Введение
Согласно исследованиям, наиболее весомыми когнитивными предикторами у дошкольников являются исполнительные (управляющие) функции (ИФ, англ. executive functions) (Двойнин, Троцкая, 2022; Fitzpatrick et al., 2014; Verdine et al., 2014). ИФ – общий термин для когнитивных процессов, которые регулируют, контролируют и управляют другими когнитивными процессами (Виленская, 2016; Микадзе, 2013). Содержание конструкта ИФ вариабельно, но большинство авторов выделяют рабочую память, внимание (переключение и распределение), когнитивную гибкость, тормозный контроль, планирование, поиск и коррекцию ошибок, проблемно-решающее поведение (Виленская, 2016; Casey, 1990).
Недостатки в развитии ИФ предсказывают последующие академические дефициты в начальной школе: проблемы с грамотностью, чтением, словарным запасом и математикой (Двойнин, Троцкая, 2022; Morgan et al., 2019; Verdine et al., 2014; Willoughby, Wylie, Little, 2019). Предсказательная сила ИФ сохраняется при контроле других факторов (Fitzpatrick et al., 2014; Montoya et al., 2019). Лонгитюдные исследования показали, что развитие ИФ способствует ускорению темпов развития математических навыков (Fuhs et al., 2014; Sung, Wickrama, 2018; Willoughby, Wylie, Little, 2019). Таким образом, уровень развития ИФ может выступать фундаментальным предиктором академической успешности (Fernandes et al., 2016).
Другие исследования продемонстрировали положительную корреляцию между математической успеваемостью и двигательными навыками (ДН) – мелкой моторной координацией и зрительно-моторной интеграцией (Flores et al., 2023). Ж. Пиаже утверждал, что когнитивные и двигательные процессы нельзя рассматривать как отдельные сущности, поскольку когнитивное развитие полностью зависит от двигательного функционирования (Piaget, Inhelder, 1966)[Piaget]. Согласно отечественной школе нейропсихологии, высшие психические функции являются функциональными системами, объединяющими несколько областей мозга для реализации той или иной функции (Ардила, Ахутина, Микадзе, 2020); в детстве развитие моторики намного опережает формирование речи и мышления, составляя базис для их становления, в связи с чем коррекционная работа должна быть направлена от движения к мышлению (Корсакова, Микадзе, Балашова, 2024) . П.С. Черчленд выдвинула гипотезу о существовании континуума двигательных и когнитивных функций (Churchland, 1986).
Экспериментальных данных, подтверждающих наличие глобальной связи когнитивных и моторных навыков, мало. В метаанализе Gandotra et al. (2021) показали значимые положительные ассоциации ДН с ИФ у нормотипичных детей (32 исследования, N = 4866), но размер эффекта глобальной ассоциации ДН и ИФ был очень низким: r = 0,18 (Gandotra et al., 2021). Согласно систематическому обзору Malambo et al. (2022) о взаимосвязи ИФ с различными ДН у дошкольников, авторы обнаружили только 15 исследований по теме, среди них только половина были методологически высокого качества (Malambo et al., 2022). Авторы обнаружили слабые корреляции или недостаточные доказательства связи между изученными ДН и ИФ. Согласно Cameron et al. (2012), ИФ и мелкая моторика вносят независимый друг от друга вклад в развитие академических навыков дошкольников (Cameron et al., 2012). Таким образом, к настоящему времени данные литературы о взаимосвязи ДН и ИФ у старших дошкольников остаются противоречивыми. Старший дошкольный возраст является критически важным для подготовки ребенка к школе, так как непосредственно предшествует началу обучения. Понимание того, насколько ассоциированы между собой ДН и показатели ИФ в этом возрасте, и каковы детали этих взаимосвязей, является актуальным с точки зрения выбора наиболее эффективных стратегий подготовки детей к школе.
