Использование сложной сенсомоторной реакции для прогноза успеваемости в школе

С началом обучения в школе к ученикам предъявляются достаточно жесткие требования, которые возможно выполнить при условии достижения ребенком определенного уровня интеллектуального развития, а также наличия способности гибко организовывать свою деятельность, что в современной научной литературе принято называть «executive function» — «исполнительной функций» (далее EF) [7].

Большинством исследователей выделены 3 параметра, включённые в EF: тóрмозный контроль, рабочая память, когнитивная гибкость [15, 24].

Сформированные EF обеспечивают условия для того, чтобы школьник мог работать в одном темпе с другими учениками в классе, выполнять правила, подавлять импульсивные реакции на отвлекающие нецелевые стимулы, избирательно и своевременно реагируя на целевые [22, 23]. Это позволяет быстро приступить к учебной деятельности, эффективно организовать ее и успешно завершать учебные задания, что обеспечивает успешность в учебной деятельности.

В последние десятилетия во всех развитых странах значительно возросло количество детей, которые испытывают трудности в обучении уже в начальной школе, причем это дети с достаточно высоким уровнем развития интеллекта, а также одаренные дети [3, 9, 12, 13]. Можно предположить, что часть таких учеников — это дети с недостаточно сформированными EF.

Обычно уровень развития EF оценивается с помощью психологических тестов, однако в литературе показано, что результаты программно-аппаратных сенсомоторных тестов, оценивающих время моторной реакции на сенсорные стимулы, совпадают с результатами классических тестов для оценки EF. Показано, что результаты сенсомоторных тестов являются стабильными и повторяемыми. В исследовании Willoughby с соавторами (2020) приняли участие 282 младших школьника. Тестирование времени реакции и EF проводилось три раза: осенью, зимой и весной — время реакции всегда было связано с качеством EF, которое оценивалось стандартными методами [28].

Значимость объективной оценки возможностей детей к обучению стандартизированными программно-аппаратными методами важна еще и потому, что субъективная оценка учителя не всегда отражает потенциал ребенка и иногда может стать причиной снижения темпов его обучения [1, 10].

В нашем исследовании предпринята попытка применения программно-аппаратных тестов, оценивающих различные сложные сенсомоторные реакции, для прогноза успеваемости школьников.

Организация исследования

В исследовании приняли участие ученики 1–4 классов школ Санкт-Петербурга. Выбор возраста обусловлен результатами полученных ранее данных о наличии связи между отметками и результатами объективных психологических и психофизиологических тестов только в начальной школе [11].

Первоклассники и второклассники в ходе нашего исследования успешно справлялись с тестами, но так как в первом классе отметки не выставляются, для математического анализа были выбраны результаты тестирования учеников 3 и 4 классов, учитывались их годовые отметки за предыдущий год обучения по всем предметам. Анализировались результаты 108 детей (63 мальчика, 45 девочек), возраст 9–11 лет. Родителями было подписано информированное согласие на участие в исследовании.

Исследование проводилось на устройстве для психофизиологического тестирования УПФТ-1/30-«ПСИХОФИЗИОЛОГ» (научно-производственно-конструкторская фирма «Медиком», Россия) с блоком психомоторных тестов. Диагностический комплекс включал в себя 7 тестов. Обследование 1 ребенка занимало около 15 минут.

1. Простая зрительно-моторная реакция (ПЗМР): испытуемому предлагалось как можно быстрее нажать на кнопку, когда на панели прибора загорится зеленый светодиод.
2. Простая слухомоторная реакция (ПСМР) — испытуемому предлагалось как можно быстрее нажать на кнопку на панели прибора в ответ на звуковой стимул.
3. Сложная зрительно-моторная реакция (СЗМР): в качестве стимула использовался двухцветный индикатор — красный или зеленый цвет, было необходимо реагировать на один из сигналов, игнорируя второй.
4. Сложная зрительно-моторная реакция на световую комбинацию (СЗМР-СК): испытуемый реагировал нажатием кнопок только на определенную световую комбинацию, игнорируя другие сигналы.
5. Реакция на движущийся объект (РДО): в роли движущегося объекта выступала вращающаяся по окружности стрелка, внутри окружности расположены 12 светодиодов с угловым смещением в 30 градусов; светодиоды загорались в случайном порядке по одному, испытуемый должен останавливать стрелку нажатием кнопки как можно ближе к горящему светодиоду.
6. Динамический сенсомоторный тест (ДСТ): в зависимости от количества правильных реакций на световые стимулы нарастала частота их предъявления.
7. Теппинг-тест (ТТ): динамика движений кисти при выполнении постукиваний щупом по теппинг-площадке, тест выполнялся отдельно для правой и левой руки.

