Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Электрическая активность головного мозга школьников с разным уровнем математических способностей

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Электрическая активность головного мозга школьников с разным уровнем математических способностей"

'київський університет імені Тараса Шевченка

г * /

Козачук Наталія Олександрівна

УДК.612.822.3+612.821

ЕЛЕКТРИЧНА АКТИВНІСТЬ ГОЛОВНОГО МОЗКУ ШКОЛЯРІВ З РІЗНИМ РІВНЕМ МАТЕМАТИЧНИХ ЗДІБНОСТЕЙ

03.00.13 - фізіологія людини і тварин

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

Київ -1998

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Волинському державному університеті імені Лесі Українки

Науковий керівник: доктор медичних наук, професор Гіттік Леонід Самійлович,

Волинський державний університет імені Лесі Українки, кафедра анатомії і фізіології людини, завідувач кафедрою

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор

Макаренко Микола Васильович,

Інститут фізіології імені О.О.Богомольця НАН України, провідний науковий співробітник

кандидат біологічних наук Зима Ігор Григорович,

НДІ фізіології Київського університету імені Тараса Шевченка, старший науковий співробітник

Провідна установа: Інститут психології імені Г.С.Косенка АПН України /м.Київ/

Захист відбудеться “<£” 199 и р. огодині на

засіданні спеціалізованої вченої ради Д 01:01 .10 при Київському університеті імені Тараса Шевченка за адресою: 252022, Київ, просп. Глушкова, 2, Інститут фізіології Київського університету імені Тараса Шевченка, кімната 502.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Київського університету імені Тараса Шевченка за адресою: 252033, Київ, вул. Володимирська, 58.

Автореферат розісланий “____”_________________1998 р.

Вчений секретар ґ~7

спеціалізованої вченої ради уУ/У// Г.П.Гушинець

кандидат біологічних наук

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Робота присвячена вивченню нейрофізіологічних основ математичних здібностей. В останні роки зросла кількість навчальних закладів, спрямованих на роботу з обдарованими дітьми. Тому особливо гостро стоїть питання своєчасного відбору таких дітей та створення оптимальних умов для реалізаціїїх інтелектуального і творчого потенціалу. Не підлягає сумніву, що здібності треба вивчати не тільки з позицій психології і педагогіки, але й як процес, оснований на певних нейробіологічних закономірностях. Цей аспект питання здібностей, зокрема математичних, вивчений недостатньо. Результати досліджень розбіжні, а нерідко і суперечливі. Повідомляється про різні фокуси активації в корі мозку, про різні типи міжпівкулевих та внутрішньопівкулевих взаємодій, про варіативну динаміку коркових процесів (Ліванов, 1972; Коган і Коган, 1984; Князева, 1991;Біяшева,Шевцова, 1993;Walter, 1966;таін.). При вивченні активності мозку в умовах здійснення математичноїдіяльності особливий інтерес становлять, з одного боку, дослідницькі завдання при чіткому тестуванні когнітивних процесів, а з другого боку - розробка науково-практичних критеріїв оцінки математичних здібностей і відбору обдарованих дітей.

Зв”язок роботи з науковими програмами. Робота виконана в межах держбюджетноїтеми 12.97 “Системні механізми цілісної діяльності мозку дітей шкільного віку” Волинського державного університету імені Лесі Українки /номер держреєстрації 0196U 06629/.

Мета і завдання дослідження. Вивчити електроенцефалографічні особливості математичноїдіяльності школярів з врахуванням рівняїх математичних здібностей. Мета дослідження досягалась вирішенням таких конкретних завдань:

1.Порівняти електричну активність головного мозку у школяріаз високими математичними здібностями /“математики”/ та звичайними здібностями /’’нематематики”/ при виконанні математичних операцій.

2.В обох групах досліджуваних при вербальній діяльності, використовуючи комп'ютерні програми, вивчити:

а/зональний розподіл питомої ваги основних частотних діапазонів

ЕЕГ;

бІ топографічне картування інтенсивності електричної активності головного

мозку;

в/кореляційні внутрішньопівкулеві та міжпівкулеві зв”язки за показниками ЕЕГ.

З .Виділити нейрофізіологічні критерії математичних здібностей школярів.

Наукова новизна одержаних результатів. При математичній діяльності школярів вперше проведено порівняльне системне вивчення електричної активності мозку з використанням комплексу компьютерних програм і з врахуванням рівня здібностей досліджуваних та якості досягнутого результату. На цих позиціях показано особливості взаємодії макроструктур великих півкуль головного мозку.

