностью функциональных связей между областями неокортекса.

Практическая значимость

Разработанный способ диагностики мелкой моторики руки может быть использован в области психологии, нейропсихологии, профориентации и профотбора, а также в ортопедии (для оценки эффективности восстановления моторных функций верхних конечностей), в неврологии (оценка постинсультных и постинфарктных состояний, эффективности лечения нейродегенеративных расстройств, таких как болезни Паркинсона и Альцгеймера).

Создана онлайн-версия программного обеспечения диагностики мелкой моторики руки, позволяющая проводить тестирование дистанционно.

Установлена взаимосвязь между индивидуально-типологическими особенностями и характером моторного научения. В частности, параметры уровня развития мелкой моторики руки (показатели теста «десятипальцевый хаотичный теппинг») позволяют прогнозировать некоторые особенности моторного научения.

Обработка результатов в экспериментах по моторному научению должна обязательно учитывать индивидуально-типологические особенности испытуемых.

Можно предположить, что величина направленной когерентности, полученная методом электроэнцефалографии, может быть использована для оценки зрелости префронтальной области коры у разных возрастных групп.

Защищаемые положения

В быстрой фазе моторного научения выделено три вида стадий, по наличию или отсутствию которых можно описать четыре типа моторного научения.

Индивидуально-типологические особенности испытуемых, в частности уровень развития мелкой моторики руки, способность к усвоению заданного ритма и уровень нарушения фонематического восприятия могут отражать некоторые особенности моторного научения.

Характер поведения классической и направленной когерентности в быстрой фазе позволяет выявить различия мозговой активности в группах с разным типом моторного научения и их особенности в младшем школьном возрасте.

Апробация работы.

Основные результаты работы были доложены на следующих международных и всероссийских конференциях и конференциях-конкурсах: Ежегодная Международная Молодёжная конференция ИБХФ РАН - ВУЗы «Биохимическая физика», 2005, 2006, 2007, 2008; Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов» - 2007, 2008, 2009; Ежегодная Научная Конференция МФТИ (гу) - 2005, 2006, 2007, 2008; Международная научно-практическая конференция «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» - 2006; Международная научная конференция студентов и молодых учёных «Актуальные вопросы спортивной медицины, лечебной физической культуры, физиотерапии и курортологии» - 2005; Вторая российская конференция по когнитивной науке - 2006; Всероссийская научно-практическая конференция «Функциональное состояние и здоровье человека» - 2006; Международная крымская конференция «Космос и биосфера» - 2007, 2009; Международный Междисциплинарный Конгресс «Нейронаука для Медицины и Психологии» - 2007, 2009; V Международный конгресс «Слабые и сверхслабые поля в биологии и медицине», Санкт-Петербург - 2009.

Публикации: по материалам диссертации получен патент РФ № 2314743 (приоритет от 11.04.2006), опубликовано 5 статей, из них одна - в журнале, рекомендованном ВАК, и 22 тезиса.

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, выводов, списка литературы (116 наименований, в том числе опубликованных в зарубежных изданиях - 83), 35 рисунков и 9 таблиц. Общий объём работы - 121 страница.

2. Основное содержание работы

В главе «Обзор литературы» содержится анализ научных работ по теме диссертации.

Анализ многочисленных источников (Rhodes B.J. et al, 2004; Nissen M. J., 1987; Karni A. et al, 1998; Katsuyuki S. et al, 1998, 2004; Andres F.G. et al, 1999; Иоффе М.Е., 2003; Шеперд Г., 1987;) показывает, что на настоящий момент хорошо известно, какие структуры головного мозга задействованы в различных аспектах моторного научения: имплицитном и эксплицитном научении, его быстрой и медленной фазах (Karni A. et al, 1998, Floyer-Lee A. et al, 2005), формировании ритмической структуры последовательности интервалов между движениями и собственно последовательностях движений (O'Reilly J.X. et al, 2008).

На основе анализа литературных данных можно сделать следующие выводы:

1. Большинство имеющихся на сегодняшний день экспериментальных данных по вопросам научения касаются взрослых испытуемых и практически отсутствуют работы, отражающие моторное научение детей;

2. Практически отсутствуют исследования, показывающие возможную взаимосвязь моторного научения с индивидуально-типологическими особенностями испытуемых.

3. Отсутствуют критерии описания быстрой фазы моторного научения.

