Введение к работе
Актуальность исследования. Выбор адекватных тренирующих нагрузок с учетом когнитивных возможностей и индивидуальной динамики развития когнитивных функций в условиях определенного вида спорта является актуальной проблемой современной физиологии спорта (Д.Н. Давыденко, 1998; Е.В. Замулина, 2006; З.Г. Нуретдинова, 2008; В.Г. Балюк, 2009; E.H. Артемова, 2009; А.С. Солодков, Е.Б. Сологуб, 2010; О.А. Шинкарук, 2011; V.E. Wilson et al., 2006; T.-M. Hung et al., 2008; T. Harkness, 2009; K.I. Erickson et al., 2011; O.V. Sysoeva et al., 2013). Результативность, особенно в ациклических видах спорта, определяется как способностью преобразования энергии, так и скоростью восприятия и переработки информации.
В процессе систематических спортивных физических нагрузок происходит формирование навыков моторных действий, тактического мышления, что особенно важно в спортивных играх и единоборствах (Е.Н. Сурков, 1984; А.В. Шаханова, 1998; А.В. Шаханова, Я.К. Коблев и др., 2010; А.Б.Сиротин и соавт., 2011; С.Г. Ивашко, 2011; L. Gedda, 1960; J. Brown, 2001). Отсутствие в указанных видах спорта стандартных программ двигательной деятельности требует высокого внимания к текущим ее условиям. В этом плане изучение физиологических резервов развития быстроты, скорости и легкости обработки поступающей сенсорной информации различной модальности приобретает особое значение (Д.Н. Давыденко, 1998; Ю.И. Корюкалов, 2008; А.С. Солодков, Е.Б. Сологуб, 2010; С. К. Евтушенко, 2010; G. Fontani et al., 1999; K. McDowell et al., 2003; M.O. Belardinelli et al., 2009). По мнению Л.А. Жаворонковой (2007), рост числа регистрируемых потенциалов и анализируемых диапазонов ритмов ЭЭГ должен способствовать получению более полной информации о включении соответствующих структур мозга в конкретные познавательные процессы. Анализ нейрофизиологических параметров отдельных когнитивных операций в ответ на сенсорные стимулы различной модальности является наиболее перспективным подходом к изучению нейрофизиологических механизмов, определяющих эффективность функционирования соответствующих звеньев сенсорноспецифических систем под влиянием кумулятивного воздействия спортивных физических нагрузок различной направленности (Е.Б. Сологоуб, 1993; Т.М. Марютина, О.С. Ермолаев, 2001; В.В. Гнездицкий, 2003; А.В. Бажин, 2007; Е.В. Замулина, 2008; Б.В. Чернышев и соавт., 2008; И.С. Кожевникова, 2012; V.I. Geeger-Mateeva, 2000; J. Polich, 2007; S.C.C. Chan, 2012).
Актуальность данного исследования определяется важностью дифференцированного подхода к отбору спортсменов в определенные виды спорта с учетом особенностей течения когнитивных процессов. Полученные данные о когнитивной деятельности мозга позволят судить об эффективности тренировочной программы, разработать индивидуальный тренировочный план, сформировать некоторые критерии для отбора наиболее подготовленных спортсменов для участия в основном составе команд перед соревнованиями.