В связи с этим нами сформулирована гипотеза о том, что у детей дошкольного возраста компоненты ИФ (способность к планированию, рабочая память, тормозный контроль) имеют тесные ассоциации с различными показателями двигательного развития. Соответственно этому была определена цель данного экспериментального исследования – определить силу и направленность ассоциаций компонентов ИФ (способности к планированию, рабочей памяти, тормозного контроля) с различными моторными навыками (крупной и мелкой моторикой) у детей старшего дошкольного возраста.
Материалы и методы
Дети обследованы в рамках проекта «Исследование нейробиологических предикторов академической успешности ребенка». Критерии включения: письменное добровольное согласие родителя; возраст ребенка на момент включения: 5 лет 10 месяцев – 7 лет 4 месяца; способность ребенка понимать и следовать инструкциям. Критерии невключения: диагностированные ранее нарушения слуха, зрения и двигательной сферы; тяжелые психические и неврологические расстройства, диагностированные врачом-психиатром и/или неврологом; сотрясение головного мозга в течение последнего года, другая черепно-мозговая травма или оперативное нейрохирургическое вмешательство на головном мозге; пароксизмальная активность на ЭЭГ; алалия (моторная, сенсорная); тяжелые хронические заболевания, пороки развития, кахексия, наследственные заболевания; хронические психические расстройства, алкогольная и/или наркотическая зависимость у родителей.
Оценка ДН проводилась с помощью аппаратно-программного комплекса (АПК) SHUHFRIED (81 ребенок, 58 мальчиков, средний возраст – 6,42 ± 0,53 лет, здесь и далее среднее арифметическое ± стандартное отклонение) и стабилометрического комплекса ST-150 (65 детей, 52 мальчика, средний возраст – 6,4 ± 0,52 лет), оценка ИФ – с помощью АПК SHUHFRIED (81 ребенок, 58 мальчиков, средний возраст – 6,42 ± 0,53 лет).
Стабилометрия – один из базовых методов постурологии, занимающейся изучением процессов сохранения, управления и регуляции баланса тела при его различных положениях и выполнении движений (Скворцов, 2010). Тестирование процесса баланса тела в основной стойке (проба Ромберга) дает информацию о функциональном состоянии опорно-двигательной системы (Скворцов, 2010). Баланс тела (постуральная устойчивость) является одним из базовых компонентов крупной моторики (Sun et al., 2010). В рамках данной работы выполнялся тест для оценки стабильности вертикальной позы «Проба Ромберга».
С помощью АПК SCHUHFRIED (Vienna Test System, Австрия) анализировались 3 субтеста:
- Методика Башня Лондона, Фрейбургская версия (Tower of London – Freiburg version, TOL-F). Главными оцениваемыми переменными являются способность планировать (способность когнитивного моделирования альтернативных решений и оценки последствий действия еще до его выполнения) (Якимова, Перминов, 2020), рабочая память и тормозный контроль (Welsh, Satterlee-Cartmell, Stine, 1999) (ИФ). Валидность TOL-F подтверждена в исследовании Debelak et al. (2016).
- Тест Навыки моторного обучения (Motor Learning Skills, MLS) (краткая форма по Штурму и Бюссингу), включает 8 подтестов – по 4 для каждой руки и оценивает показатели мелкой моторики: целенаправленность движений, спокойствие кистей/тремор, точность движений рук и кистей, ловкость рук и пальцев, скорость движений рук и кистей, скорость движений запястий и пальцев.
- Тест Времени реакции (Reaction Time, RT) используется для оценки времени реакции и времени моторной реакции.
К настоящему времени опубликованы данные об опыте применения АПК SCHUHFRIED в России для осуществления психолого-педагогических исследований (Морозова и др., 2020; Якимова, Перминов, 2020).
Анализ данных производился с помощью пакета StatSoft Statistica 6.0. Распределение данных отличалось от нормального (тест Shapiro-Wilk), для оценки корреляционных связей между переменными применялся коэффициент ранговой корреляции Спирмена (далее – ρ). Значимыми считались корреляции при уровне p < 0,05.