Показатели, отражающие различные аспекты успешности выполнения тестов, автоматически сохранялись в картотеке прибора и затем выгружались в таблицу SPSS-21 для последующего математического анализа.

Результаты

Сначала был проведен факторный анализ по всем детям. Оказалось, что все дисциплины, по которым были просчитаны отметки, входят в один фактор, поэтому для окончательного факторного анализа были выбраны только суммарные баллы по всем дисциплинам за второй и третий классы. Было получено 4-факторное решение при мере адекватности выборки КМО 0,651, процент объясненной дисперсии составил 76,4% (табл. 1).

Согласно табл. 2, в первый фактор (24,9% объясненной дисперсии) вошли результаты теппинг-теста и левой, и правой рукой. Все остальные изучаемые параметры вошли во второй фактор (22,1% объясненной дисперсии), то есть они все в той или иной мере отражают скоростные характеристики моторной реакции на разные стимулы. Они связаны только с полом — у мальчиков все скоростные характеристики лучше вне зависимости от возраста. Возраст в данном случае мы убрали, поскольку он не входил ни в один фактор с другими характеристиками.

Метод выделения факторов: метод главных компонент. Метод вращения: варимакс с нормализацией Кайзера. Вращение сошлось за 6 итераций.

Оценки по основным предметам в 3 и 2 классах вошли в один фактор (17,3% объясненной дисперсии). Наконец, общий балл в сложной сенсомоторной реакции также вошел в отдельный фактор (12,1% объясненной дисперсии).

Пошаговый линейный регрессионный анализ позволил получить модель, в которой три показателя совместно могут предсказать высокий средний балл по результатам обучения во втором классе. Величина критерия Дарбина — Уотсона 1,954 свидетельствует о том, что модель соответствует необходимым требованиям.

Согласно табл. 3, все коэффициенты β положительны, значит, чем больше балл по параметру «динамический сенсомоторный тест», чем больше нормальных реакций в реакциях на движущийся объект, число правильных реакций в сложной зрительно-моторной реакции, тем выше средние отметки у учащихся во втором классе.

Далее был проведен пошаговый регрессионный анализ с целью выявить прогностические параметры для определения эффективности обучения в третьем классе (табл. 4).

Полученная модель включала лишь одну переменную, которая с вероятностью 0,004 предсказывала оценки в 3 классе, — число нормальных реакций в тесте реакции на движущийся объект.

Обсуждение результатов

В большинстве работ, посвященных оценке времени реакции в сенсомоторных тестах, описаны простые слухомоторные и зрительно-моторные реакции [4]. Например, в работе Epstein и соавторов время простой сенсомоторной реакции было исследовано у 8916 детей 9–10 лет. Показано, что реакции у мальчиков быстрее и стабильнее, чем у девочек, что совпадает с полученными нами данными — у мальчиков все скоростные характеристики при выполнении сенсомоторных тестов были выше, чем у девочек, и не зависели от возраста [21].

Наше исследование показало, что результаты простых сенсомоторных тестов не связаны с успеваемостью. Статистически значимые связи выявлены между успеваемостью и более сложными тестами, которые включали в себя все три элемента EF: тормозный контроль, рабочую память и когнитивную гибкость. В тестах «сложная зрительно-моторная реакция», «сложная зрительно-моторная реакция на световую комбинацию», «динамический сенсомоторный тест» и «реакция на движущийся объект» испытуемые должны были запомнить определенные правила, подавлять реакции на нецелевые стимулы и реагировать только на целевые. Более того, при переходе от одного задания к другому менялась инструкция, что требовало от детей высокой когнитивной гибкости. Причем оказалось, что прогностическую ценность имеет не время реакции на стимулы, а показатели, отражающие соотношение времени реакции с точностью выполнения задания.

Следует отметить, что «динамический сенсомоторный тест» имел необычную составляющую — скорость предъявления стимулов менялась в зависимости от успешности выполнения задания. Этот тест наиболее точно моделирует процесс обучения в условиях быстро меняющейся обстановки. В реальной жизни ученикам требуется быстро реагировать на изменяющиеся условия, проявляя когнитивную гибкость.