В главе «Материалы и методы» описаны использованные в работе методы. Для оценки индивидуально-типологических особенностей использовались результаты комплексной диагностики, включающей психофизиологические показатели, зарегистрированные с помощью автоматизированного рабочего места (АРМ) психофизиолога (простая слухо- и зрительно-моторная реакция, скорость зрительного различения и острота зрения при ближнем видении, устойчивость произвольного внимания и показатели смысловой памяти), оценку нейропсихологического статуса и уровень развития речевого процесса, а также разработанный автором способ диагностики уровня развития мелкой моторики руки (ММР), валидизация и ретестовая надёжность которого проведена и оценена в рамках настоящей работы. Характеристики воспроизведения заданного аудиального (звукового) ритма регистрировались с помощью метода «метроном». Исследование моторного научения проводилось в рамках эксперимента, состоящего из 4 субтестов: простая зрительно-моторная реакция, зрительно-моторная реакция выбора, реакция серийного выбора и воспроизведения заданных последовательностей. Вышеописанный эксперимент по моторному научению проводился в двух вариантах: без и с регистрацией электроэнцефалограммы.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В главе «Результаты и их обсуждение» сопоставлены данные комплексной диагностики с показателями мелкой моторики руки более 300 детей разных возрастных групп.

Мелкая моторика руки: возможности диагностики, возрастные нормы и валидизация метода

Установлена высокая диагностическая достоверность предлагаемого метода диагностики мелкой моторики руки (валидность). При сопоставлении результатов, полученных с помощью предложенного метода, и результатов, полученных при проведении комплексной диагностики, осуществленной с помощью автоматизированного рабочего места психофизиолога получены достоверные корреляционные связи между следующими показателями:

- работоспособность каждой руки (подвижности кисти), определённую с помощью теппинг-теста на АРМ, с числом нажатий для каждой руки в тесте (для правой руки коэффициент корреляции r = 0,88971±0,009; для левой руки r = 0,783±0,0127);

- количество ригидных зажимов со средним временем длительного удерживания клавиши (r = 0,6907±0,0179);

- нарушение фонематического восприятия (уровень логопедических затруднений (Хорсева Н.И., 2004)), определённых с помощью АРМ, с числом ригидных зажимов (r = 0,794±0,0159);

- латеральных (мануальных) предпочтений, определенных данным методом (доля нажатий, пришедшихся на каждую руку) и в результате комплексной диагностики на АРМ и бланковых методов (r = 0,987±0,0102).

Показано, что предлагаемый способ диагностики мелкой моторики руки имеет высокую ретестовую надежность. Коэффициент константности для показателя «долевая активность» каждого пальца в повторных экспериментах, в том числе при проведении исследований разными экспериментаторами и на разных типах персональных компьютеров, в малом временном промежутке - неделя и более, колеблется в пределах 0,9 ч 0,95, при ежедневном наблюдении в течение 4 месяцев и более в пределах 0,7 ч 0,8.

Известно, что наличие и количество синкинезий и ригидных мышечных зажимов могут служить патологическими знаками «подкоркового» происхождения, указывающими на нарушение развития ребенка и, в первую очередь, его речевой деятельности. Выявление и регистрация синкинезий в настоящее время осуществляется с помощью теста, предусматривает только визуальное наблюдение за его выполнением и может осуществляться только высококвалифицированным специалистом, а диагностирование ригидных зажимов - с помощью рисуночных тестов, но без их количественной оценки.

Поскольку показатель ригидность - отражает функциональное состояние скелетных мышц и характеризует состояние их тонуса и сопротивляемость деформирующим усилиям (ригидные зажимы), определено время максимального удерживания клавиши в нажатом положении при выполнении теста, после которого программно регистрируется наличие ригидного зажима. Установлено, что чем выше параметр «ригидность», тем выше вероятность наличия у ребенка нарушения фонематического восприятия, что было подтверждено при сопоставлении данных компьютерной диагностики мелкой моторики руки (ММР), комплексного обследования с помощью АРМ психофизиолога и теста «метроном».

Синкинезии являются признаком недостаточной дифференцированности движений, когда при выполнении требуемого движения включаются ненужные для него мышцы. Программа позволяет регистрировать синкинезии как практически одновременные нажатия разных клавиш пальцами одной руки. Критерий «одновременности» - временнуй порог - это минимальное время (в миллисекундах) между последовательными нажатиями, превышение которого программно регистрируются синкинезии.