Результаты
- Оценка корреляций показателей постуральной устойчивости и ИФ представлена в табл. 1.
Таблица 1 / Table 1
Матрица корреляций (Спирмена) стабилометрических показателей с показателями исполнительного функционирования
Correlation matrix (Spearman) of stabilometric indicators with indicators of executive functioning
|
Показатели стабилометрии / Stabilometry indicators
|
Способность к планированию / Planning ability |
Верно решенные задания / Correctly solved tasks |
Выбор недопустимой позиции / Invalid position selection |
Число верных решений / Number of correct decisions |
|
|
4 хода / 4 moves |
5 ходов / 5 moves |
||||
|
V ОГ / V OE |
0,065 |
0,174 |
-0,026 |
0,049 |
-0,205 |
|
V ЗГ / V CE |
0,059 |
0,043 |
0,023 |
0,119 |
-0,251* |
|
S ОГ / S OE |
0,250* |
0,267* |
0,216 |
0,267* |
-0,065 |
|
S ЗГ / S CE |
0,201 |
0,181 |
0,152 |
0,279* |
-0,110 |
|
LFS ОГ / LFS OE |
-0,299* |
-0,286* |
-0,277* |
-0,295* |
-0,010 |
|
LFS ЗГ / LFS CE |
-0,223 |
-0,147 |
-0,242 |
-0,378** |
0,021 |
Примечание: * – p < 0,05; ** – p < 0,01; V – cкорость передвижения центра давления (отношение длины траектории центра давления к единице времени; чем выше значение этого показателя, тем менее стабильна поза человека на платформе (Скворцов, 2010)); S – площадь статокинезиограммы; LFS – плотность статокинезиограммы; ОГ – открытые глаза; ЗГ – закрытые глаза (пробы с открытыми и закрытыми глазами позволяют оценить вклад зрительной и проприоцептивной сенсорных систем в поддержание баланса).
Note: * – p < 0,05; ** – p < 0,01; V – the speed of the pressure center movement is the ratio of the length of the trajectory of the center of pressure to a unit of time; the higher the value of this indicator, the less stable is the person's posture on the platform (Skvorcov, 2010); S – statokinesiogram area; LFS – statokinesiogram density; OE – open eyes; CE – closed eyes (tests with open and closed eyes allow one to assess the contribution of the visual and proprioceptive sensory systems to maintaining balance).
Из анализа табл. 1 можно отметить:
- Чем больше площадь статокинезиограммы (S), тем лучше способность к планированию и больше верно решенных 4-ходовых заданий (отражает рабочую память), однако при этом и выбор недопустимой позиции (показатель тормозного контроля) происходит чаще. S – показатель стабильности позы: чем больше S, тем хуже навыки баланса.
- Чем больше плотность статокинезиограммы (LFS, длина пути на единицу площади), тем меньше способность к планированию, меньше верно решенных заданий, однако при этом и меньше ошибок (выбора недопустимой позиции). LFS отражает энергозатраты при поддержании позы, чем она больше, тем меньше энергии затрачивается, а значит лучше развиты и автоматизированы навыки баланса (Скворцов, 2010). Чем эффективнее стратегия баланса позы, тем ниже показатели планирования и рабочей памяти, но при этом меньше ошибок с выбором недопустимой позиции (лучше тормозный контроль). LFS обратно коррелирует с S, поэтому корреляции этих показателей с ИФ имеют противоположный знак.
Таким образом, согласно анализу корреляций показателей крупной моторики с показателями теста TOL-F, чем менее устойчив ребенок и больше энергии затрачивает на поддержание позы (хуже сформированы навыки баланса), тем лучше он выполняет тесты на планирование и рабочую память, однако имеет больше ошибочных попыток (менее сформирован тормозный контроль).
