Особенности когнитивных функций и характеристики их физиологических проявлений у курсантов с довузовской военной подготовкой
- Авторы: Петренко М.И.1, Павлов К.И.1, Сырцев А.В.1, Архимук А.Н.1, Мухин В.Н.2, Сысоев В.Н.3
-
Учреждения:
- Военный учебно-научный центр Военно-морского флота «Военно-морская академия»
- Институт экспериментальной медицины
- Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова
- Выпуск: Том 21, № 2 (2019)
- Страницы: 173-177
- Раздел: Экспериментальные исследования
- Статья получена: 03.04.2020
- Статья опубликована: 15.12.2019
- URL: https://journals.eco-vector.com/1682-7392/article/view/25939
- DOI: https://doi.org/10.17816/brmma25939
- ID: 25939
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Изучение физиологических механизмов когнитивных функций и эффективности познавательной деятельности является важнейшей задачей в психофизиологии военного труда. Определены особенности когнитивных функций, вариабельности сердечного ритма и биоэлектрической активности сенсомоторной коры головного мозга у курсантов в зависимости от опыта довузовской военной подготовки. Установлено, что курсанты – выпускники суворовских училищ – по сравнению с курсантами, не имеющими довузовской военной подготовки и не проходившими службу по призыву, отличаются более высокими показателями уровня развития устойчивости произвольного внимания, а также относительно низкими значениями показателей эффективности функций пространственной ориентации. Так, выпускники суворовских училищ при выполнении методики «Красно-черные таблицы Шульте – Платонова» допускали меньшее количество ошибок (0,16±0,57), чем курсанты, не имеющие довузовской военной подготовки (0,54±1,08) (F=4,7; p=0,03). При выполнении методики «Реакция на движущийся объект» суворовцы демонстрировали большее число опережающих реакций (46,36±17,68) и меньшее количество запаздывающих реакций (86,39±17,44) на визуальные стимулы в сравнении с соответствующими параметрами курсантов, не имеющих довузовской военной подготовки, у которых число опережающих реакций составило 38,04±18,95 (F=5,8; p=0,02), а число запаздывающих реакций ‒ 100,48±20,37 (F=15,1; p=0,001). При выполнении методики «Часы с поворотом» у суворовцев количество правильных заданий было меньше (26,18±6,71) в сравнении с курсантами, не имевшими довузовской военной подготовки (29,10±7,89; F=4,3; p=0,04). Однако максимальное время выполнения одного задания в группе суворовцев достоверно больше (38,07±10,66 с), чем у курсантов, не имевших довузовской военной подготовки (34,07±10,57 с; F=4,0; p=0,05). Кроме того, у суворовцев регистрируется более низкая частота сердечных сокращений, а значения стандартного отклонения R–R-интервалов и вариационного размаха, относительной мощности в диапазоне высоких частот достоверно выше. Для суворовцев также характерна более выраженная активность сенсомоторной коры правого полушария головного мозга при решении задач, требующих задействования функций переключения внимания. Вместе с тем при решении арифметических задач активация сенсомоторной коры левого полушария у них снижена.
Полный текст
Введение. Изучение физиологических механизмов когнитивных функций и эффективности познавательной деятельности является важнейшей задачей в психофизиологии военного труда. Анализ литературных источников показал, что исследований, посвященных комплексному изучению взаимосвязей между когнитивными функциями, их центральными электрофизиологическими проявлениями и автономными регуляторными механизмами сердечной деятельности, играющими ключевую роль в физиологической адаптации, представлено недостаточно [4]. Нам не удалось найти работ, посвященных изучению влияния опыта довузовской военной подготовки (ДВП) на физиологические механизмы когнитивных функций и военно-профессиональной адаптации (ВПА). Полагаем, что высокий уровень развития когнитивных функций и опыт ДВП являются основой эффективной приспособляемости курсантов к условиям образовательной среды военного вуза, что в итоге и определяет уровень их ВПА. Наиболее информативным подходом к изучению когнитивных функций и определению их роли в ВПА является комплексное использование психофизиологических и электрофизиологических методик – элекроэнцефалографии и вариабельности сердечного ритма (ВСР). В пользу этого подхода свидетельствуют работы авторов, исследовавших связи показателей ВСР, активности лобных долей головного мозга с функцией восприятия, психомоторными реакциями и познавательной активностью [2, 4].