Итак, впервые, с помощью разработанного способа диагностики мелкой моторики руки были количественно охарактеризованы показатели ригидных зажимов и синкинезий и определены возрастные критерии их допустимого наличия для детей разных возрастных групп (табл.1).

Таблица 1. Возрастные нормы значений временных порогов для синкинезий, ригидных зажимов (ригидность) и максимально допустимого числа синкинезий

Возрастной диапазон, лет	Ригидность	Синкинезии
	Порог, мс	Порог,мс	Количество синкинезий по 4-м субтестам
От 4 лет до 4 лет 11 мес	500	25	30
От 5 лет до 5 лет 11 мес	450	20	20
От 6 лет до 6 лет 11 мес	400	15	15
От 7 лет до 7 лет 11 мес	350	10	10
От 8 лет до 8 лет 11 мес	300	7	4
от 9 до 11 лет	250	5	0
от 11 до 14 лет	200	5	0
старше 14 лет	100	5	0

Результаты ежедневного мониторирования мелкой моторики руки показывают высокую стабильность моторного профиля у взрослых (рис. 1), который чётко сохраняет форму и является сугубо индивидуальным. При длительном мониторировании мелкой моторики руки ребенка профиль менее стабилен, что может быть связано с процессами становления моторных навыков у детей.

Подтверждением этого может служить возрастные изменения числа нажатий при выполнении всех четырех субтестов (обеими руками одновременно, каждой рукой отдельно и руки в положении «перекрёст»). В частности, установлено для детей 5 - 10 лет ежегодное увеличение общего числа нажатий в 1,5 - 3 раза при выполнении субтеста обеими руками в нормальном положении и в 1,2-2,3 раза при выполнении субтеста обеими руками в перекрещенном положении. Затем прирост числа нажатий несколько снижается и к 14- 15 годам достигает уровня взрослого человека. При выполнении субтестов каждой рукой отдельно, наблюдалась другая закономерность. Так, в группе дошкольников (5,5 - 6 лет) число нажатий одной рукой (как правило, ведущей рукой) в 40 % случаев превосходило число нажатий обеими руками, у детей 7-7,5 лет (первоклассники) - этот процент был существенно ниже - 17,6% и полностью отсутствовал в группе детей старше 8 лет. Можно предположить, что данная динамика отражает формирование бимануальных навыков: маленькому ребёнку гораздо легче выполнять хаотичный теппинг одной рукой, чем двумя. Кроме того, нередко, при выполнении субтеста обеими руками усиливается визуальный контроль со стороны ребенка (особенно это характерно для детей 5-7 лет) за правильностью выполнения задания, что нередко приводит к снижению числа нажатий.

Таким образом, с помощью разработанного способа удалось выявить и возрастные изменения мелкой моторики руки и количественно их описать: впервые описаны особенности формирования бимануальных навыков, моторного профиля и количественно оценены уровни ригидных зажимов и синкинезий.

Сопоставление результатов комплексной диагностики, включающей нейропсихологическое обследование [Семенович А.В., 2002], с параметрами мелкой моторики руки показало, что доля нажатий отражает мануальные латеральные предпочтения. В частности, если доля левой руки более или равна 0,5, то у испытуемого ведущая рука - левая; если этот показатель больше или равен 0,42, то следует говорить о факторе левшества, если меньше 0,42 - можно уверенно диагностировать правшество.

Моторное научение в быстрой фазе у детей 7-8 лет

Установлено, что у детей стабильность выполнения субтестов в эксперименте по моторному научению связана с их индивидуально-типологическими особенностями и уровнем развития мелкой моторики руки. Так стабильность выполнения теста sRT может быть связана со скоростью восприятия светового сигнала, с дисбалансом восприятия светового стимула между правым и левым глазом (r = 0,418 p= 0,137 и N N - размер выборки, который необходим для того, чтобы величина r была статистически значима при p=0.05 и M=80%, где. M (%) - значение мощности для реальных r и n при нормально распределенных данных.= 44) и с уровнем ригидных зажимов (r=0,4209, p = 0,1330, N =42). Особенности выполнения более сложного субтеста cRT связана с показателем переключений (тест ММР) и с латеральными предпочтениями испытуемых. Анализ скорости воспроизведения отдельных нажатий при выполнении данного субтеста позволил впервые описать эффект прямых и обратных переключений и их связь с латеральными предпочтениями. Прямые переключения были обозначены как переключения между пальцами одной руки в направлении от большого к мизинцу, например, большой-средний, указательный-безымянный и т.п. Обратные переключения - от мизинца к большому пальцу, например - мизинец-безымянный, безымянный-средний, безымянный-указательный и т.п. Показано, что соотношение числа прямых и обратных переключений характерно для людей с разными латеральными предпочтениями. В частности, лица, «предпочитающие» обратные переключения прямым, практически все с фактором левшества, переученные левши или левши Латеральные предпочтения были установлены в ходе комплексного обследования детей.. Среди лиц, «предпочитающих» прямые переключения, процент людей с фактором левшества невелик (не более 15- 20 %).

