Другим подходом к изучению познавательной сферы индивида является ассоциативный эксперимент. В работах отечественных психологов П. П. Блонского, П. А. Шеварева, Ю. А. Самарина, А. Р. Лурия большое внимание уделялось изучению ассоциаций. В настоящее время изменилось понятие ассоциацииэто не только связь между явлениями сознания, но и важнейшая функция, без которой невозможна нормальная психодинамика [125]. Авторы приводят афоризм О. Мандельштама: «Образованностьэто школа быстрейших ассоциаций» и подчеркивают, что ассоциацииследствие образованности, а не ее причина. То, что это действительно так, мы убедились, изучая в течение многих лет ассоциации, которые возникают у студентов-медиков в ответ на словосочетание «красное и черное». Дело в том, что при изучении строения экстрапирамидной системы студенты должны запомнить, что в состав ее паллидонигрального отдела наряду с другими структурами входят красное ядро и черная субстанция. Студентам предлагалось назвать ассоциации, которые возникали в связи с этим словосочетанием. Проводя этот ассоциативный эксперимент, мы установили, что на протяжении последних десяти лет изменился уровень ассоциаций, они стали конкретнее и проще. Если раньше у 40 % студентов возникала ассоциация с одним из самых известных романов о любви «Красное и черное» Стендаля, то в последние годы удается получить в основном такие ответы: «красная и черная икра», «божья коровка», «платье с красными и черными полосками», «кровь на асфальте», «красный шар с черной ниткой».
Несомненно, одной из главных причин такого обеднения ассоциаций является то, что дети и подростки стали меньше читать. Нередко видишь, как на приеме мама, чтобы занять делом сына или дочь 712 лет, дает свой мобильный телефон со словами: «Ты поиграй, пока я поговорю с врачом». Насколько полезней была бы в этот момент интересная книжка!
Американскими психологами разработан словесный ассоциативный тест (Word Associate Test) для оценки знаний в процессе обучения. Школьникам и студентам предлагался список терминов или собственных имен, относящихся к определенной тематике; на каждый термин они должны были отвечать релевантным словом и короткой фразой. Ответы оценивались по четырехбалльной шкале в зависимости от степени релевантности. Сумма баллов характеризовала полноту усвоения материала и коррелировала с уровнем знаний экзаменующегося по определенной теме. Следовательно, изучение когнитивных ассоциаций имеет не только большое теоретическое, но и практическое значение.
Когнитивная функция осуществляется благодаря участию многих структур головного мозга, среди которых особую роль играет гиппокамп. Известно, что гиппокамп состоит из аммонового рога и зубчатой извилины, тесно связан с корой височной доли и перегородкой, образно его называют «сердцем лимбической системы». Углубленный анализ взаимосвязей гиппокампа и нарушений познавательной деятельности показал, что клетки гиппокампа отличаются особой полимодальностью в отношении реакции на сенсорные, прежде всего зрительные и слуховые, стимулы, участвующие в процессах восприятия [10]. Появление и перемещение изображений на экране или включение звуковых сигналов сопровождается активацией структур гиппокампа. При естественном старении головного мозга нейроны парагиппокампальной извилины постепенно утрачивают шипики на дендритах, что снижает их функциональную активность и сопряжено с ухудшением когнитивных способностей. Выявляется высокая чувствительность клеток гиппокампа к ишемии и гипогликемии, что объясняют особенностью нейромедиаторного обмена: ведущим нейротрансмиттером в афферентных путях к гиппокампу, в кортико-кортикальных синапсах, эфферентных путях из коры к подкорковым структурам является глутамат. Уровень глутамата резко увеличивается в синапсах при ишемии, метаболических и нейродегенеративных процессах, что ускоряет программированную гибель клеток.