Следует отметить, что исследованию характера влияния спортивных физических нагрузок на развитие когнитивных функций у студентов посвящено сравнительно небольшое число отечественных научных работ и их авторы в основном использовали слуховые стимулы, уделяя больше внимания только компоненту Р300, часто и вовсе не рассматривая прочие показатели когнитивного ответа (Е. В. Замулина, 2006; Л. В. Капилевич и соавт., 2007; В.Г. Балюк, 2009). Ряд исследователей использовали зрительную стимуляцию, но лишь в виде реверсивного шахматного паттерна у неспортсменов (Е.К. Айдаркин, 2010; Е.Г. Чернышева, Б.В. Чернышев, 2010; Б.В. Чернышев и соавт, 2011; И.Е. Лазарев, 2012; D. Ravden, J. Polich, 1998; V.I. Giger-Mateeva, 2000; А.Г. Снегір, 2003; A.A. Brewer, B. Barton, 2012; M. Bach et al., 2012). Тогда как в западной литературе исследованию когнитивных зрительных ВП уделяется большое внимание, в том числе и в связи с развитием использования интерфейса «мозг-компьютер» (brain-computer interface (BCI)) (L.A. Farwell, E. Donchin, 1988; J. Polich, 2007; Gentili R, et al., 2008; A. M. Brouwer et al., 2010; P. Bobrov et al., 2011; R. Fazel-Rezai et al., 2012; J. Jin et al., 2013). Однако, в основном эти исследования проводились на контингенте лиц с определенными патологическими и нозологическими состояниями в когнитивной сфере (I. Lebedeva, S. Sidorin et al., 2012; V. B. Strelets, Zh.V. Garakh et al., 2012; E. Rumyantseva, I. Lebedeva et al., 2012).
В доступной нам литературе не встречалось одновременное использование в методике Р300 («odd-ball» paradigm) трех видов стимулов (реверсивный шахматный паттерн, слуховой тоновый щелчок и светодиодная вспышка) для исследования когнитивных функций у здоровых людей и спортсменов, в частности. Использование трех видов стимуляции значительно расширяет информационно-методологическую базу оценки когнитивных возможностей мозга с позиций системной организации зрительного и слухового восприятия, позволяет установить характер влияния спортивных нагрузок различной направленности на развитие функциональных возможностей зрительной и слуховой сенсорных систем.
В плане сказанного, исследование характеристик отдельных волн когнитивных вызванных потенциалов, отражающих эффективность и скорость функционирования определенных звеньев зрительной и слуховой сенсорных систем, последовательно вовлекаемых в процесс обработки и анализа стимулов соответствующих модальностей (В.Д. Глезер, 1985; Н.О. Акопян, Б.Х. Хацуков, 2004; Ю.Е. Шелепин и соавт., 2009; Е.К. Айдаркин, 2010; Б.В. Чернышев, 2012; V.I. Geeger-Mateeva, 2000; J. Polich, 2007; M.P. Metzler, 2011; E.W. Sellers et al., 2012), является актуальным перспективным подходом к оценке развития физиологических резервов быстроты под влиянием спортивных физических нагрузок различной направленности, позволяющим в рамках сравнения динамики индивидуальных показателей судить об эффективности тренировочной программы, сформировать критерии отбора наиболее подготовленных спортсменов в основной состав сборных перед соревнованиями.
Цель диссертационного исследования: определить влияние спортивных физических нагрузок на особенности развития когнитивных функций студентов.
Задачи исследования:
установить на основе анализа показателей когнитивных вызванных потенциалов N200, Р3а, Р3b, N3 на различных этапах когнитивного процесса особенности влияния занятий баскетболом и дзюдо на преимущественное развитие той или иной сенсорноспецифической системы организма студентов с учетом спортивной специализации и квалификации на различных этапах когнитивного процесса;
выявить влияние занятий баскетболом и дзюдо на развитие у студентов скорости и эффективности функционирования различных звеньев сенсорноспецифических систем, участвующих в осуществлении процессов опознания (N200), узнавания (Р3а), принятия решения (Р3b), запоминания и формирования «динамического шаблона» (N3);
выявить у студентов, занимавшихся и не занимавшихся спортом, особенности объема и эффективности использования оперативной памяти с использованием анализа показателей межстимульных интервалов N 200-Р300 при выполнении сенсорноспецифических операций в ответ на стимулы различной модальности;
установить степень и характер изменения под влиянием систематических спортивных нагрузок корреляционных связей между различными показателями компонентов когнитивных вызванных потенциалов, выявленных в ответ на стимулы различной модальности.
