Регуляция функционального состояния относится к базисным механизмам интегративной деятельности мозга и существенно определяет результаты когнитивной деятельности человека [6]. Особенности функционального состояния мозга оказывают существенное дифференцированное влияние на реализацию школьно-значимых когнитивных функций. Диффузные негрубые нарушения в различных сферах познавательной деятельности при нормальных либо субнормальных показателях интеллектуального развития наиболее часто определяют трудности в обучении у детей младшего школьного возраста.
Младший школьный возраст является наиболее чувствительным к несоответствию средовых воздействий и функциональных возможностей организма. Процесс адаптации детей к условиям образовательной среды сопровождается изменением функционального состояния физиологических систем организма, напряжением регуляторных механизмов [3]. В условиях значительной интенсификации учебного процесса, использования новых форм и технологий обучения, задача исследования психофизиологического статуса и функциональных резервов организма ребенка становится особенно актуальной.
Одним из психофизиологических маркеров готовности ребенка к систематическому обучению являются показатели умственной и физической работоспособности. Работоспособность зависит от множества факторов, как внутренних, так и внешних. Она напрямую связана с состоянием здоровья и функциональной зрелостью организма. Дети младшего школьного возраста гораздо менее работоспособны, чем старшеклассники и взрослые. Любое функциональное неблагополучие, стресс и хроническое переутомление крайне негативно сказывается на их работоспособности. По этой причине измерение и оценка разнообразных показателей работоспособности – важный прием в возрастной физиологии и школьной гигиене [2].
Рассматривая работоспособность как функциональную систему, можно выделить две взаимосвязанные подсистемы: функционального напряжения и восстановительных процессов. Пусковым механизмом подсистемы функционального напряжения организма является мотивационное побуждение к выполнению работы разной степени сложности. К.В.Судаков и Ю.В.Урываев [8] считают, что мотивация приводит к активации мозговых структур, позволяющих извлекать из памяти знания и опыт, получаемые по принципу динамического стереотипа, в процессе учебы и собственной деятельности.
Свойственный умственной работоспособности принцип саморегуляции осуществляется благодаря постоянному получению информации о конечном результате через поток обратной афферентации. Подсистема восстановительных процессов характеризуется избирательной мобилизацией нервных элементов различных уровней ЦНС. При этом их стимулирующее влияние избирательно вовлекает непосредственно корковые и подкорковые центры с последующими проявлениями вегетативных и гуморальных реакций.
Основой саморегулирующейся нейрогуморальной системы являются вегетативные структуры, которые выполняют интегративную роль в регуляции постоянства внутренней среды организма и адаптации его к меняющимся условиям существования [5]. Динамика вегетативных показателей опережает появление энергетических, метаболических и гемодинамических нарушений, что позволяет использовать эти показатели в качестве индикаторов чрезмерной нагрузки [4]. Количественно охарактеризовать активность различных отделов вегетативной нервной системы в процессе адаптации позволяет анализ вариабельности сердечного ритма, как метод оценки функции разброса длительностей кардиоинтервалов [1].
Активность определенных звеньев регуляторного механизма находит отражение в соотношении частотных компонентов сердечного ритма. Методом спектрального анализа можно выделить из сложного колебания составляющие его исходные, более простые колебания, находящиеся под влиянием различных частотных генераторов [10]. Частотный анализ раскрывает уникальные диагностические возможности исследования сердечного ритма как метода неинвазивного измерения деятельности механизмов мозга, регулирующих вегетативные и эндокринные функции [6]. Сердечная деятельность четко отражает изменения функционального состояния коры головного мозга, если учитывать весь комплекс динамических характеристик биоэлектрической активности миокарда [9].
Целью настоящего исследования явилось изучение спектральных характеристик сердечного ритма в процессе когнитивной деятельности детей младшего школьного возраста. Проведено обследование 67 учащихся общеобразовательной школы в двух возрастных группах: 1-я группа 8 – 9 лет (n = 28), 2-я группа 10 – 11 лет (n = 39). В качестве функциональной нагрузочной пробы использовалась корректурная методика Э.Ландольта, представляющая собой невербальный тест достижений. Суть задания состояла в дифференциации стимулов, близких по форме и содержанию, в течение 10 минут.