Результаты такого анализа приведены в таблице 2.

Выявлено, что успешность воспроизведения заданных последовательностей в субтесте SQR зависит от уровня развития когнитивных процессов ребёнка, в частности, показателей устойчивости произвольного внимания (число правильно воспроизведённых последовательностей с числом просмотренных знаков в тесте «корректурная проба» r = 0,5963, p= 0, 0124) и смысловой памяти (количество ошибок при выполнении субтеста находится в обратной зависимости от показателя точности при выполнении теста «смысловая память» - r= - 0,746 и р=0,0022).

Таблица 2. Статистический анализ (коэффициент корреляции и достоверность) сопоставления скорости переключения и числа переключений при выполнении теста реакции выбора (cRT) детьми.

	переключения
	1 -2	1 - 3	2 - 3	2 -1	3 - 1	3 - 2
Группа 1 n=6	r= 0.079 р= 0,8824	r = -0.889 р=0,0183	r = -0.555 р=0,2596 N2= 23	r = 0.24 р=0,6353	r = -0.01 р=0,9825	r = 0.02 р=0,9712
Группа 2 n=8	r= -0.287 р=0,4909	r = 0.295 р=0,4784	r = 0.356 р=0,3863	r = -0.438 р=0,2752 N= 38	r = -0.404 р=0,3251 N= 46	r = 0.206 р=0,6224

Установлено, что дети и взрослые значимо различались по времени реакции на стимул во всех четырёх субтестах (sRT - простая зрительно-моторная реакция, cRT - реакция выбора, SRT - серийный выбор, SQR - воспроизведение последовательности стимулов). Средние времена реакции приведены на рисунке 2.

Видно, что для взрослых характерно сокращение времени выполнения теста SRT, что соответствует имплицитному научению и полностью сопоставимо с литературным данным (Nissen M.J., 1987). У детей этот эффект не выражен и может быть связан с менее стабильным выполнением теста по сравнению с взрослыми. Установлено, что в первых трёх субтестах (sRT, cRT, SRT) ошибки при выполнении заданий были связаны с «ложными нажатиями» (опережение стимула или полным его пропуском), которые чаще встречались у детей. При выполнении субтеста (SQR) испытуемому предъявлялись последовательности 1-3-1-2 и 1-3-2-2 в произвольном порядке. Цифры 1, 2 и 3 кодируют нажатия указательным, средним и безымянным пальцами правой руки на соответствующий стимул дети демонстрировали более медленное воспроизведение последовательностей, чем взрослые. Особый интерес представляет анализ ошибок, которые были сделаны детьми и взрослыми при выполнении данного субтеста (таблица 3).

Обращает на себя внимание большое число ошибок, характеризуемое как «замены», т.е. вместо предъявленной последовательности 1312 выполнялась 1322. Частота таких ошибок была выше в группе детей и, как правило, такого рода ошибки встречались у детей, которые предпочитали обратные переключения в хаотичном десятипальцевом тесте, т.е. дети с фактором левшества. Другой тип ошибок был назван «зависанием»,

Таблица 3. Типы ошибок и частота их встречаемости при выполнении теста воспроизведения последовательностей в группе детей и взрослых