Цель исследования. Определить особенности когнитивных функций, вариабельности сердечного ритма и биоэлектрической активности сенсомоторной коры головного мозга у курсантов в зависимости от опыта довузовской военной подготовки.
Материалы и методы. Обследованы 1 25 курсантов первого курса Военного института (военно-морского) Военного учебно-научного центра Военно-морского флота «Военно-морская академия», средний возраст обследуемых – 19,04+0,53 года. Выборка была разделена на две группы: к 1-й группе отнесены курсанты без ДВП (n=81), ко 2-й – выпускники суворовских (нахимовских) училищ (n=44). Критериями включения в исследование являлись добровольное согласие на проведение исследования, положительная субъективная оценка самочувствия и качества сна, отсутствие противопоказаний к прохождению обследования по причине заболеваний, объективная положительная оценка текущего нервно-психического состояния, полученная с помощью 8-цветового теста М. Люшера.
Электрофизиологическое исследование проводилось индивидуально с каждым испытуемым в одно и то же время суток (с 15 до 16 ч) однократно. Исследование электрофизиологических проявлений селективного внимания, рабочей памяти, пространственной ориентации и мышления обследуемых проводилось в положении сидя.
Проведено восемь серий функциональных проб (ФП) с одновременной регистрацией электроэнцефалограммы (ЭЭГ) и электрокардиограммы (ЭКГ): 1) в состоянии покоя с закрытыми глазами; 2) в состоянии покоя с открытыми глазами; 3) в период выполнения методики «Красно-черные таблицы Шульте – Платонова» (7–7 ячеек); 4) во время выполнения методики «Часы с поворотом»; 5) в момент выполнения методики «Реакция на движущийся объект» (РДО); 6) при предъявлении задачи «Устный счет при закрытых глазах»; 7) в состоянии покоя с открытыми глазами после когнитивных функциональных проб (КФП); 8) в состоянии покоя с закрытыми глазами после КФП. Время регистрации электрофизиологических параметров в каждой серии – 5 мин. Для предъявления обследуемым задач, регистрации у них сердечного ритма и ЭЭГ использовался аппаратно-программный комплекс (АПК) объективного психологического анализа и тестирования «Реакор» фирмы «Медиком МТД» (г. Таганрог) с частотой дискретизации 250 Гц. Парные электроды для записи ЭКГ располагались на запястье левой руки и нижней трети шеи слева и кпереди от грудинно-ключично-сосцевидной мышцы. Регистрировались статистические и спек- тральные характеристики ВСР: математическое ожидание мгновенной частоты сердечных сокращений – МОЧСС (уд/мин) (МОЧСС=60000/RRNN, где RRNN – продолжительность последовательных R–R-интервалов); стандартное отклонение R–R- интервалов – SD (мс); среднеквадратическое различие смежных R–R-интервалов – RMSSD (мс); вариационный размах – ВР (с); индекс напряжения ‒ ИН по Р.М. Баевскому (у. е.); общая спектральная мощность модуляций сердечного ритма – TP (мс2); относительная мощность в диапазонах высокой частоты (0,4–0,15 Гц) – HF (%), низкой частоты (0,15–0,04 Гц) – LF (%), очень низкой частоты (0,04–0,0033 Гц) – VLF (%). ЭЭГ регистрировалась в левом и правом центральных отведениях, расположенных по стандартной системе 10–20 в симметричных точках правого и левого полушария. Референтные электроды располагались за ушами в области сосцевидных отростков. Величина импеданса не превышала 10 кОм. Определялись относительные значения мощностей (ОЗМ) по основным зонам спектра ЭЭГ: дельта-1 (0,5‒2 Гц), дельта-2 (2‒4 Гц), тета (4‒8 Гц), альфа (8‒13 Гц), бета-1 (13‒24 Гц), бета-2 (24‒35 Гц.) в каждом из отведений (%).
С помощью визуального анализа результатов в программной среде АПК «Реакор» были выявлены и вручную удалены выраженные глазодвигательные и мышечные артефакты, единичные спайки и острые волны. Для подавления оставшихся электрокардиографических, миографических и окулографических артефактов использовались такие функции программного обеспечения, как сглаживание и интерполяция выбросов и ошибочных данных. В ходе математико-статистического анализа использовался расчет среднего значения и среднеквадратического отклонения. Определение статистической достоверности межгрупповых отличий между изучаемыми параметрами проводилось с помощью однофакторного дисперсионного анализа.