Науково-практичне значення одержаних результатів

Інструментальними методами /система комп'ютерної електроенцефалографії показані особливості міжпівкулевих і внутрїшньопівкулевих взаємодій прі математичній діяльності як форми когнітивної функції головного мозку Встановлені нейрофізіологічні відмінності залежно від рівня математичнії? здібностей школярів. Отримані дані можуть бути використані в шкільнії практиці як критерій математичної обдарованості.

Особистий внесок дисертанта. Робота виконана дисертанток самостійно.

Апробація роботи. На основі матеріалів дисертації були зроблені доповіді на: Всеукраїнському науковому симпозіумі “Особливості формування тг становлення психофізіологічних функцій в онтогенезі” /1995, Київ-Черкаси/: Міжнародній науковій конференції “Суспільствознавчі науки та відродження нації” /1997, Луцьк/; ІІ-ій науковій конференції “Індивідуальні психофізіологічні властивості людини і професійна діяльність /1997, Київ-Черкаси/; ІІІ-ІЇ Міжнародній науково-методичній конференції “Інтелектуальна і творча обдарованість. Проблеми. Концепції. Перспективи.” /1997 р., Варшава/: Міжнародній науковій конференції“Наука і освіта” /1997,Київ/; щорічних наукових конференціях Волинського державного університету імені Лесі Українки /19941997 рр., Луцьк/.

Публікації. Матеріали дисертаціївисвітлені в 10 публікаціях.

Об“емпш структура дисертації. Дисертація складається із вступу, огляду літератури, контингенту та методів дослідження, викладення отриманих результатів та їх обговорення, висновків та списку літератури. Дисертацію викладено на 104 сторінках машинописного тексту. Праця містить 51 таблицю і 13 малюнків. Список основної цитованої літератури включає 236 джерел вітчизняних та зарубіжних авторів.

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

Контингент та методика дослідження. В наших дослідженнях для вирішення питання про нейрофізіологічні основи математичної діяльності в шкільному віці використаний комплексний підхід, який включає такі фактори: 1/однотипність вікового підбору досліджуваних; 2/ використання при вирішенні завдань системи тестів; З/підбір адекватних нейрофізіологічних методик.

Дослідження проводились на учнях старших класів гімназій та природничого ліцею міста Луцька. Всього обстежено 109 хлопців віком 15-16 років, здорових за даними психоневрологічного та соматичного обстеження медична картка 026/у/, праворуких за самооцінкою і спеціально розробленими мануальними тестами (Брагіна, Доброхотова, 1981).

Досліджувані були розділені на дві групи, які умовно названі “математики” і “нематематики”. В групу “математиків” /44/ входили учні, які проявили особливі здібності до математики. їх відбір здійснювали педагоги-математики. Ці

з

школярі займали високі рангові місця за результатами тестування при вступі до гімназії та ліцею, при поточному контролі за успішністю та на профільних олімпіадах. До групи “нематематиків” /65/ ввійшли учні, які не відзначалися особливими математичними здібностями і мали досить високу рівну успішність з усіх дисциплін.

Нейрофізіологічні особливості мислення у школярів вивчали у таких експериментальних станах: 1/фонова активність /при закритих очах /; 2/при розв“язанні математичних тестів: стереотипного /тест 1/; логічного /тест 2/; аналітичного /тест 3/; прн вирішенні вербального нематематичного завдання /анаграм/. Стереотипний тест полягав в усному множенні двозначних чисел. Логічний - передбачав екстраполяцію числа в числовому раду. В аналітичному тесті пропонувалось у математичному виразі шляхом постановки дужок змінити порядок операцій для отримання заданої відповіді.Нематематичне вербальне завдання полягало у вирішенні анаграм, тобто відгадуванні слів, зашифрованих у вигляді п“яти букв, розміщених у випадковому порядку.

З метою пред“явлення завдань суб“єктивно однакової склад ності виконання їх було обмежене в часі. Для розв“язання кожного тесту виділялось 32 секунди, що відповідає епосі комп'ютерного аналізу ЕЕГ.

Електрична активність головного мозку досліджувалась з допомогою системи комп’ютерної електроенцефалографії “Ритм”, розробленої НВО “Тамерс” /Харків/, яка включала: 8-канальний електроенцефалограф “Оріон” /Угорщина/; ЕОМ ДХ4-100 з тактовою частотою процесора 100 мГц; аналого-цифровий перетворювач; інтерфейсний модуль.

Епоха аналізу складала 32 секунди. Електроди для записування ЕЕГ розміщувалися за міжнародною системою 10/20 у восьми симетричних точках лівої і правої півкуль головного мозку: лобних Л^; Рсі/, вискових /Те; Тсі/, тім’яних /Рї;РсЗ/, потиличних /Оя; Ой!. Реєстрація здійснювалась монополярно з референтним вертекс-електродом.