Научная новизна работы заключается в том, что в процессе исследований с использованием комплексного подхода впервые установлено:
- позитивное влияние занятий баскетболом на развитие функционирования звеньев слуховой сенсорноспецифической системы, обеспечивающих опознание, узнавание и принятие решения с большей скоростью и легкостью в ситуации выбора целевого слухового стимула; напротив, у квалифицированных дзюдоистов установлена активизация процессов торможения опознания слуховых стимулов;
- студенты, занимающиеся спортом, справляются с узнаванием, принятием решения в ситуации выбора целевых зрительных образных стимулов и формированием «динамического шаблона» с меньшими сложностями, чем студенты-неспортсмены. При этом скорость принятия решения в ситуации выбора целевых зрительных образов выше у спортсменов-баскетболистов, а скорость формирования «динамического шаблона» - у квалифицированных дзюдоистов;
- у студентов, занимающихся спортом, более высокая скорость (особенно у баскетболистов) и легкость принятия решения в ситуации выбора целевых светодиодных вспышек, что указывает на стимулирующее влияние спортивных физических нагрузок на функциональную активность коры больших полушарий;
- стимулирующее влияние спортивных нагрузок различной тренировочной направленности на объем и эффективность использования модальноспецифической оперативной памяти, при этом скорость функционирования оперативной памяти выше у студентов-баскетболистов;
- в условиях регулярных спортивных физических нагрузок усиливается сопряженность структур головного мозга, повышается эффективность и скоординированность работы звеньев модальноспецифических систем, обеспечивающих анализ и переработку информации на различных этапах когнитивного процесса; скорость принятия решения сопряжена с объемом и эффективностью использования оперативной памяти, совершенствованием навыков опознания, которые в свою очередь находятся в прямой зависимости от скорости узнавания предъявляемых стимулов.
Положения, выносимые на защиту:
-
Занятия баскетболом снижают сложность опознания слуховых тоновых стимулов, увеличивают скорость их узнавания и снижают сложность узнавания образных зрительных и слуховых тоновых стимулов в соответствующих сенсорноспецифических системах, ускоряют и снижают сложность принятия решения в ситуации выбора целевых стимулов во всех рассмотренных сенсорноспецифических системах, развивают скорость и эффективность процесса распознавания и создания «динамического шаблона» в образной зрительной сенсорноспецифической системе.
-
Занятия дзюдо оказывают тормозящее влияние на скорость опознания слуховых тоновых стимулов, снижают сложность опознания целевых образных зрительных стимулов в соответствующих сенсорноспецифических системах, увеличивают скорость и легкость принятия решения в ситуации выбора целевых светодиодных вспышек, уменьшают сложность при принятии решения в ситуации выбора целевых стимулов в каждой из рассмотренных сенсорноспецифических систем, развивают скорость и эффективность процесса распознавания и создания «динамического шаблона» в образной зрительной сенсорноспецифической системе.
-
У студентов-баскетболистов скорость и легкость опознания, скорость узнавания слуховых тоновых стимулов, скорость принятия решения в ситуации выбора целевого стимула, большая эффективность использования ограниченных ресурсов каждого из рассмотренных видов модальноспецифической оперативной памяти по сравнению с квалифицированными дзюдоистами. У квалифицированных дзюдоистов выше скорость и эффективность процесса распознавания и создания «динамического шаблона» в образной зрительной сенсорноспецифической системе.
-
Спортивные нагрузки различной тренировочной направленности оказывают стимулирующее влияние на объем и эффективность использования оперативной памяти: у занимавшихся спортом студентов лучше развиты объем и эффективность использования данного вида памяти при предъявлении реверсивного шахматного паттерна, слуховых тоновых щелчков и светодиодных вспышек.
-
У студентов-баскетболистов по сравнению с квалифицированными дзюдоистами более высокая эффективность использования оперативной памяти.