В литературе показано, что при исследовании когнитивной гибкости у детей дошкольного возраста чаще учитывается точность выполнения задания. В исследованиях школьников комбинация точности и скорости реакции в сенсомоторных тестах статистически связана с высокой успеваемостью. В лонгитюдном исследовании Dumont и соавторов приняли участие 425 детей, которых обследовали в возрасте 5, 6 и 7 лет. Точность возрастала между 5 и 6 годами, а время реакции уменьшалось между 6 и 7 годами. Кроме того, более высокая точность выполнения теста в 5 лет предсказывала меньшее время реакции в 7 лет. Результаты подтверждают гипотезу о том, что точность и время реакции становятся более эффективными с возрастом, обеспечивая когнитивную гибкость [20].

Таким образом можно предположить, что именно когнитивная гибкость обеспечивает успешность ребенка в обучении в младших классах.

Значимыми оказались особенности взаимосвязи переменных во 2 и 3 классах. Для 3 класса единственным значимым является результат реакции на движущийся объект. Для второго класса обнаружено больше тестов, позволяющих предсказать результат обучения в конце года.

Здесь стоит обсудить разницу между требованиями к навыкам учеников в первых двух классах и при окончании начальной школы.

Обучение во втором классе в значительной мере связано с особенностями уникальных сочетаний когнитивных характеристик ребенка, опирающихся на особенности созревания его мозга. Поэтому так много психофизиологических переменных влияют на результат обучения. Обычно именно к третьему классу выявляются учащиеся, имеющие трудности в обучении. Чаще всего это дети, которым не удалось научиться бегло читать и писать [6].

Одной из теорий, объясняющих возникновение трудностей с чтением и письмом, является теория магноцеллюлярного дефицита [14, 19, 27]..

Зрительная система начинается с проводящего пути от сетчатки к таламусу, затем импульс направляется к зрительным зонам более высокого уровня в коре. Этот путь на всем протяжении состоит из двух анатомически раздельных частей, которые параллельно проводят различные виды зрительной информации. Уже на уровне сетчатки выделяются два вида ганглиозных клеток, которые посылают сигналы в разные слои таламуса — крупные и мелкие клетки. Более древняя в эволюционном плане система крупных клеток называется магноцеллюлярной, она отвечает за восприятие движущихся объектов, пространства, положения и глубины, отделение фигуры от фона; мелкие клетки существуют только у приматов и отвечают за распознавание объектов с учетом цвета и деталей — парвоцеллюлярная система. Известно, что скоростные характеристики магноцеллюлярной системы важны для овладения чтением и письмом [17].

Более современный взгляд на эту теорию учитывает эффективность взаимодействия между парвоцеллюлярной и магноцеллюлярной системами. Нарушение этого взаимодействия может приводить к снижению стабильности зрительного восприятия во время чтения, осложняя этот процесс и приводя к избыточным затратам энергии [5, 18].

Сенсомоторные тесты, включающие реакции на комбинации светодиодов разных цветов, дают возможность делать выводы о качестве функционирования парвоцеллюлярной системы.

Таким образом, используемые нами сложные сенсомоторные тесты позволяют предсказывать успеваемость в начальной школе, так как отражают уровень развития когнитивной гибкости и качество взаимодействия магноцеллюлярной и парвоцеллюлярной систем.

Можно полагать, что у детей более старшего возраста будет сложнее выявить эти связи. Мы установили, что все отметки по основным предметам за второй и третий класс вошли в один фактор. Ранее это явление было описано на примере 4 класса: все отметки, выставляемые одним учителем, оказались в одном факторе, что отражает гало-эффект: учитель в начальной школе ставит оценки ребенку, не опираясь на конкретный ответ ребенка в конкретный день, но по общему впечатлению от ребенка. Во второй фактор в том исследовании вошли отметки, проставленные учителями технологии и рисования. Это преходящие учителя, которые как раз и ставили отметки за конкретную проделанную сегодня работу ребенком. Эти оценки соотносились с результатами оценки исполнительных функций у них. В третий фактор вошли отметки, проставленные учителем музыки, от которого требовалось только, чтобы дети на этом уроке не мешали другим детям в других классах [8].

Следовательно, чем старше будет ребенок, тем в большей мере результат в виде отметок учителя будет зависеть не только от психологических и психофизиологических особенностей ребенка.

Однако в начальной школе психофизиологическое обследование детей имеет важное прогностическое значение. Возможно, результаты предложенных нами тестов можно улучшить благодаря тренингам, включающим в себя физические упражнения и подвижные игры. Имеются данные о том, что результаты простых сенсомоторных тестов у детей связаны с уровнем ежедневной физической активности [25].