Типы ошибок при воспроизведении заданных последовательностей	группы
	дети	взрослые
пропуск	первого сигнала	0,83	0,97
	воспроизведения последовательности полностью	1,92	0,81
замена выполнения одной последовательности на другую	1-3-1-2 на 1-3-2-2	5,11	1,13
	1-3-2-2 на 1-3-1-2	0,81	0
перестановки	1-3-2-1 вместо 1-3-1-2	0,58	0,24
	полные 2-1-3-1 и пр	0,5	0,66
упрощение:	1-3-1 вместо 1-3-1-2 или 1-3-2 вместо 1-3-2-2	2,75	0,089
«зависание»	вместо предъявленной последовательности воспроизведено 1222 и т.п.	5,8	8,32

т.е. при выполнении последовательности последующие пальцы нажимали на клавиши до того, как отпускали предыдущие, и одновременно нажатыми оказывались две и более клавиши. Интересно отметить, что в группе детей такие ошибки встречаются реже, чем у взрослых (5,8 и 8,32 соответственно). Вероятно, у взрослых такие ошибки могут быть объяснены высоким темпом выполнения последовательностей (при этом скорость мысленного воспроизведения выше, чем моторного) и с неодинаковым вовлечением в работу систем, отвечающих за сгибание и разгибание пальцев, что соответствует данным Kelso J.A.S. et al.(2003). У детей этот тип ошибок может быть связан с трудностями воспроизведения самой последовательности 1312 (наибольшее число ошибок приходится при воспроизведении именно данной последовательности) и с показателями устойчивости произвольного внимания (количество замен - с числом неверно вычеркнутых знаков r = 0,5659, p= 0,0349, количество перестановок - с точностью выполнения теста «корректурная проба» - r = -0,579, p= 0,03).

При воспроизведении заданных последовательностей (субтест SQR) у части испытуемых наблюдалось сокращение времени реакции. Поэтому для описания данного явления использовалась линейная регрессия вида Y = Y₀ + A * X, где Y - время реакции, мс, X - номер пробы от начала эксперимента, А - наклон аппроксимирующей прямой (линии регрессии), мс на пробу, Y₀ - гипотетическое пересечение линии регрессии с вертикальной осью при X = 0. Для оценки значимости линейного приближения вычислялся уровень значимости p, коэффициент детерминации R² и F - критерий Фишера.

Результатом такого описания стало выделение трёх возможных стадий моторного научения в быстрой фазе: стационарной, когда линейная аппроксимация данных не выдаёт значимого тренда; медленной - наличие значимого тренда с небольшим значением наклона (3-10 мс на предъявление) на протяжении всего эксперимента (или значительной его части); и быстрой стадии - наличие значимого тренда со значительной величиной наклона (30-80 мс на предъявление) на небольшом (7-20 предъявлений) участке данных в самом начале эксперимента.

По наличию этих трёх стадий были выделены четыре типа научения:

1. Стационарный тип (обозначается N - negative) - есть только стационарная стадия;

2. Быстрый тип (F - fast) - быстрая стадия сменяется стационарной;

3. Медленный тип (S - slow) - медленная стадия наблюдается на протяжении всего эксперимента;

4. Комбинированный тип (F+S) - быстрая стадия сменяется медленной.

Примеры графиков для четырёх различных типов приведены на рисунке 3.

Несмотря на то, что группы детей и взрослых значимо различались по поведенческим характеристикам (латентным временам реакции, количеству ошибок и т.п.), их распределение по представительству различных типов научения оказалось примерно одинаковым (таблица 4). Не исключено, что данный факт указывает на общность механизмов моторного научения у детей 7-8 лет и взрослых при выполнении сравнительно простых моторных задач.

Таблица 4. Распределение испытуемых разных групп по типам научения.

Тип научения	Дети (всего)	Взрослые (всего)
Стационарный	12 (34,3%)	13 (32,5%)
Быстрый	9 (25,7%)	12 (30%)
Медленный	8 (22,9%)	10 (25%)
Комбинированный	6 (17,1%)	5 (12,5%)

Анализ скорости воспроизведения заданных последовательностей (1312 и 1322) в тесте SQR показал, что у детей среднее время воспроизведения последовательности 1312 составляло 1013,4 ± 143,5 мс, и было достоверно выше 1322 - 871,2 ± 159,3 мс (t(30) = 8,0969, p < 10^-8). Аналогичное различие выявлено и для группы взрослых: 1312 - 583,5 ± 143,7 мс, а 1322 - 474,3 ± 107,8 мс (t(36) = 8,2043; p < 10^-9). Таким образом, и у детей и у взрослых воспроизведение последовательности 1312 требует больше времени, чем для 1322. Примеры изменения скорости воспроизведения заданных последовательностей детьми и взрослыми с одинаковым типом моторного научения приведены на рисунке 4.