Для оцінки ЕЕГ-даних як показників функціонального стану мозку був використаний пакет сучасних комп'ютерних програм.

Аналізувались загальні особливості активації і перебудови електричної активності кори великих півкуль і пов“язаних з нею підкоркових структур /зональний розподіл питомої ваги основних частотних діапазонів ЕЕГ /%%/.

Характер просторового розподілу інтенсивності електричноїактивності та топографія фокусів активації /зон максимальної інтенсивності електричної активності/визначалися за програмою частотного аналізу спектрів інтенсивності. Результати представлялись у вигляді топокарт, при побудові яких здійснювалось логарифмічне стиснення градацій кольорів у всьому динамічному діапазоні. Кольором передавалась інтенсивність електрогенезу в кожній корковій зоні. 15 градацій кольорів нормувались в межах від 6,7 до 100.0 умовних мкВ.

Рівень функціональних зв’язків між окремими структурами великих півкуль головного мозку вивчався на основі результатів кореляційного аналізу. Визначались коефіцієнти кореляцій /г/ і частота значних та високих кореляцій до всіх

можливих /%%/. Коефіцієнти кореляцій /г/ нормувалися в межах 0-1,0 відповідно виражали: до 0,30 - слабкий, 0.31 - 0.50 - помірний, 0.51 - 0.70 значний, 0.71 -1.0-високий ступені кореляції (Шевченко, 1970; Хрізман, 1978 В наших дослідженнях враховувались значні та високі кореляції.

При аналізі отриманих даних враховувалась успішність виконання тестії В групі “математиків” були виконані всі завдання /всього 176/, в груї “нематематиків” - успішно 117, неуспішно 143.

Статистичну обробку даних проводили з використанням t-критерії Стьюдента (Лакін, 1973; Венчиков та ін., 1974). Різницю двох середніх величи вважали достовірною при значеннях р<0.05.

Зональний розподіл питомої ваги основних частотних діапазоні ЕЕГ при математичній діяльності. Порівняння змін питомої ваги основни частотних діапазонів ЕЕГ в групі “математиків” і “нематематиків” не виявил суттєвих відмінностей. У всіх досліджуваних встановлений досить чіткий стабільний характер зонального розподілу ритмів ЕЕГ. При вербальній діяльносг відмічено зниження альфа-активності у всіх зонах головного мозку і наростанн тета-активності в лобно-вискових ділянках обох півкуль порівняно з фоновою EEf

Аналіз зонального розподілу питомої ваги основних частотних діапазоні ЕЕГ при вербальній діяльності не виявив його залежності від змісту виконуваног завдання. Використання різних вербальних тестів приводило до однотипни зрушень електрогенезу головного мозку.

Результати наших досліджень свідчать про загальне підвищенн функціонального стану великих півкуль головного мозку і перебудову ї біоелектричної активності при вербальній діяльності, зокрема при математичном тестуванні. Ця генералізована активація здійснюється обома півкулями проявляється перш за все у зменшенні питомої ваги альфа-частот. Подібні пошир» зрушення в альфа-діапазоні можна вважати електроенцефалографічним проявої орієнтувально-дослідницької активності головного мозку. Досить важливим збільшення електричної активності передніх відділів мозку в тета-діапазоні, щ< як відомо /Алферова, Фрід, 1977; Бетелєва, Дубровинська, Фарбер, 1977; Хомське 1978; Симонов, 1987/, відображає зміни рівня вегетативного та емоційногі забезпечення когнітивних процесів.

Виходячи з цього, ми вважаємо, що особливий інтерес при досліджені: нейрофізіологічних механізмів математичної діяльності становить поглиблен вивчення взаємодій структур великих півкуль мозку і їх електричної активності самевальфа-ітета-діапазонах.

Топографічне картування інтенсивності електричної активності мозк при математичній діяльності. Нами встановлені певні відмінності і топографічному картуванні електричної активності мозку в обох група: досліджуваних при математичному тестуванні. В альфа-діапазоні у “математиків' виявлена здатність до формування чітко вираженого фокуса максимально

активації в лівій лобно-висковій зоні. В цій групі вже в фоновій ЕЕГ зареєстровано переважання електричної активності лобно-вискових структур лівої півкулі головного мозку.

В групі “нематематиків” топокарти ЕЕГ характеризувались більш поширеною електричною активацією кори. В різних поєднаннях вона охоплювала лобні, вискові і, меншою мірою, тім'яні долі обох півкуль і була особливо нестабільною за “неуспіху” у виконанні завдань. Інтенсивність активації в альфа-ритмі значно переважала в групі “математиків” /рис. 1/.