-
Между показателями когнитивных вызванных потенциалов, характеризующих различные этапы когнитивного процесса, существуют как положительные, так и отрицательные коррелятивные связи, наглядно демонстрирующие сопряженность структур головного мозга и его функциональных систем и возможность регулирования и совершенствования этих процессов. У студентов, занимавшихся спортом, по сравнению со студентами-неспортсменами корреляционные связи более тесные, вместе с тем квалификация и спортивная специализация не оказывают существенного влияния на структуру корреляционных связей.
Методологическая основа исследования: фундаментальные теории о принципах системной организации интегративной деятельности мозга и психических процессов, их изменчивости и пластичности (И.М. Сеченов 1866-1902; А.А. Ухтомский, 1964; И.П. Павлов, 1883; Н.А. Бернштейн, П.К. Анохин, 1936-1975; А.Р. Лурия, 1973-1976; Л.С. Выготский, 1927-1934; Ю.И. Александров, 2003); современные представления о теории нейронных сетей, их иерархическом характере (Л.С. Выготский, 1982; Fisher, Rose, 1994); теории о доминирующей роли деятельности в развитии человека (А.А. Ухтомский, В. П. Казначеев и др., 1964-1999; Н.А. Агаджанян и др., 1994-2003); сложившиеся методологические подходы к интерпретации событийно-связанных потенциалов мозга (Т.М. Марютина, 1998; Н.Н. Данилова, 2000; Л.Б. Иванов, 2000; В.В. Гнездицкий, 2003; В.Н. Кирой, П.Н. Ермаков, 2004; Э.А. Костандов, 2004; S. Sutton, 1965; J. Polich, 1992; Y. Ohgami, Y. Kotani, S. Hiraku, Y. Aihara, M. Ishii, 2004);
Теоретическая основа исследования: теория функциональных систем (П.К. Анохин, 1935-1974; К.В. Судаков, 1987-1999); общая теория о единстве основных физиологических процессов – возбуждения и торможения
(Н.Е. Введенский, 1882-1922); принципы детерминизма (И.М. Сеченов, 1863-1892) и нервизма (И.П. Павлов, 1883; К.М. Быков, 1944-1959); теории мотивации достижения (И.А. Васильев, М.Ш. Магомед-Эминов, 1991; С.А. Шапкин, 2000; Т.О. Гордеева, 2002; X. Хекхаузен, 2001; Р.А. Эммонс, 2004; J.W. Atkinson, 1957; D. MacClelland, 1972; Т.М. Thrash; A.J. Elliot, 2002; B.E. Razzino, S.C. Ribordy, K. Grant, J.R. Ferrary, B.S. Bowden, J. Zeisz, 2004); психофизиологические теории мотивации (П.К. Анохин, 1979; П.В. Симонов, 1987; К.В. Судаков, 2003; Ч.А. Измайлов, 2004; Э.А. Костандов, 2004); теория о роли сенсорных коррекций в регуляции движений (Н.А. Бернштейн, 1947); теория внимания и его роль в функциональной организации мозга (Н.А. Дубровинская, Д.А. Фарбер, 1977); представления о нейрофизиологических механизмах мышления (Н.Н. Бехтерева, 1974-2003); концепция формирования когнитивных процессов и их специфика на разных этапах онтогенеза (В.В. Алферова, Д.А. Фарбер, Т.Г. Бетелева 1977-1983); психогенетические исследования ЭЭГ и событийно-связанных потенциалов мозга (И.В. Равич-Щербо, Т.А. Мешкова, Н.В. Гавриш, 1978; Т.М. Марютина, 1998; С.Б. Малых, 2004; С.Е.М. van Beijsterveldt, G.C.M. van Baal, 2002; E.V. Orekhova, Т. Stroganova, I.N. Posikera, 2003); формирование физической культуры личности (К.Д. Чермит, 2002; В.К. Бальсевич, 2003; М.Я. Виленский, 2004-2012).