Однако установлено, что значимость тренда не связана со сложностью выполняемой последовательности: примерно у половины испытуемых в обеих группах значимость тренда выявлена для 1312, а у остальных - для 1322.

Анализ скорости выполнения переключений (1-3 и 3-1) при воспроизведении последовательности 1312 показал различия в группе детей и взрослых (рис.5). Видно, что скорость выполнения переключения 1-3 и 3-1 в группе взрослых практически одинакова, а для детей эти показатели могут отличаться более чем на 60%; и в целом скорость выполнения переключений 1-3 и 3-1 достоверно различаются для группы детей и взрослых (p < 10^-3). Можно предположить, что разница в скорости выполнения переключений у детей может быть связана как с их латеральными предпочтениями, так и с эффектом, описанным в работе Verwey W.B. (2003), который указал на то, что при воспроизведении длинной последовательности испытуемый делит её на короткие подпоследовательности (например, последовательность 131232 разбивается на 131 и 232). Поскольку скорость переключений 1-3 и 3-1 у детей может значительно различаться, не исключено, что дети чаще «делят» длинную для них последовательность 1-3-1-2 на отдельные подпоследовательности, например, на 13 и 12.

Ранее было показано, что усвоение сложной моторной последовательности сопровождается также возникновением характерного ритмического паттерна (Katsuyuki S. et al, 2004). В наших экспериментах были выявлены возможные взаимосвязи между уровнем нарушения фонематического восприятия, успешностью воспроизведения заданного звукового ритма и типом моторного научения. Предварительные результаты позволили предположить следующее. Дети с низким уровнем нарушения фонематического восприятия наиболее стабильно воспроизводят заданный звуковой ритм и, как правило, демонстрируют стабильный тип моторного научения. Дети со средним уровнем фонематического восприятия могут демонстрировать довольно широкое разнообразие типов моторного научения, а дети со значительным уровнем нарушения фонематического восприятия, как правило, испытывают существенные затруднения при воспроизведении заданных последовательностей и делают значительное число ошибок.

Таким образом, можно предположить, что индивидуально-типологические особенности, в том числе показатели уровня развития мелкой моторики руки (в частности, уровень ригидных зажимов, латеральные предпочтения и предпочтения в переключениях), могут быть связаны с особенностями моторного научения в быстрой фазе.

Сравнение данных электроэнцефалограмм (ЭЭГ) в группе детей и взрослых показало, что они отличаются по характеру когерентности (таблица 5).

Таблица 5. Основные различия взрослых и детей в характере поведения классической и направленной когерентности ЭЭГ в эксперименте SQR.

Наблюдаемое явление	взрослые	дети
Классическая когерентность
Снижение в ростральной коре	выраженное	выраженное
Снижение в каудальных отделах	выявлено в альфа- и гамма-диапазоне	выявлено только в альфа-диапазоне
Между затылочноми и теменными отделами, а также между центральными отделами, в тета- и альфа-диапазонах	возрастает	значимых изменений не выявлено
Направленная когерентность
Латеральная асимметрия в снижении направленной когерентности	наблюдается преимущественно в левом полушарии	отсутствует

Группы испытуемых с различным типом научения значимо не отличались в характере поведения классической когерентности; однако они существенно различались силой влияния саггитальной фронтальной коры (которой соответствует отведение Fz) на все прочие области (рис.6). Известно, что фронтальная саггитальная кора включает в себя премоторную кору, дополнительную моторную область, предополнительную моторную область и некоторые другие, играющие, согласно литературным данным, важную роль в моторном научении и, в частности, организации серийных движений. Установлено, что более выраженная направленная когерентность зарегистрирована при медленном и комбинированном типах научения.

Выводы

1. Разработан метод оценки уровня развития мелкой моторики руки (патент РФ № 2314743; приоритет от 11.04.2006) и авторское программное обеспечение, позволяющие количественно оценивать более 20 параметров.

2. Уровень развития мелкой моторики руки связан с индивидуально-типологическими особенностями (психофизиологическими параметрами, нейропсихологическим статусом и уровнем развития речевого процесса).