В тета-діапазоні відмічена більш виражена розповсюдженість фокусів максимальної активації. У “математиків” при математичному тестуванні поряд з максимальною активністю в лівій лобній долі формуються додаткові зони активації в лівій /висково-тім'яні структури/і правій /лобна доля/півкулях головного мозку.

В групі “нематематиків” розповсюд женість активації була більш вираженою; при “успіху” формувались фокуси більш інтенсивної активності в обох лобних і лівій висковій зонах, а при “неуспіху” - в правій лобній. В цілому, зони активації відзначалися певною розкиданістю. В обох групах, як вказувалось, переважала активність передніх відділів кори великих півкуль головного мозку.

Необхідно підкреслити, що топографічне картування не встановило будь-яких особливостей електрогенезу головного мозку залежно від змісту математичних тестів. Воно відображало принципову стратегію у вирішенні математичних завдань.

Для уточнення спеціальних /"математичних”/особливостей топографічного картування ЕЕГ в обох групах проводилось “нематематичне” вербальне тестування - рішення анаграм. В цьому випадку принципові відмінності в обох групах досліджуваних не встановлені. Відмічена максимальна активація лобно-вискових структур лівої півкулі,більш інтенсивнау “математиків”. При “неуспіху” електрична активність більш рівномірно розподілялась по “скальпу”.

Результати порівняльного вивчення топографічного картування інтенсивності електричної активності кори дозволяють вважати, що суттєвою особливістю нейрофізіологічних процесів при математичній діяльності у математично здібних школярів є розвиток найбільшої активності в лівій лобно-висковій дшшці. Той факт, що найбільш чітко ці процеси здійснюються в альфа-діапазоні, вказує на особливу роль при “математичному” мисленні внутрішньокоркових взаємод ій, пов'язаних з переробкою інформації і механізмами пам'яті.

Формування в альфа-діапазоні чіткого фокуса максимальної електричної активації лобно-вискових структур лівої півкулі при математичному тестуванні можна розглядати як один із найбільш стабільних нейрофізіологічних критеріїв математичної обдарованості.

Фон Тест 1 Тест2 Тест 3 і Анаграми

Кореляційні зв“язки у великих півкулях мозку при математичній діяльності. Нами встановлено, що в альфа-діапазоні /фон і всі види вербальної діяльності/ загальна кількість значних і високих кореляцій більша в групі ‘математиків”. Про це свідчать показники їх процентних співвідношень до всіх можливих.

Математична діяльність в групі “математиків” характеризується насамперед шеншенням частоти значних і високих кореляцій в лобно-вискових зонах. Деякі заріанти кореляційних зв'язків формуються залежно від змісту математичних тесгів: :табільні лобні кореляції в обох півкулях і лобно-вискові в лівій півкулі доповнюються міжпівкулевимивисковими/стереотипнийтест/іправопівкулевими тобно-висковими /аналітичний тест/. Це свідчить про тенденцію до концентрації кореляційних зв'язків в передніх відділах кори із збільшенням їх в лівій іівкулі.В групі “нематематиків” формується більш спрощений тип значних і зисоких кореляційних зв'язків при всіх видах математичного тестування.

Що стосується нематематичного тестування /рішення анаграм/, то принципові відмінності в обох групах досліджуваних не відмічені. Цей вид зербальної діяльності супроводжується встановленням аналогічннх знутрішньопівкулевих і міжпівкулевих кореляційних зв“язків.

В тета-діапазоні фонові ЕЕГ обох груп досліджуваних відрізняються шіькісгю та характером розподілу кореляційних зв“язків. В групі “математиків” відмічений вищий процентний показник значних та високих кореляцій, ніж в групі ‘нематематиків”.

При вербальній діяльності характер кореляційних зв“язків відрізняється не тільки між групами досліджуваних, але й серед “нематематиків” залежно від результативності виконання завдання. Спостерігається збільшення загальної кількості зв“язків при неуспішному виконанні математичних завдань. Це зідбувається за рахунок значних та високих кореляцій, в основному міжпівкулевих. Під час розв“язання анаграм, навпаки, - більша загальна кількість кореляцій зідмічена при “успіху”. Спільною рисою для “нематематиків” є більш дифузна тоширеність кореляцій по “скальпу”.

В групі “математиків” виявлені дві відносно відособлені зони значних та зисоких кореляцій - лобно-вискова і тім 'яно-потилична. Обидві зони відзначаються іівкулевого симетричністю. В лобно-вискових зонах реалізовані всі можливі сореляції. Найбільш тісні зв'язки зафіксовані між лобними структурами. Втім'яно-ютиличних зонах високий рівень кореляцій відмічений між тім'яною та тотиличною ділянками лівої півкулі, значний - в правій півкулі /рис.2/.