Результаты и их обсуждение. Установлена значимая статистическая зависимость между уровнем развития когнитивных функций и характером их электрофизиологических проявлений, а также опытом ДВП. Так, выпускники суворовских училищ при выполнении методики «Красно-черные таблицы Шульте – Платонова» в серии, где необходимо было как можно быстрее отмечать черные цифры в порядке возрастания, допускали меньшее количество ошибок (0,16±0,57), чем курсанты первой группы (0,54±1,08) (F=4,7; p=0,03). При выполнении методики РДО суворовцы демонстрировали боль- шее число опережающих реакций (46,36±17,68) и меньшее количество запаздывающих реакций (86,39±17,44) на визуальные стимулы в сравнении с соответствующими параметрами первой группы обследуемых, у которых число опережающих реакций составило 38,04±18,95 (F=5,8; p=0,02), а число запаздывающих реакций ‒ 100,48±20,37 (F=15,1; p=0,001). Результаты, полученные по методикам «Красно-черные таблицы Шульте – Платонова» и РДО, указывают на более высокий уровень развития устойчивости произвольного внимания, а также на более выраженное смещение баланса нервных процессов в сторону возбуждения у выпускников суворовских училищ. При этом они выполнили меньшее количество заданий в методике «Часы с поворотом» (26,18±6,71) в сравнении с обследуемыми первой группы (29,10±7,89; F=4,3; p=0,04). Однако максимальное время выполнения одного задания в группе суворовцев достоверно больше (38,07±10,66 с), чем у курсантов первой группы (34,07±10,57 с; F=4,0; p=0,05). Полученные данные позволяют выдвинуть предположение о том, что в группе выпускников суворовских училищ достоверно более высокая устойчивость произвольного внимания сочетается с ригидностью познавательной активности данной модальности, что обусловливает снижение эффективности функций пространственной ориентации и индивидуально низкий темп деятельности в решении задач на внимание.
Показано, что наличие в опыте ДВП статистически значимо связано с электрофизиологическими параметрами ВСР. Так, курсанты, имеющие опыт ДВП, демонстрировали более низкий показатель МОЧСС, а также более высокие значения SD и ВР во всех сериях, чем курсанты первой группы (табл.). Значимы и межгрупповые отличия по RMSSD, среднее значение которого достоверно различается во всех сериях, кроме ФП в состоянии покоя с открытыми глазами в начале исследования. R.
Таблица. Статистические и спектральные характеристики ВСР у курсантов обследуемых групп при выполнении функциональных проб
Группа | МОЧСС, уд/мин | SD, мс | RMSSD, мс | ВР, с | HF, % | LF, % |
Группа | Фон в состоянии покоя с закрытыми глазами в начале | |||||
1-я | 74,56±10,56 | 52,06±18,89 | 42,36±23,7 | 0,3±0,09 | – | – |
2-я | 69,18±11,71 | 64,27±31,11 | 54,95±35,19 | 0,36±0,15 | – | – |
F/p | 6,8/0,01 | 7,5/0,01 | 5,7/0,02 | 6,4/0,01 | – | – |
ФП в состоянии покоя с открытыми глазами в начале | ||||||
1-я | 74,4±10,47 | 52,9±18,88 | – | 0,3±0,1 | – | – |
2-я | 69,57±11,27 | 63,77±32,6 | – | 0,36±0,15 | – | – |
F/p | 5,7/0,02 | 5,6/0,02 | – | 5,9/0,02 | – | – |
КФП «Красно-черные таблицы Шульте – Платонова» | ||||||
1-я | 79,78±9,33 | 46,47±15,82 | 34,77±17,53 | 0,26±0,1 | 28,8±13,87 | – |
2-я | 73,75±12,51 | 66,2±42,97 | 60,55±53,29 | 0,33±0,17 | 34,47±15,4 | – |
F/p | 9,3/0,001 | 13,7/0,001 | 15,9/0,001 | 7,1/0,01 | 4,4/0,04 | – |
КФП «Часы с поворотом» | ||||||
1-я | 78,26±9,37 | 54,79±17,86 | 37,73±19,46 | 0,36±0,12 | 19,95±9,66 | 47,31±10,12 |
2-я | 72,5±12,43 | 74,86±39,97 | 61,52±50,95 | 0,44±0,17 | 25,17±11,6 | 41,64±8,75 |
F/p | 8,5/0,001 | 15/0,001 | 14/0,001 | 10,4/0,001 | 7,1/0,01 | 9,8/0,001 |
КФП «Реакция на движущийся объект» | ||||||
1-я | 73,72±9,54 | 49,67±16,66 | 44,86±23,99 | 0,3±0,09 | – | – |
