Physiological characteristics of cognitive functions of cadets with military-training experience

Full Text

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.

About the authors

M. I. Petrenko

Military Training and Research Center of the Navy “Naval Academy”

Author for correspondence.
Email: youngexp@yandex.ru
Russian Federation, St. Petersburg

K. I. Pavlov

Military Training and Research Center of the Navy “Naval Academy”

Email: youngexp@yandex.ru
Russian Federation, St. Petersburg

A. V. Syrtsev

Military Training and Research Center of the Navy “Naval Academy”

Email: youngexp@yandex.ru
Russian Federation, St. Petersburg

A. N. Archimuk

Military Training and Research Center of the Navy “Naval Academy”

Email: youngexp@yandex.ru
Russian Federation, St. Petersburg

V. N. Mukhin

Institute of Experimental Medicine

Email: youngexp@yandex.ru
Russian Federation, St. Petersburg

V. N. Sysoev

S.M. Kirov Military Medical Academy

Email: youngexp@yandex.ru
Russian Federation, St. Petersburg

References

Supplementary files