Загалом, наш фактичний матеріал дозволяє дійти висновку, що одним із іайбільш постійних нейрофізіологічних показників математичної діяльності є формування відособлених симетричних міжпівкулевих зон значних і високих кореляційних зв“язків в тета-діапазоні ЕЕГ - лобно-вискових /"передньої"/ і пім “яно-потиличних /’’задньої’’/.

П 10.7 %

14.2% "

14.2°/о

28.5%

Рис,2. Просторовий розподіл кореляційних зв”язків в тета-діапазоні при вербальній діяльності.

І - “математики”, II- “нематематики”. А- успішне розв’язання завдань, В- неуспішне. Переривчасті лінії - значні кореляції (0.51-0.70), суцільні лініі- високі (0.71-1.00). Цифри під схемами -загальна кількість значних і високих кореляцій (в % до всіх можливих).

Обговорення отриманих результатів.Пропепет дослідження визначили особливості взаємодії і електричної активності макроструктур великих півкуль головного мозку при математичній діяльності, системну організацію нейрофізіологічних механізмів математичного мислення та нейрофізіологічні критерії математичних здібностей у школярів.

За умов математичної діяльності становить інтерес порівняльний аналіз топографічного картування і кореляційних зв“язків в двох частотних діапазонах -альфа і тета. Ці ритми ЕЕГ відзначались особливою динамічністю при визначенні зонального розподілу питомої ваги і загальній перебудові електричної активності мозку за основними частотними діапазонами.

Найбільш чітке та і нтенсивне формування спеціалізованих /’’математичних”/ фокусів максимальної активності у математично здібних школярів здійснювалось в альфа-діапазоні. Це вказує на провідну роль при математичному мисленні внутрішньокоркових взаємодій з топоселективною переробкою інформації і використанням механізмів пам“яті. Одночасно в тета-діапазоні встановлювались міжпівкульні симетричні зони значних і високих кореляційних зв“язків, які свідчать про значення в матема тичній діяльності корково-підкоркових /корково-лімбічних/ взаємодій. Можливо, ці процеси здійснюють вегетативне і емоційне забезпечення психофізіологічної активності при математичному тестуванні. Відома роль емоцій і мотивацій при виконанні мислительних операцій /Симонов, 1987; Фарбер, Дубровинська, 1993; Монахов та ін., 1996/. Можна допустити і те, що корково-лімбічні взаємодії, включаючи вискові структури, у здібних до математики школярів відіграють роль нейробіологічного субстрату в організації позалогічного, інтуїтивного компонента математичного мислення - творчого “осяяння” /’’інсайту”/ . На поєднання формально-логічного і позалогічного елементів в математичній творчості неодноразово вказували такі відомі вчені-математики і фізики, як Колмогоров/1962/, Пойя/1967/, Фейнберг/1981/.

Крім того, значення чітко організованих кореляцій в тета-діапазоні як показника математичних здібностей можна пов“язати з участю цього ритму ЕЕГ в механізмах квантування гіпотез/Симонов, 1981; Потулова та ін., 1988; Когровська, 1989/.

Отже, наші дослідження приводять до основного висновку: при адекватному тестуванні нейрофізіологічними критеріями математичних здібностей потрібно вважати формування інтенсивних фокусів максимальної електричної активності в лобно-висковій ділянці лівої півкулі в альфа-діапазоні і встановлення відособлених міжпівкулевих симетричних зон значних і високих кореляцій - лобно-вискових /’’передніх”/ і тім“яно-потиличних /’’задніх”/ - в тета-діапазоні. Ці критерії в поєднанні з психологічними тестами можуть бути використані при виявленні математично обдарованих школярів.

Схема встановлених в нашій роботі нейрофізіологічних показників математичних здібностей представлена на рис.З.Аналіз активності

макроструктур великих півкуль головного мозку з формуванням

фокусів активації і кореляційних зв“язків, які забезпечують математичну

Рііс.3. Схема нейрофізіологічних критеріїв математичної обдарованості прі адекватному тестуванні. РТ - “спеціалізований” фокус максимальної активності і лівій лобно-висковій зоні в альфа-діапазоні ЕЕГ. Р-Т, Р-О - міжпівкульні зоні лобно-вискових і тім'яно-потиличних кореляцій в тета-діапазоні.

діяльність, вказують на системність її нейрофізіологічної організації. В наших дослідженнях при математичному тестуванні встановлені локальні зміни електричної активності мозку, чіткі і стабільні в групі “математиків”, де вони набувають характер своєрідного “математичного центру”. Ці зрушення відображають діяльний стан не тільки окремих вибіркових структур мозку, але й загальну перебудову його електричної активності, пов“язану з оптимізацією умов для спеціалізованої діяльності.