3. Впервые в быстрой фазе моторного научения выявлено три типа стадий: быстрая, медленная и стационарная. По наличию или отсутствию быстрой и медленной стадии описано 4 типа моторного научения: стационарный, быстрый (наличие быстрой стадии), медленный (наличие медленной) и комбинированный (наличие и быстрой, и медленной стадий).

4. Впервые установлено, что характер моторного научения связан с индивидуально-типологическими особенностями и позволяет прогнозировать характер моторного научения. Таким образом, индивидуально-типологические особенности должны обязательно учитываться при проведении экспериментов по моторному научению, особенно у детей.

5. Характер когерентности ЭЭГ отличается в группах с разным типом моторного научения и имеет особенности у детей младшего школьного возраста.

Список публикаций по теме работы

1. Зенченко Т.А., Цандеков П.А., Григорьев П.Е., Мёрзлый А.М., Зенченко К.И., Хорсева Н.И., Григал П.П. Исследование характера связей физиологических и психофизиологических показателей организма с метеорологическими и геомагнитными факторами. // Геофизические процессы и биосфера, 2008, т.7 №3, С. 25-36.

2. Григал П.П., Хорсева Н.И. Десятипальцевый хаотичный теппинг: возрастные особенности мелкой моторики руки. // Труды Московского физико-технического института (государственного университета). 2009, Т. 1 №1, С. 46-52.

3. Курганский А.В., Григал П.П. Выполнение серии движений, задаваемой последовательностью сенсорных сигналов. Индивидуальные различия в характере начальной стадии серийного научения. // Журнал Высшей Нервной Деятельности, 2009, том 59, № 5, с. 540-552.

4. Григал П.П., Хорсева Н.И. Возможные области применения компьютерной диагностики мелкой моторики руки. // Человек - природа - общество: теория и практика безопасности жизнедеятельности, экологии и валеологии. Выпуск 2. Симферополь, 2009, стр. 99-104.

5. Зенченко Т.А., Цандеков П.А., Григорьев П.Е., Зенченко К.И., Мёрзлый А.М., Хорсева Н.И., Григал П.П. Мониторинг физиологических и психофизиологических показателей человека для определения степени индивидуальной чувствительности к метеорологическим и геомагнитным фактора. // Человек - природа - общество: теория и практика безопасности жизнедеятельности, экологии и валеологии. Выпуск 2. Симферополь, 2009, стр. 22-26.

6. Григал П.П., Хорсева Н.И. Способ диагностики мелкой моторики руки. Патент РФ № 2314743 (приоритет от 11.04.2006).

7. Григал П.П., Хорсева Н.И. Метод компьютерной диагностики мелкой моторики руки. // Труды XLVIII Научной Конференции МФТИ(гу) «Современные проблемы Фундаментальных и прикладных наук». Москва - Долгопрудный 2005, ч. IV, c. 12-14.

8. Григал П.П., Хорсева Н.И., Кутковая Ю.В. Особенности мелкой моторики руки у детей с фактором левшества. // Тезисы V Ежегодной Международной Молодёжной конференции ИБХФ РАН - ВУЗы «Биохимическая физика». М.- 2005. - С. 112-113.

9. Григал П.П. Применение метода компьютерной диагностики мелкой моторики руки для оценки латеральных предпочтений и синкинезий. // Специальный выпуск журнала Российской Ассоциации по спортивной медицине и реабилитации больных и инвалидов. №2 (19) 2006 (Материалы пятой международной научной конференции студентов и молодых учёных «Актуальные вопросы спортивной медицины, лечебной физической культуры, физиотерапии и курортологии»), с. 13.

10. Григал П.П., Хорсева Н.И. Компьютерная диагностика мелкой моторики руки. // Тез. II Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». Санкт-Петербург 2006, т.5, стр. 149-151.

11. Григал П.П., Хорсева Н.И. Профили мелкой моторики рук при выполнении тестов «устный счёт» и «механическая память». // Тез. Второй российской конференции по когнитивной науке, Санкт-Петербург, 2006. т.1, стр. 249-251.

12. Григал П.П., Хорсева Н.И. Компьютерная диагностика мелкой моторики руки в мониторировании здоровья детей старшего дошкольного и школьного возраста. // Тез. Всероссийской научно-практической конференции «Функциональное состояние и здоровье человека». Ростов-на-Дону, 2006, с. 85-87.