2-я | 68,84±13,2 | 63,95±37,18 | 65,61±49,38 | 0,37±0,17 | – | – |
F/p | 5,6/0,02 | 8,8/0,001 | 10/0,001 | 9,7/0,001 | – | – |
КФП «Устный счет при закрытых глазах» | ||||||
1-я | 78,93±9,71 | 53,10±16,68 | 36,31±18,21 | 0,3±0,09 | – | – |
2-я | 73,23±11,5 | 74,59±43,34 | 56,7±45,17 | 0,39±0,16 | – | – |
F/p | 8,6/0,001 | 15,7/0,001 | 12,8/0,001 | 16,5/0,001 | – | – |
ФП в состоянии покоя с открытыми глазами в конце | ||||||
1-я | 73,62±9,55 | 60,4±19,63 | 43,01±22,24 | 0,35±0,1 | – | 42,21±13,01 |
2-я | 67,68±10,29 | 79,55±36,69 | 55,77±27,69 | 0,44±0,15 | – | 36,39±10,2 |
F/p | 10,4/0,001 | 14,5/0,001 | 7,9/0,01 | 16,1/0,001 | – | 6,6/0,01 |
ФП в состоянии покоя с закрытыми глазами в конце | ||||||
1-я | 72,79±9,72 | 62,14±21,23 | 44,48±22,15 | 0,35±0,11 | – | 40,11±12,47 |
2-я | 66,52±10,53 | 73,23±35,02 | 57,32±29,54 | 0,41±0,16 | – | 35,16±12,65 |
F/p | 11,2/0,001 | 4,9/0,03 | 7,5/0,01 | 5,5/0,02 | – | 4,4/0,04 |
Примечание: F – критерий Фишера; p – уровень значимости.
Delgado-Moreno et al. [7] указывают на то, что увеличение временных характеристик ВСР – SDNN и RMSSD с одновременным уменьшением интервала Q–T положительно коррелирует с эффективностью выполнения когнитивных методик, а также со скоростью психомоторных реакций. Кроме того, в группе суворовцев ИН был ниже как во время выполнения методики «Часы с поворотом» (63,28±67,13 у.е.; F=5,2; p=0,03), так и в серии устного счета при закрытых глазах (70,69±58,73 у.е.; F=7,7; p=0,01), тогда как у курсантов первой группы ИН в серии «Часы с поворотом» имеет значение 90,61±62,61 у.е., а ИН в серии устного счета при закрытых глазах – 102,35±61,78 у.е. Суворовцы отличаются также большими значениями TP во всех сериях исследования и повышенными значениями относительной мощности в диапазоне HF при выполнении методик «Красно-черные таблицы Шульте – Платонова» и «Часы с поворотом». У них также отмечаются более низкие значения относительной мощности в диапазоне LF в сериях «Часы с поворотом» и обеих ФП в состоянии покоя в конце исследования. По данным К.И. Павлова и др. [5] и L. Bernardi et al. [6], одновременное увеличение значений HF и снижение значений LF отражает преобладание парасимпатического влияния вегетативной нервной системы (ВНС) на сердечный ритм. В пользу преобладания парасимпатического отдела ВНС свидетельствуют и межгрупповые достоверные отличия по VLF, значение которого выше во второй группе при выполнении ФП с открытыми глазами в конце исследования (41,3±13,78%) в сравнении со значениями этого показателя в первой группе (34,29±13,60%; F=7,5; p=0,01).
Показано, что наличие в опыте ДВП также связано с электроэнцефалографическими показателями. Так, в правом центральном отведении при фоновой записи ЭЭГ мощность ритма дельта-1 была меньше у курсантов второй группы (2,51±1,01 Гц) в сравнении с курсантами первой группы (3,52±3,29; F=4,0 Гц; p=0,05). Согласно классическим представлениям, дельта-ритм ЭЭГ взрослого здорового человека отражает снижение коркового тонуса и активацию процессов торможения [3]. В группе суворовцев в этом же отведении при выполнении методики «Красно-черные таблицы Шульте – Платонова» мощность альфа-ритма была ниже (7,96±2,77 Гц), чем у курсантов без опыта ДВП (9,50±4,56 Гц; F=4,1; p=0,04). Это согласуется с данными Д.В. Бердникова, В.Я. Апчела, И.И. Бобынцева [2], свидетельствующими о том, что угнетение альфа-активности происходит при научении, ориентировочной реакции, умственной деятельности или возбуждении нервной системы. Правомерно предположение о том, что для курсантов второй группы в процессе предъявления задач на внимание характерна более выраженная активация сенсомоторной зоны коры правого полушария.