В цілому локальні зрушення і генералізована перебудова ЕЕГ при математичних операціях формуються в певній системі, яка у “математиків” досягає високого рівня спеціалізації.

Теорія функціональних систем П.К.Анохіна розкриває системні відносини як складний динамічний нейрофізіологічний механізм, який є проявом інтегративної діяльності мозку, спрямованої на досягнення пристосувального результату. В цій теорії вказані основні принципи системної організації нейродинамічних процесів - роль корисного результату як системоутворюючого фактора, наявність певної функціональної структури /архітектоніки/з блок-ланками, діяльність апаратів зіставлення і корекції із зворотніми зв“язками.

З цих позицій нам уявляється системно організованою математична діяльність, яка, за Колмогоровим /1962/, спрямована на розкриття відношень і форми предметів дійсності незалежно від конкретної матерії цих предметів, тобто в “чистому вигляді”.

В наших дослідженнях функціональна система, яка забезпечує математичні операції, формувалась під впливом багатьох факторів -домінуючого мотиваційного збудження певних структур мозку, зафіксованого в механізмах пам“яті, минулому досвіді, закодованого в акцепторі його “нервової моделі” і програми його досягнення. Досить важливою була активність зворотніх зв“язків, з допомогою яких здійснювалась оцінка досягнутих результатів і їх вплив на різні блок-ланки функціональної системи. Безсумнівним є і те, що формування функціональної системи значною мірою опиралось на підготовчу, “передпускову” інтеграцію мозкових механізмів, яку виділяв Анохін.

В цій системній організації спеціалізованої/математичної/діяльності на фоні загальної перебудови функціональних процесів у великих півкулях головного мозку формуються керовані механізми локальної активності /фокуси активації, кореляційні зв“язки/, які приурочені до певних структур мозку. Природно допустити різний рівень індивідуальних можливостей цієїскладно організованої системи досягнення конкретного математичного результату.

Нашими дослідженнями встановлена система нейрофізіологічних механізмів математичної діяльності, яка включає фокуси активності і кореляційні зв“язки в різних зонах великих півкуль головного мозку. В групі “математиків” системна організація нейрофізіологічних процесів включає топографічно приурочений спеціалізований фокус максимальної активності в лівій лобно-висковій ділянці мозку і чітко окреслені симетричні міжпівкулеві лобно-вискові І тім“яно-потиличні зони значних і високих кореляцій. Успішний результат математичних операцій як системоутворюючий фактор підтримує у “математиків” здатність до оптимальної реалізації закріплених в “нервовій моделі” /акцепторі/ спеціалізованих навичок і прийомів математичної діяльності, сприяє найбільш раціональній організації плану і рішення конкретного завдання, вдосконалює стратегію нейрофізіологічної активності, основану на певній системній взаємодії макроструктур великих півкуль головного мозку.

Група “нематематиків”, особливо при “неуспіху”, позбавлена подібної спеціалізації нейрофізіологічних механізмів, які забезпечують досягнення належного результату математичної діяльності. їх функціональна організація характеризується розкиданістю фокусів електричної активності і надлишковістю кореляційних зв'язків у великих півкулях мозку і в цілому взаємодія блок-ланок системи та вплив на них нестійкого результату створюють менш раціональну стратегію нейродинамічного забезпечення математичних операцій.

Схема системної організації нейрофізіологічних механізмів математичної діяльності представлена на рис.4. В ній відображені стабільні структурно-

Рис.4.Системна нейрофізіологічна організація математичного мислення з врахуванням рівня здібностей і досягнутого результату (схема). “Математики” , нематематики” С (3) - стимул (завдання),

ГП ЕЕГ - генералізована перебудова ЕЕГ ,ФА- фокуси активності, КЗ- кореляційні зв“язки, Р - результат,,

функціональні механізми /зони максимальної активності, значні і високі кореляції/ в групі “математиків” і їх нестійка структурна приуроченість в групі “нематематиків”, вказується на більш чітке досягнення потрібного результату математичних операцій і його “зворотнього” впливу на нейрофізіологічну організацію алгоритму всього процесу - у “математиків” і їх менш досконалу організацію - у “нематематиків”.