Новым в изучении структур, причастных к выполнению когнитивных функций, является установление роли мозжечка, отвечающего за координацию и равновесие, в процессах познания. Известно, что мозжечок связан с префронтальной, затылочно-теменной и височной кортикальными ассоциативными областями, с лимбической системой. С помощью позитронно-эмиссионной томографии выявлена активация структур мозжечка при выполнении нейропсихологических заданий, не связанных с движением. Нейрофизиологические, нейровизализационные и патоморфологические данные свидетельствуют, что мозжечок является одной из церебральных структур, пораженных при таких когнитивных и поведенческих расстройствах, как синдром дефицита внимания и гиперактивности, аутизм, шизофрения.
Кроме того, у пациентов с наследственными церебеллярными атаксиями выявлены когнитивные дисфункции. У больных с очаговыми патологическими изменениями мозжечка вследствие опухоли, инфаркта головного мозга обнаружен когнитивный дефицит с нарушением исполнительных, визуально-пространственных, лингвистических и поведенческих функций. Известно, что функциональная активность мозжечка тесно связана с работой подкорковых ядер, также вовлеченных в осуществление когнитивных функций. Установлено, что подкорковые ядра активно участвуют в контроле автоматизированного зрительно-пространственного внимания [263].
Одним из тестов, чувствительных к зрительно-пространственным и регуляторным расстройствам, является тест рисования часов. Пациент должен самостоятельно нарисовать на нелинованной бумаге часы в виде круга с цифрами на циферблате и расположить стрелки согласно заданному времени. Как давно люди пользуются часами? Сначала в Древнем Египте появились солнечные часы, затем были созданы водяные и песочные часы, только в конце VI в. в Византии появляются механические часы; сегодня многие пользуются электронными кварцевыми часами. При выполнении теста рисования часов возникают вопросы о психологическом строении навыка определения времени по часам, о его возрастных особенностях, о влиянии наличия часов на когнитивную деятельность, поведение человека. Показано, что определение времени по часам требует выполнения ряда гностических и мнестических пространственно-временных операций [170]. И хотя уже маленькие дети играют с часами, с удовольствием слушают тиканье часов, навык пользования ими формируется только в младшем школьном возрасте, а иногда это происходит только у подростков.
Как отмечалось выше, согласно Ж. Пиаже, четвертый период когнитивного развитияформальных операцийначинается обычно с одиннадцати лет, когда логика начинает учитывать все возможные, все мыслимые комбинации. Ж. Пиаже и его сотрудники провели серии экспериментов, в которых выявили, что способность детей комбинировать различные факторы, проводить анализ их взаимодействия формируется не раннее подросткового возраста. В то же время большинство детей при решении комбинаторных задач действуют бессистемно, только 515 % испытуемых рассматривают отдельные варианты, следуя определенной схеме. В дальнейшем недостаточное знание комбинаторных способов рассуждения препятствует развитию научного мышления. В связи с этим Министерство образования РФ приняло постановление об обязательном введении в программу общеобразовательной школы по математике изучение раздела «Комбинаторика, статистика и теория вероятностей», начиная с 2006 г. Практическое значение формирования комбинаторного мышления у младших школьников и подростков четко показано в работе [34].
Авторы, исходя из положений теории поэтапного формирования действий и понятий П. Я. Гальперина, концепции учебной деятельности Д. Б. Эльконина и В. В. Давыдова, теории онтогенетических стадий интеллектуального развития Ж. Пиаже, исследовали систему психологических условий, необходимых для формирования комбинаторного мышления, и разработали программу обучения обобщенному способу решения комбинаторных задач в средней школе. Показано, что в условиях стихийного развития логические структуры мышления, составляющие основу комбинаторики, у большинства учащихся формируются только к середине подросткового возраста. Применение экспериментальной методики по формированию комбинаторики позволило добиться хороших результатов независимо от уровня успеваемости учащихся по математике, оказало положительное влияние на развитие мышления и показатели общего умственного развития. Отмечая положительную роль комбинаторики, великий русский биолог Н. К. Кольцов писал: «Я знал несколько знаменитых чемпионов, в том числе Капабланку. Должен сказать, чтодля шахмат требуется совершенно патологическая способность к элементарной комбинистике и патологическая память на детали».