Для характеристики вегетативного обеспечения функционального состояния организма проводился анализ напряжения регуляторных систем по индексу напряжения (ИН), спектральным параметрам ВСР в трех частотных диапазонах: высокочастотном (PHF,мс2), низкочастотном (PLF,мс2), сверхнизкочастотном (PVLF,мс2) и суммарной мощности спектра ВСР (TF, мс2), отражающей общий уровень активности регуляторных систем.
Исследование ВСР проводилось с использованием кардиоритмографического комплекса «ORTO Science», в комплект которого входит дистанционный кардиодатчик Heart Sense. Запись производилась в фоновых условиях (после предварительного отдыха, сидя, в течение 5 минут), во время проведения корректурной пробы и в период восстановления
При анализе групповой реакции сердечного ритма на умственную деятельность выявлено, что значения индекса напряжения во время проведения корректурной пробы были достоверно высокими в обеих группах по сравнению с параметрами ИН в покое и в период восстановления, что отражает активность центральных механизмов регуляции. Суммарная мощность спектра и абсолютная мощность всех составляющих спектра ВСР в период выполнения пробы достоверно снижались, а в период восстановления вновь повышались у всех детей. Так, в 1-й возрастной группе показатель TF (мс2) уменьшался от 3976,36±559,11 в покое до 2403,11±219,07 в процессе выполнения пробы (p<0,01), с последующим увеличением в периоде восстановления до 4302,85±558,31 (р<0,01).
Наблюдаемое падение абсолютной мощности спектральных показателей сердечного ритма при умственной нагрузке может свидетельствовать об уменьшении центральных влияний на работу сердца в стрессорных условиях, что имеет определенный биологический смысл. С биологических позиций полученные данные можно интерпретировать следующим образом. В условиях выраженной функциональной нагрузки или при стрессе все системы организма подчинены достижению цели, и требования, предъявляемые к работе сердца, упрощаются: оно должно развить лишь максимальную производительность. При этом влияние симпатической нервной системы приводит к выравниванию ритма сердца, что находит отражение в увеличении индекса напряжения. По мнению А.Д.Ноздрачева (2001) [7] в подобных ситуациях роль высших центров, генерирующих VLF и LF-волны, сводится не к усилению эрготропных влияний, как это предполагают некоторые исследователи, а, наоборот, направлена на создание более экономичного режима работы сердца, что соответствует задачам и возможностям парасимпатической нервной системы.
В течение всех исследуемых периодов анализируемые спектральные показатели были достоверно ниже у школьников первой возрастной группы, по сравнению со школьниками второй группы, а ИН, соответственно, выше. Высокие значения ИН у детей 8–9 лет, особенно в период выполнения корректурной пробы, свидетельствуют о большей степени напряжения регуляторных систем у детей этого возраста в ответ на умственную нагрузку, по сравнению с детьми 10–11 лет.
При анализе индивидуальной динамики спектральных показателей и индекса напряжения были выявлены два основных варианта реакций сердечного ритма с противоположными изменениями его параметров. Один тип реакции характеризовался падением индекса напряжения и усилением мощности двух или трех составляющих спектра во время когнитивной деятельности, второй - ростом ИН и редукцией спектральных составляющих сердечного ритма. В процентном отношении выявленные типы реакций составили в исследуемой группе 14 % и 73% соответственно. Изменения спектральных характеристик и индекса напряжения у 27% обследованных детей имели индивидуальный характер и не соответствовали какому-либо из рассмотренных типов. Сходная динамика показателей сердечного ритма выявлена при исследовании когнитивной деятельности взрослых [6].
Динамика спектральных показателей вариабельности сердечного ритма на дозированную умственную нагрузку может быть использована для оценки регуляции умственной деятельности младших школьников. Полученные данные об индивидуальных особенностях управления ритмом сердца у младших школьников при выполнении невербального теста достижений Ландольта, имеют важное значение для определения адекватной учебной нагрузки.