Результати проведених нами досліджень дозволяють виділити два типи стратеги у здійсненні математичних операцій. У “математиків”, тобто за умов високого рівня здібностей , стратегія математичної діяльності основана на диференціації і спеціалізації обмеженого системно керованого фокуса максимальної активності і формуванні вибіркових кореляційних зв“язків у великих півкулях мозку. Подібний тип організації нейродинамічних процесів забезпечує раціональність їх функціонування, високу інформаційну ємність і пластичність у досягненні успішного результату. Топоселективна вибірковість внутрішньокоркових взаємодій при математичних операціях особливо виражена в альфа-діапазоні електричної активності мозку; в той же час кореляційні процеси в тета-діапазоні проявляються ширше по “скальпу”, більш організовані і відображають не тільки коркові зв“язки, але й особливості вегетативного і емоційного забезпечення математичної діяльності.

В групі “нематематиків” проявляється інший тип стратегії. Він позбавлений диференціації і спеціалізації фокусів активності та вибірковості кореляційних зв'язків. Реалізація математичних операцій, особливо при “неуспіху”, відображає розкиданість і надлишковість нейродинамічних процесів з більш широким залученням структур обох півкуль мозку. Такий тип стратегії математичної діяльності вказує на менш досконалу, поліморфну нейрофізіологічну організацію в пошуках адекватного вирішення завдань.

Завершуючи аналіз отриманого матеріалу, необхдно відзначити, що в цілому особливості математичної діяльності головного мозку розкриваються в єдності досягнення стратегічного результату математичних операцій, нейрофізіологічних механізмів їх забезпечення і системної організації /єдність феноменології, фізіологічних механізмів і системності/. .

ВИСНОВКИ

1 . Математична діяльність здійснюється при певній системній взаємс макроструктур великих півкуль головного мозку залежно від рівня здібнос досліджуваних.

2. В групі “математиків” при математичних операціях формується фо максимальної активності в лівій лобно-висковій ділянці в альфа-діапазоні міжпівкулеві та внутрішньопівкулеві значні і високі кореляційні зв'язки в лоб вискових ітім'яно-потиличнихзонах/симегричні “передні” і “задні”зони корат втета-діапазоні.

3. В групі “нематематиків” при математичних операціях фокуси максималь активності характеризуються менш постійною їх топографією, формуют переважно в передніх відділах обох півкуль і мають більш поширені по “скальї кореляційні зв'язки. При неуспішному результаті виконання завдань посилюєт розкиданість і надлишковість фокусів активності і кореляційних зв'язків в о( півкулях головного мозку.

4. При вербальній діяльності, зокрема математичній, локальні зміни Е формуються на фоні загальної перебудови біоелектричної активності головні мозку переважно в альфа-і тета-діапазонах.

5. При вербальному нематематичному тестуванні в обох груї досліджуваних не встановленні суттєві топоселективні відмінності при формува фокусів активації і кореляційних зв“язків /при успішному вирішенні завдань/.

6. Нейрофізіологічними критеріями математичної обдарованост формування в альфа-діапазоні топографічно приуроченого фокуса максималь активності в лівій лобно-висковій зоніз високим рівнем інтенсивності елекгроген і встановлення в тета-діапазоні симетричних лобно-вискових /’’передніх”, тім“яно-потиличних /’’задніх”/зон значних та високих кореляційних зв“язків.

Список робіт, опублікованих за темою дисертації

1 .Гіттік Л.С., Козачук Н.О., Швайко С.Є, Шварц Л.О. ФеноменологЬ нейрофізіологія ймовірнісного прогнозування у шкільному віці //Науковий вісі ВДУ, 1997.-№1.-С.7-8.

2.Козачук Н.О. Комп'ютерне дослідження електричної активності голови мозку у процесі математичної діяльїюсті //Науковий вісник ВДУ, 1997. - № 1. - С 12.

3.ГітгікЛ.С., Козачук Н.О.Нейрофізіологічні основи математичноїдальні в шкільному віці //“Наука і освіта”. Збірник наукових праць. Книга II. - Ю Хрещате, 1997. - С. 97-99.

4.ГІПІК Л .С., Козачук Н.О. Основні принципи нейрофізіологічного дослідже математичної обдарованості дітей //Збірник наукових праць “Суспільствознавчі наук відродження нації. Книга II. - Луцьк, 1997. - С. 119-122.

5.ГІТТІК Л.С., Жилінська І.В., Козачук Н.О. Комп“ютерне вивчеі електричної активності мозку в умовах його стимуляції фізичної і когнітв

[рироди'//Тези доповідей та матеріали міжнародної науково-практичної :онференції “Ментальність. Духовність. Саморозвиток особистості”. - Київ-Іуцьк, 1994.-С.203-205.