13. Григал П.П., Зубков Д.А., Хорсева Н.И. Эффект моторных переносов. // Труды шестой ежегодной молодёжной конференции ИБХФ РАН - ВУЗы «Биохимическая физика», М.- 2006, С. 40-46.

14. Григал П.П. Десятипальцевый хаотичный тэппинг и речевые нарушения. // Материалы XIV Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов», М.- 2007, Т. 1., С. 144.

15. Григал П.П., Хорсева Н.И. Генерация ритмов при хаотичном десятипальцевом тэппинге. // Нейронаука для медицины и психологии. Труды 3-й Международного междисциплинарного конгресса. Судак, Крым, Украина, М.: МАКС Пресс, 2007. Стр. 86-87.

16. Хорсева Н.И., Зенченко Т.А., Григал П.П. Предварительные результаты оценки чувствительности психофизиологических показателей к геомагнитной активности. // Тезисы докладов VII Международной крымской конференции «Космос и биосфера», 1-6 октября, 2007, Судак, Украина. - Киев, 2007, С. 81.

17. Григал П.П., Хорсева Н.И. Созревание мелкой моторики руки. Наследование паттернов. // Труды 50-й научной конференции МФТИ "Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук": Часть IV. Молекулярная и биологическая физика. - М.: МФТИ, 2007. с. 4-6.

18. Григал П.П., Хорсева Н.И. Возможное наследование психомоторных паттернов. // Материалы VII Ежегодной Международная Молодёжной Конференции ИБХФ РАН - ВУЗы «Биохимическая Физика». М.- 2007, С. 77-78.

19. Григал П.П. Десятипальцевый хаотичный теппипг и речевые нарушения. // Тез. Международной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных Ломоносов-2007, М: 2007, С. 143-144.

20. Григал П.П. Созревание мелкой моторики руки. // Тез. Международной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных Ломоносов-2008, М.- 2008, С. 163-164.

21. Григал П.П., Курганский А.В. Выполнение серийных движений, задаваемых последовательностью сенсорных сигналов. Индивидуальные различия в характере начальной стадии серийного научения. // Третья Международная конференция по когнитивной науке. Тезисы докладов. Москва, 20-25 июня 2008 г. Стр. 242.

22. Григал П.П., Хорсева Н.И. Влияние визуального контроля на время принятия решения при выполнении задач у младших школьников. // Труды восьмой ежегодной молодёжной конференции ИБХФ РАН - ВУЗы «Биохимическая физика». Москва, 11-13 ноября 2008 г. - стр. 71-72.

23. Григал П.П., Хорсева Н.И. Нейропсихологические аспекты применения десятипальцевого хаотичного теппинг-теста. Нейронаука для психологии и медицины. // Материалы 5-й Международного Междисциплинарного конгресса. Судак, Крым, Украина, - М.: МАКС Пресс, 2009, с. 86-87.

24. Хорсева Н.И., Григал П.П., Горбунова Н.В. Мониторинг психофизиологических показателей детей - пользователей мобильной связью. // V Международный конгресс «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине». Санкт-Петербург, 29 июня- 3 июля 2009. Тезисы. Стр. 180.

25. Григал П.П., Хорсева Н.И. Десятипальцевый хаотичный теппинг как метод диагностики мелкой моторики руки с возможностями онлайн-тестирования. // V Международный конгресс «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине». 29 июня -03 июля 2009. Тезисы. Стр. 218.

26. Григал П.П., Дмитрик О.В. Воспроизведение ритма детьми 6-8 лет. // Материалы международной конференции «Физиология развития человека», секция 1, секция 2, Москва, 22-24 июня 2009 г. -- М.: Вердана, 2009, с. 37-38.

27. Курганский А.В., Григал П.П. Кортико-кортикальные функциональные связи в ходе серийного научения у взрослых испытуемых и детей 7-8 лет. // Материалы международной конференции «Физиология развития человека», секция 1, секция 2, Москва, 22-24 июня 2009 г. -- М.: Вердана, 2009, С. 67-68.

28. Зенченко Т.А., Хорсева Н.И., Горбунова Н.В., Григал П.П. Метод длительного психофизиологического мониторинга как средство оценки степени чувствительности организма к действию комплекса факторов космической и обычной погоды. // Тезисы VIII Международной крымской конференции "Космос и биосфера", Судак, Крым, Украина, 28 сентября - 3 октября 2009 года. - с. 262-263.

Размещено на Allbest.ru

...