Теоретическая значимость работы. Результаты настоящей работы расширяют современные представления о физиологических механизмах развития когнитивных функций в условиях спортивных физических нагрузок.
Комплексная оценка показателей когнитивных функций головного мозга дополняет информационно-методологическую базу в области теории системной организации интегративной деятельности мозга и психических процессов, их изменчивости и пластичности, углубляет концепцию об интерпретации событийно-связанных потенциалов, дает объективную возможность выделить наиболее успешный контингент в спортивных группах, приблизиться к раскрытию механизмов когнитивных процессов, получить теоретическое обоснование дифференцированного подбора видов спортивных физических нагрузок; эффективно управлять развитием когнитивных возможностей, влияя на отдельные звенья их реализации. Полученные данные могут служить в качестве нейродинамических модельных характеристик, на которых может быть основана система выбора вида спорта, комплектования спортивных секций, групп высшего спортивного мастерства, отбор потенциальных чемпионов.
Практическая значимость работы. Представленные в работе характеристики когнитивных функций квалифицированных спортсменов и студентов, занимавшихся в секциях и не имевших спортивных разрядов, могут лечь в основу базы данных при формировании единого регионального методологического и информационного пространства по вопросам поиска здоровьесберегающих двигательных режимов и спортивно-оздоровительных технологий в ВУЗе.
Использование полученных данных корреляционного анализа взаимоотношений между функциональными особенностями каждого из этапов когнитивного процесса, развитием определенных звеньев сенсорноспецифических систем, с учетом квалификаций и спортивной специализации, позволит преподавателям физической культуры в ВУЗах выделить и индивидуализировать целевые задачи подготовки студентов, позволяющие повысить эффективность и скоординированность структур, участвующих в осуществлении когнитивных процессов.
Полученные данные могут быть использованы тренерским составом команд в качестве ориентиров для оптимизации тренировочного процесса, выработки более эффективных путей подготовки баскетболистов и дзюдоистов с учетом их когнитивных особенностей.
Результаты исследования могут быть использованы в системе подготовки специалистов по общей и спортивной физиологии, спортивных тренеров.
Включение материалов диссертационного исследования в учебный процесс, при подготовке учебников, учебных и методических пособий позволит повысить профессиональную компетентность студентов биологических и спортивных факультетов университетов, педагогических ВУЗов, институтов физической культуры.
Внедрение результатов исследования. Работа выполнена в рамках целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг.» (код ГРНТИ 34.39.55,87.24.27 № госконтракта 14.740.11.0178), а также по итоговому плану научно-исследовательских работ ВУЗов, проводимых по заданию Минобрнауки РФ в 20012-2014 гг. (№ проекта 4.1687.2011).
Теоретические положения и выводы настоящей работы используются в учебно-тренировочном процессе Института физической культуры и дзюдо АГУ, кафедры физического воспитания Адыгейского государственного университета; внедрены в учебный процесс на кафедре физиологии Адыгейского государственного университета в рамках профессионального цикла базовой части направления 020400.62 Биология («Физиология человека и животных», «Высшая нервная деятельность») и вариативной части («Диагностика и коррекция психофизиологического состояния», «Физиология сенсорных систем»).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на III Съезде физиологов СНГ (Ялта, 2011); XXII съезде физиологического общества им. И.П. Павлова (Волгоград, 2013); на ежегодных Международных научных конференциях молодых ученых Адыгейского государственного университета «Наука. Образование. Молодежь».
По материалам диссертации опубликовано 6 работ, из них 4 - в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 189 страницах компьютерного текста, работа содержит 12 таблиц, иллюстрирована 12 рисунками, состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, экспериментальной главы, обсуждения полученных результатов, выводов, практических рекомендаций, библиографического указателя используемой литературы, включающего 182 отечественных и 314 иностранных источников.
