Психофизиологическое состояние студентов и его вегетативное обеспечение в процессе учебной деятельности на протяжении года является важнейшим показателем адаптационных процессов учащихся в высшей школе [3, 5, 11]. Согласно представлениям о системной организации физиологических функций, разработанным академиком П.К. Анохиным, целенаправленная деятельность человека осуществляется при постоянной связи психических и физиологических функций организма [1]. Психическая и двигательная активность – суть внутреннее содержание и внешнее проявление поведения человека [10]. Реакцией психических функций в процессе занятия является результативность выполнения учащимися учебного тестового задания. Вместе с тем в обеспечении поведения активно участвует вегетативная нервная система, регулируя работу внутренних органов и метаболизм тканей. В настоящее время одна из вегетативных функций, а именно кровообращение, рассматривается в качестве обобщенного показателя состояния и деятельности аппаратов управления организма в целом [4].
Целью исследования было изучение динамики некоторых психофизиологических, сердечно-сосудистых и поведенческих показателей в процессе выполнения студентами учебного компьютерного задания.
Материалы и методы исследования
Обследовано 32 студента-медика: 16 юношей и 16 девушек в возрасте 19–22 лет. Для решения задач исследовались:
1. Психофизиологические показатели – определение право-левополушарного доминирования по тесту «художник-мыслитель», определение психологической установки по Айзенку, определение личностной и ситуационной тревожности по Спилбергеру, выполнение сенсомоторных задач. Сенсомоторными задачами являлись, во-первых, простая сенсомоторная реакция, во-вторых, реакция на двигающийся объект.
2. Гемодинамические показатели: частоты сердечных сокращений (ЧСС, уд/мин), систолического артериального давления (СД, мм рт.ст.), диастолического давления (ДД, мм рт.ст.), среднего динамического давления (СДД, мм рт.ст.), пульсового давления (ПД, мм рт.ст.), ударного объема (УО, мл), минутного объема кровотока (МОК, мл/мин), периферического сопротивления сосудов (ПСС, (дин·с)·см–5). Определения проводились до и сразу после выполнения задания.
3. Интегральные показатели ритма сердца в процессе регистрации кардиоинтервалограммы в течение пяти минут до и сразу после решения тестового задания. Анализ сердечного ритма проводился путем оценки его статистической структуры – построение вариационных кривых и скатерграмм, показывающих значение дисперсии кардиоинтервалов («кучности»), определение среднеквадратичного отклонения (SDNN, мс) и различие между длительностью соседних кардиоинтервалов (RMSSD, мс), коэффициента вариации (CV, %), числа кардиоинтервалов, различающихся более чем на 50 мс (pNN50, %), и амплитуды моды (АМо50, %). Оценка периодических компонентов кардиоинтервалов производилась в трех диапазонах: высокочастотные колебания 0,5–0,15 Гц (HF, %), низкочастотные колебания 0,15–0,05 Гц (LF, %), сверхнизкочастотные колебания 0,05–0,015 Гц (VLF, %). В работе рассчитывались индекс централизации IC = HF + LF/VLF, а также стресс-индекс напряжения (SI, у.е.). Заключения по анализу кардиоинтервалограмм составлялись в соответствии с методикой для лиц, возраст которых был не менее 16 лет. В работе использовался аппаратно-программный комплекс «Варикард».
Перед выполнением задания студентам давалась инструкция по решению тестов. Само учебное задание состояло из последовательного решения 30 тестовых компьютерных вопросов разной степени сложности по курсу нормальной физиологии, представленных в трех вариантах построения. Каждый вопрос имел один или несколько правильных ответов. Время решения вопросов тестов не ограничивалось. После выполнения задания на экране монитора появлялся процент правильных ответов и общая оценка результата – «задание выполнено» или «задание не выполнено». Задание считалось выполненным, если количество всех правильных ответов равнялось 50 % и более. Обработка материала проводилась пакетом программ «Statistica 6». В работе использовались: критерии Стьюдента, Манна – Уитни, Уилкоксона, метод ранговой корреляции по Спирмену. Поскольку правильность выполнения тестового задания оценивалась преподавателями, как правило, по произвольной шкале, то в настоящей работе строился рейтинг успеваемости всех испытуемых студентов. Перед началом проведения работ испытуемые давали информированное согласие на участие в этом исследовании.
Результаты исследований и их обсуждение
В настоящем исследовании рейтинг эффективности выполнения студентами учебного задания имел диапазон от 19,3 до 65 %. Верхнюю половину шкалы рейтинга занимали 16 студентов со средней эффективностью 53,34 %, а нижнюю – 16 студентов со средней эффективностью 33,76 %.
Сравнение психофизиологических показателей испытуемых, выполнивших тестовое задание с различной эффективностью, выявило следующие особенности. Лица из нижней половины рейтинга проявляли простую сенсомоторную реакцию быстрее, чем из верхней половины (среднее время 261,31 ± 15,59 и 276,95 ± 19,46 мс соответственно). У них же реакция «точно» на движущийся объект составляла 12,8 % против 4,75 % у лиц из нижней половины рейтинга эффективности. Среднее время выполнения учебного задания для лиц из верхней половины рейтинга составляло 9,35 мин, а из нижней – 10,58 (р > 0,05). При выполнении задания у менее результативных студентов наблюдалось изменение 9 из 17 показателей сердечного ритма и гемодинамики, а у более результативных – 2 из 17.