6. ГіттікЛ.С.,Козачук Н.О., Поляк М.О., Шварц Л.О.Вікові особливості ііжцентральних зв“язків у великих півкулях мозку при його стимуляції юдразниками фізичної і когнітивної природи //Матеріали симпозіуму “Особливості юрмування та становлення психофізіологічних функцій в онтогенезі”. - Київ-Іеркаси, 1995.-С.18.

7.Козачук Н.О., Міхєєва А.Г. Інтегративні процеси в великих півкулях юзку при математичній діяльності у школярів //Матеріали міжнародної науково-ірактичної конференції “Педагогічна технологія у сучасному вузі”. - Луцьк, 1995. С.58.

8.Гиттик Л.С., Козачук H.A. Топографическое картирование и орреляционный анализ электрической активности мозга при математической ;еятельности у подростков /ЯII MiedzynarodowaKonferecjaNaukowo-Metodyczna Uzdolnienia Intelektualne і Tworcze. Problemy. Koncepcje. Perspektywy“. Warszawa-Lonstancin, 19-21 maja 1997. - Borgis Ltd. Wydawnictwa Medyczne і Oswiatowe, 997. - S.26-27.

9.Козачук H.O. Картування електричної активності мозку підлітків при огнітивній діяльності //Матеріали наукової конференції “Індивідуальні їсихофізіологічні властивості людини та професійна діяльність. - Київ-Черкаси, 997. - С.56.

10.Гітгік Л .С., Козачук Н.О. Кореляційні зв“язки між окремими структурами юзку при математичній діяльності школярів // Матеріали наукової конференції Індивідуальні психофізіологічні властивості людини та професійна діяльність. -Сиїв-Черкаси, 1997. - С.22.

АНОТАЦІЯ

Козачук Н.О. Електрична активність головного мозку школярів з різним івнем математичних здібностей. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за пеціальністю 03.00.13 - фізіологія людини і тварин. - Київський університет імені ’араса Шевченка, Київ, 1998.

В дисертації досліджуються нейрофізіологічні механізми розумової .¡яльності школярів з різним рівнем математичних здібностей. Визначені два типи тратегії у здійсненні математичних операцій. В умовах високого рівня здібностей група ’’математики”/ стратегія математичної діяльності основана на диференціації спеціалізації нейрофізіологічних механізмів. Виділений стійкий фокус іаксимальної активності в лобно-вискових структурах лівої півкулі і стабільні ідносно відособлені зони значних і високих кореляцій - лобно-вискових /"передня”/ тім“яно-потиличних /’’задня”/. В групі “нематематиків” реалізація математичних перацій характеризується розкиданістю і надлишковістю нейродинамічних ¡роцесів.

. Ключові слова: великі півкулі головного мозку, фокус максималы активності, зона значних і високих кореляцій, стратегія математичної діяльно« системність організаціїнейрофізіологічних процесів.

Козачук Н.А. Электрическая активность головного мозга школьнике разным уровнем математических способностей.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических ш по специальности 03.00.13 - физиология человека и животных. - Киевск университет имени Тараса Шевченко, Киев, 1998.

В диссертации исследуются нейрофизиологические механизмы умствею деятельности школьников с разным уровнем математических способност Определены два типа стартегии в осуществлении математических операций условиях высокого уровня способностей /группа “математиков”/ стратеї математической деятельности основана на дифференциации и специализаці Выделен стойкий фокус максимальной электрической активнности в лобі височных структурах левого полушария и стабильные относительно обособлен!: зоны значительных и высоких корреляций - лобно-височных /’’передняя” теменно-затылочных /’’задняя”/. В группе “нематематиков” реализаи математических операций характеризуется разбросанностью и избыточност нейродинамических процессов.

Ключевые слова: большие полушария головного мозга, фокус максималы электрической активности, зона значительных и высоких корреляций, стратеї математической деятельности, системность организации нейрофизиологичес> процессов.

Kozachuk N. Electric activity of cerebral brain of teen-ages with different lev of mathematical abilities.

Dissertation for a candidate degree in the field of biology by specialaty 03.00.1 physiology of man and animals. - Kyiv State University named after Taras Shevtchen Kyiv, 1998.

Neurophysiological mechanizms of mental activity of teen-ages with differ levels of mathematical abilities are investigated in this dissertation.

Two types of strategies in performing mathematical operations were describec was proved that for mathematically gifted teen-ages the the stretegy of mathemati activity is based on differentiation and specialization.

The stsble focus of maximal electric activity in left frontal-temporale cortex: stable relatively separated zones of high correlations of frontal-temporale and back parie occipitale were determined.

In the group of non-mathematicians the realization of mathematical operation charaterized by defusion and hypo neurodynamic process.

Key words: cerebral hemispheres of the brain, focus maximal electric acyiv zone of high correlation, system of neurophisiological process.