Эта связь пока не была выявлена для сложных сенсомоторных реакций, но, возможно, с учетом полученных нами данных, тренинги должны включать в себя физическую активность, которая будет предполагать прослеживание за движущимися объектами, например упражнения и игры с мячами [2, 16, 26].

Использование предложенных нами сенсомоторных тестов для старших дошкольников и учеников первых классов позволит выявить детей группы риска возникновения трудностей в обучении до того, как эти трудности возникнут и окажут негативное влияние на развитие личности ребенка. Применение программно-аппаратных комплексов для проведения сенсомоторных тестов дает возможность за небольшое время обследовать большие группы детей, что удобно в условиях образовательных учреждений. Результаты тестов у учеников 2–4 классов помогут разработать оптимальный образовательный маршрут для каждого ребенка с учетом особенностей функционирования нервной системы.

Библиография

1. Вергунов Е.Г. Скорость реакции на стимулы различной модальности школьников с различной успеваемостью // Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена. 2009. № 98. С. 255-258.
2. Ефимова В.Л. Фактор времени и сенсомоторная интеграция: постуграфическое обследование младших школьников с трудностями в обучении до и после тренинга // Нейрокомпьютеры: разработка, применение. 2017. № 4. С. 54-60.
3. Ефимова В.Л. Психофизиологические механизмы успешности ребенка в обучении. СПб, 2020.
4. Ефимова В.Л., Дружинин О.А. Простые сенсомоторные реакции и исполнительные функции // Вестник психофизиологии. 2022. № 4 (170). С. 108-114.
5. Ефимова В.Л., Новожилов А.В., Савельев А.В. Измерение и анализ траекторий микросаккад у детей со специфическим расстройством формирования школьных навыков при слежении за движущимся стимулом // Нейрокомпьютеры: разработка, применение. 2019. Т. 21. № 4. С. 18-21.
6. Ефимова В.Л., Рябчикова Н.А. Исследование нейромеханизмов сочетания психофизиологических дисфункций у детей со специфическим расстройством формирования школьных навыков // Нейрокомпьютеры: разработка, применение. 2017. № 8. С. 38-40.
7. Николаева Е.И., Вергунов Е.Г. Что такое «executive functions» и их развитие в онтогенезе // Теоретическая и экспериментальная психология. 2017. Т. 10, № 2. С. 62-81.
8. Николаева Е.И., Вергунов Е.Г., Плотников С.Г. Соотношение показателей общего и невербального интеллекта и креативности с оценками по предметам у учащихся четвертых классов // Вестник практической психологии образования. 2014. № 3 (940). С. 106-109.
9. Николаева Е.И., Ефимова В.Л. Академическая неуспеваемость детей в начальной школе: анализ проблемы. Народное образование. 2018. № 6-7 (1469). С. 79-83.
10. Николаева Е.И., Гончаров Д.А., Борисенкова Е.Ю. Связь интеллекта ребёнка школьного возраста с возрастом и уровнем образования родителей при его рождении // Вестник психофизиологии. 2017. № 3. С. 51-55.
11. Николаева Е.И., Стрекосова В.С., Зиновьева И.И. Связь успеваемости с психологическими характеристиками учеников 4-7 классов (лонгитюдное исследование) // Российский гуманитарный журнал. 2017. Том 6. № 5. С. 404-408. DOI: 10.15643/libartrus-2017.5.5.
12. Николаева Е.И., Широкова И.В. Соотношение тормозного контроля и рабочей памяти у детей в младшей и средней школе //Вестник психофизиологии. 2021. № 2. С. 73-78.
13. Разумникова О.М., Николаева Е.И. Онтогенез тормозного контроля когнитивных функций и поведения: монография. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2021. 159 с.
14. Скуратова, К.А., Шелепин Е.Ю. Роль магноцеллюлярной системы при освоении навыка чтения школьниками // PSY-Вышка: Сборник материалов Международной научной конференции, Москва, 31 октября – 02 ноября 2019 года / Отв. редактор Е.С. Горбунова. М.: Российский новый университет, 2020. С. 93-95.

Источник: Ефимова В.Л., Николаева Е.И., Дружинин О.А., Мазурова И.С. Использование сложной сенсомоторной реакции для прогноза успеваемости в школе // Психология и психотехника. 2023. №1. С. 1–11. DOI: 10.7256/2454-0722.2023.1.39631