В левом центральном отведении в серии «Устный счет при закрытых глазах» мощность ритма бета-1 достоверно меньше у курсантов второй группы (2,64±0,92 Гц) в сравнении с обследуемыми первой группы (3,25±1,71 Гц; F=4,8; p=0,03). Это, согласно данным В.В. Гнездицкого [3], может отражать процессы синхронизации ЭЭГ и снижения активности сенсомоторной коры левого полушария у курсантов с опытом ВПД. Заметим, что у выпускников суворовских училищ имеется больший разброс значений электрофизиологических показателей, что объясняется более высоким уровнем приспособленности курсантов с опытом ВПД к физическим нагрузкам. Подтверждением данного положения служит смещение спектральных характеристик ВСР в сторону высоких частот, характерное для лиц, системно занимающихся спортом.
Заключение. Полагаем, что выпускники суворовских училищ по сравнению с курсантами, не имеющими опыта ДВП, обладают более высоким уровнем развития устойчивости произвольного внимания и отличаются низкой эффективностью функций пространственной ориентации. У суворовцев отмечается более высокий уровень активности сенсомоторной коры правого полушария головного мозга при решении задач, требующих переключения внимания, и менее выраженная активация сенсомоторной коры левого полушария при решении арифметических задач. Кроме того, для них характерна более выраженная ВСР с преобладанием высокочастотных модуляций, связанных с активностью парасимпатического отдела ВНС. Данные проведенного исследования дополняют известные механизмы военно-профессиональной адаптации первокурсников к обучению в военно- морских институтах.
Об авторах
М. И. Петренко
Военный учебно-научный центр Военно-морского флота «Военно-морская академия»
Автор, ответственный за переписку.
Email: youngexp@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург
К. И. Павлов
Военный учебно-научный центр Военно-морского флота «Военно-морская академия»
Email: youngexp@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург
А. В. Сырцев
Военный учебно-научный центр Военно-морского флота «Военно-морская академия»
Email: youngexp@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург
А. Н. Архимук
Военный учебно-научный центр Военно-морского флота «Военно-морская академия»
Email: youngexp@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург
В. Н. Мухин
Институт экспериментальной медицины
Email: youngexp@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург
В. Н. Сысоев
Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова
Email: youngexp@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург
Список литературы
- Баевский, Р.М. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем / Р.М. Баевский // Вестн. аритмологии. – 2001. – № 24. – С. 65–87.
- Бердников, Д.В. Психофизиологические основы организации регуляции целенаправленной деятельности (обзор литературы) / Д.В. Бердников, В.Я. Апчел, И.И. Бобынцев // Экология человека. – 2016. – № 10. – С. 37–46.
- Гнездицкий, В.В. Обратная задача ЭЭГ и клиническая электроэнцефалография / В.В. Гнездицкий. – М.: Медпресс-информ, 2004. – 624 с.
- Зенков, Л.Р. Функциональная диагностика нервных болезней / Л.Р. Зенков, М.А. Ронкин. – М.: Медпресс-информ, 2013. – 488 с.
- Павлов, К.И. Вариабельность сердечного ритма в изучении когнитивных функций и военно-профессиональной адаптации / К.И. Павлов [и др.] // Мед. акад. журн. – 2017. – Т. 17, № 4. – С. 7–16.
- Bernardi, L. Physical activity influences heart rate variability and very–low–frequency components in Holter electrocardiograms / L. Bernardi [et al.] // Cardiovasc Res. – 1996. – Vol. 32, № 2. – P. 234–237.
- Delgado-Moreno, R. Combat Stress Decreases Memory of Warfighters in Action / R. Delgado-Moreno, J.J. Robles-Pérez, V.J. Clemente-Suárez // J. Med. Syst. – 2017. – Vol. 41, № 8. – P. 124.
- Stenfors, C.U., Executive Cognitive Functioning and Cardiovascular Autonomic Regulation in a Population-Based Sample of Working Adults / C.U. Stenfors [et al.] // Front Psychol. – 2016. – Vol. 7. – P. 1536.
Дополнительные файлы
![](/img/style/loading.gif)