1.2. Особенности становления когнитивных функций
Для понимания развития когнитивных процессов необходимо знать онтогенез центральной нервной системы, ответить на вопрос: что и когда в ней происходит? Доказано, что пролиферация и миграция нейронов в ЦНС проявляется, в основном, в первой половине гестации. Вторая половина гестации характеризуется существованием фукционально важной транзиторной структуры «subplate», пролиферацией глии и программированной гибелью клеток. При этом спрутинг аксонов и дендритов, формирование синапсов происходят в последнем триместре гестации и продолжаются в течение первого года жизни. В это время активно идет процесс миелинизации. Формирование основных структур нервной системы в онтогенезе подробно рассмотрено в работах [157, 159]. Показано, что с седьмой недели постменструального возраста формируются стриатум, таламус, гипофизарная воронка, только к 25-й неделе образуются слои коры головного мозга, к сороковойосновные борозды мозга и к сотой неделебезымянные извилины. Принято выделять четыре основных этапа развития нервной системы [252]: 1) органогенез и нейронная мультипликация; 2) спурт (с англ. внезапное усилие, рывок) мозга, включающий рост аксонов, дендритов, мультипликацию глии, миелинизацию и увеличение размеров мозговой ткани; 3) созревание и достижение размера мозга, соответствующего взрослым людям; 4) старение.
В монографии профессора А. Б. Пальчика «Введение в неврологию развития» [135] дано углубленное рассмотрение основных концепций неврологии развития. Наряду с работами Ж. Пиаже, Л. С. Выготского, П. П. Блонского, П. К. Анохина, Л. О. Бадаляна, Ю. П. Барашнева, Ю. А. Якунина, Л. Т. Журбы, Е. М. Мастюковой, Н. П. Шабалова большой вклад в этот важнейший раздел медицины внесли исследования Г. Ф. Прехтля (H. F. R. Prechtl), П. Казера (P. Casaer), Т. Г. Бауэр (T. G. Bower), сотрудников Гарвардской медицинской школы [347, 348]. Этой проблеме посвящена и работа Н. Ньюкомб (N. Newcombe) «Развитие личности ребенка», опубликованная в 2002 г. Согласно концепции системогенеза П. К. Анохина [6, 7], происходит усложнение морфофункциональной дифференциации нервных клеток, развитие саморегулирующихся функциональных систем, составляющие которых взаимодействуют с наличием обратной связи. При этом эволюция морфологии нервной системы является не просто линейным увеличением невральных элементов, их связей, но включает в себя и регрессивные процессы, что обеспечивает возрастную адаптацию [347, 348]. В результате формируются гибкие и жесткие звенья систем мозга, которые обеспечивают психическую деятельность у здорового человека и при поражении нервной системы [23, 24].
Нейротрансмиттерные системы выявляются уже в ранней фетальной жизни и в пренатальный и перинатальный этапы развития имеют периоды чрезмерной экспрессии. Это показано для ацетилхолинергической, катехоламинергической и глутаматной систем [278]. Установлено, что нейротрансмиттеры и пептиды имеют определяющее значение не только для функционирования мозга взрослого человека, но и для его развития.
Холинергические афференты играют важнейшую роль в дифференцировке коры головного мозга, хотя сначала холинергические маркеры появляются в продолговатом мозге. При снижении холинергической иннервации наблюдается задержка клеточной дифференцировки в коре головного мозга, что ассоциируется с когнитивными и поведенческими расстройствами после рождения ребенка. Показано неблагоприятное влияние М и Н-холинолитиков на пренатальное развитие моноаминергической системы [13]. Экспериментальные данные с использованием иммуноцитохимического окрашивания материала, полученного при абортах у женщин, показали, что иммунореактивность, характерная для ацетилхолинэстеразы, энкефалина, субстанции Р, впервые выявляется на 57-й неделе гестации в спинном мозге, затем в ядрах ствола мозга на 1112-й неделе гестации. В то же время серотонинергические нейроны обнаруживаются впервые на десятой неделе гестации в дорсальном ядре шва, и по мере роста плода их число уменьшается. Факторы, ингибирующие освобождение соматостатина, вазопрессин, окситоцин выявляются в гипоталамусе на 1214-й неделях гестации; моноаминоксидаза, сукцинатдегидрогеназа, вазоактивный интестинальный пептид обнаруживаются в визуальной коре в середине гестации. Считают, что раннее появление, широкая распространенность и высокий уровень нейротрансмиттеров и нейропептидов в развивающейся ЦНС свидетельствуют об их ключевой роли в нейрональной дифференциации.