При проведении корреляционного анализа выявлены функциональные пары, компоненты которых включали в себя различные гемодинамические и психофизические показатели, а также показатели вариабельности сердечного ритма, время и эффективность выполнения учебного задания. Такие пары обозначались как сопряженные. Установлено, что наибольшее число сопряженных пар включало в себя два показателя вариабельности сердечного ритма, затем пары с показателем сердечного ритма и гемодинамическим показателем, далее – пары с психофизическим показателем и показателем состояния сердечно-сосудистой системы и, наконец, пары с двумя гемодинамическими показателями (рис. 1).
В процессе выполнения испытуемыми учебного задания сопряженные пары в большинстве случаев оставались устойчивыми. Наряду с ними, у испытуемых наблюдался как распад пар, существовавших до процедуры компьютерного учебного тестирования, так и возникновение новых пар (рис. 2). При этом у более результативных испытуемых, в отличие от менее результативных, до выполнения задания имело место большее количество устойчивых сопряженных пар. Следует отметить, что формирование сопряженных пар до и после выполнения задания, как правило, не было связано с положительным или отрицательным значением корреляции между их компонентами.
Рис. 1. Количество основных групп и состав сопряженных пар до и после выполнения учебного задания у менее и более результативных испытуемых: * – достоверные различия между группами менее и более результативных студентов; × – достоверные различия внутри группы
Рис. 2. Динамика формирования числа сопряженных пар: * – достоверные различия между группами менее и более результативных студентов; × – достоверные различия внутри группы
В настоящей работе также исследовано участие отдельных психофизиологических параметров индивидуумов в центральной интеграции выполнения данной формы целенаправленной деятельности. У более результативных студентов из регистрированных психофизиологических параметров показатель простой сенсомоторной реакции наиболее широко вовлечен в формирование сопряженных пар. Количество сопряженных пар с данным показателем было различным не только между группами менее и более результативных студентов, но и в каждой группе до и после тестирования. Корреляционная связь простой сенсомоторной реакции с такими показателями, как Amo50, TP, CV, в группах менее и более результативных студентов имела противоположную направленность.
Как известно, регуляция сердечного ритма и гемодинамики в системе кровообращения осуществляется посредством вегетативных центров, расположенных в различных отделах центральной нервной системы, включая лобную кору, ретикулярную формацию, гипоталамус, гиппокамп, миндалину и моторные ядра блуждающего нерва [2, 12]. Имеются данные, указывающие на вовлечение вегетативных отделов центральной нервной системы в когнитивную, аффективную и вегетативную функции и, в частности, в регуляцию сердечного ритма [13]. Можно предположить наличие динамических связей между группами нейронов центров, контролирующих работу сердца и тонус кровеносных сосудов, а также нейронов, обеспечивающих психосоматическую сферу, в частности психофизиологические реакции индивидуума. На последнее указывает как различие в числе связей простой сенсомоторной реакции, так и наличие противоположной направленности отдельных корреляционных связей данного показателя с другими в группах менее и более результативных студентов. Наличие подобных связей с нейронами коры большого мозга, формирующими когнитивную деятельность, направленную на решение учебного задания, будет сказываться на эффективности его выполнения. Именно на этом основании можно сделать предположение, что преобладание устойчивых сопряженных пар в исходном состоянии у более результативных испытуемых указывает на более широкое взаимосодействие центров, а значит потенциально лучшие возможности в осуществлении того уровня когнитивной деятельности, который необходим в решении ими интеллектуальной задачи. Изменение состава сопряженных пар после выполнения задания будет указывать на изменение уровня динамических связей между центральными нейронами. Это соответствует количеству отдельных показателей сердечного ритма и гемодинамики, изменивших свое значение в процессе компьютерного тестирования. У более результативных студентов число таких измененных показателей было меньше, чем у менее результативных.
Высказывается предположение, что любому заданному уровню функционирования целостного организма соответствует эквивалентный уровень функционирования аппарата кровообращения [4]. Целенаправленная познавательная деятельность человека определяется его индивидуальным когнитивным стилем, который представляет собой способ приема и обработки информации. Значение описанной динамики показателей сердечно-сосудистой системы студентов в процессе выполнения учебного задания заключается в обеспечении адекватного кровоснабжения структур мозга, ответственных за когнитивные функции. Можно предположить, что особенности сердечного ритма и гемодинамики определяются особенностями метаболизма нервных центров лиц, обладающих разной эффективностью при достижении конечного полезного результата – выполнения компьютерного учебного задания.
Заключение
В динамике выявлены сопряженные пары, два компонента которых включали в себя физиологические показатели, время и эффективность выполнения учебного задания. При этом у более результативных испытуемых до выполнения задания имело место большее число устойчивых сопряженных пар. Из исследованных психофизиологических параметров показатель простой сенсомоторной реакции наиболее широко вовлечен в формирование сопряженных пар у более результативных студентов.
Рецензенты:
Раевский В.В., д.б.н., профессор, зав. лабораторией нейроонтогенеза, ФГБУН «Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии» РАН, г. Москва;
Фудин Н.А., д.б.н., профессор, зав. лабораторией, ФБГНУ «НИИНФ имени П.К. Антохина», г. Москва.