Особое внимание исследователей привлекает изучение становления слухового восприятия и поведенческих ответов к звуку у новорожденных. Установлено, что доношенные новорожденные являются активными слушателями, которые, несмотря на незрелость системы слуха и ограниченный спектр поведенческих ответов, хорошо различают звуки речи [345]. К шести месяцам дети при восприятии речевых звуков извне могут воспроизводить фрагменты слов, которые они услышали; младенцы могут помнить слова из рассказа в течение более двух недель. Самое интересное, что обнаружена функциональная основа этой способности: результаты нейровизуализации свидетельствуют о наличии взаимосвязи структур слухового восприятия и артикуляционного аппарата у таких детей.
В первые месяцы жизни младенцы уже могут отличать высоту тонов и временные паттерны. Они распознают мелодию, когда высота тонов сдвигается вверх или вниз, но связь между ними сохраняется. Мелодический контур, по-видимому, наиболее заметная черта мелодий для слушателей-младенцев. Матери, поющие регулярно детям, делают это особенным образом: на высоких тонах, в медленном темпе, экспрессивно. Младенцы-слушатели предпочитают материнскую манеру пения, и они более внимательны к пению матери, чем к ее речи [380].
Музыкальная память у них также может быть мощной [32]. Младенцам в возрасте семи месяцев давали слушать две сонаты Моцарта в течение двух недель. Спустя еще две недели их тестировали на восприятие пассажей известной музыки и сходной, но новой музыки. Результаты исследований предполагают, что младенцы сохраняют известную музыку в долговременной памяти и их слуховые предпочтения нарушаются при удалении из музыкального контекста пассажей, которые присутствовали при запоминании. В последние годы музыкальным способностям отводится важная роль в формировании речи, в становлении коммуникации, кооперации в онтогенезе. Известен старый афоризм «не знать музыки так же постыдно, как не знать грамоты». В то же время описаны случаи диссоциации музыкального и речевого слуха. Пациенты-музыканты после инсульта или в результате нейродегенеративного заболевания развивали речевые расстройства по типу сенсорной афазии с нарушением восприятия устной речи, однако продолжали не только писать, но и исполнять музыкальные произведения [115, 221]. Так, например, у выдающегося французского композитора Мориса Равеля в результате нейродегенеративного процесса с преимущественным поражением левой гемисферы возникли выраженные речевые расстройства с персеверациями. При этом он не оставлял своей композиторской и исполнительской деятельности, хотя имел серьезные речевые проблемы. В эти годы было написано его знаменитое «Болеро».
В научной литературе встречается большое число исследований, посвященных восприятию музыки, которое включает акустический анализ нот, музыкального образа, роли межполушарной асимметрии, особенностей возникающих эмоций. Считается, что правое полушарие доминирует при спектральном анализе мелодии, а левое является ведущим при определении ее ритмической структуры [32]. При узнавании мелодий, по данным нейровизуализации, активировались слуховая кора, зрительный бугор и нижняя лобная извилина с обеих сторон, что свидетельствует об участии в восприятии музыки различных когнитивных процессов, протекающих в обоих полушариях. Эмоциональное восприятие музыкальных произведений происходило с вовлечением всех структур лимбической системы, прежде всего, миндалины, гиппокампа. Восприятие музыки отличалось у лиц разного пола: эмоциональная насыщенность мелодий лучше различалась девочками по сравнению с мальчиками. Показано, что в онтогенезе развитие речи у детей опирается на просодическую информацию, так же как и восприятие музыки, которая воздействует на эмоции ребенка, на процессы социальной адаптации [306].