- Анализ корреляций показателей ИФ c результатами тестирования мелкой моторики (тест MLS) представлен в табл. 2.
Таблица 2 / Table 2
Матрица корреляций (Спирмена) результатов методики Башня Лондона и MLS (тестирование мелкой моторики)
Correlation matrix (Spearman) of the results of the Tower of London and MLS (Fine Motor Skills Test)
|
Показатели тестирования мелкой моторики (MLS) / Fine motor skills test scores (MLS)
|
Способность к планированию / Planning ability |
Выбор недопустимой позиции / Invalid position selection |
Количество верных решений / Number of correct decisions |
|
|
Попадание (нацеливание) / Hit (targeting) |
Число ошибок, Л. / Number of errors, L. |
-0,120 |
0,182 |
-0,106 |
|
Число ошибок, Пр. / Number of errors, R. |
-0,301** |
0,255* |
-0,174 |
|
|
Длительность ошибки, Л., сек / Error duration, L., sec |
-0,106 |
0,140 |
-0,123 |
|
|
Длительность ошибки, Пр., сек / Error duration, R., sec |
-0,280* |
0,163 |
-0,199 |
|
|
Общая длительность, Л., сек / Total duration, L., sec |
0,160 |
-0,340** |
-0,263* |
|
|
Общая длительность, Пр., сек / Total duration, R., sec |
0,102 |
-0,382*** |
-0,126 |
|
|
Число попаданий, Л. / Number of hits, L. |
0,080 |
-0,129 |
-0,059 |
|
|
Число попаданий, Пр. / Number of hits, R. |
0,339** |
-0,034 |
0,142 |
|
|
Обведение линий / Tracing lines |
Общая длительность, Л., сек / Total duration, L., sec |
-0,013 |
-0,284* |
0,120 |
|
Общая длительность, Пр., сек / Total duration, R., sec |
0,134 |
-0,239* |
-0,014 |
|
|
Стабильность кисти / Hand stability |
Число ошибок, Л. / Number of errors, L. |
0,002 |
-0,041 |
0,377*** |
|
Длительность ошибки, Л., сек / Error duration, L., sec |
-0,065 |
0,174 |
-0,303** |
|
|
Число ошибок, Пр. / Number of errors, R. |
0,034 |
0,053 |
0,192 |
|
|
Длительность ошибки, Пр., сек / Error duration, R., sec |
-0,010 |
0,206 |
-0,207 |
|
|
Теппинг / Tapping |
Число попаданий, Л. / Number of hits, L. |
0,068 |
0,114 |
0,242* |
|
Число попаданий, Пр. / Number of hits, R. |
0,136 |
-0,041 |
0,324** |
|
Примечание: Л. – левая рука, Пр. – правая рука; * – p < 0,05; ** – p < 0,01; *** – p < 0,001.
Note: L. – left hand, R. – right hand; * – p < 0,05; ** – p < 0,01; *** – p < 0,001.
Из анализа табл. 2 можно отметить:
- Способность к планированию отрицательно коррелирует с количеством и продолжительностью ошибок при выполнении теста на нацеливание MLS (оценка зрительно-моторной координации) правой рукой, а также положительно коррелирует с количеством попаданий правой рукой.
- Число верно решенных заданий TOL-F обратно коррелирует с длительностью попадания левой рукой в тесте на нацеливание, с продолжительностью ошибки левой рукой в тесте на стабильность кисти и прямо коррелирует с количеством ошибок левой рукой в тесте на стабильность. Иными словами, большее число ошибок с их меньшей длительностью в тесте на стабильность и меньшая длительность попадания при нацеливании только левой, но не правой рукой – соответствует бОльшему числу верных решений в тесте TOL-F. Кроме того, число верных решений TOL-F прямо коррелирует с числом попаданий в теппинг-тесте обеими руками.
- Выбор недопустимой позиции в TOL-F положительно коррелирует с количеством ошибок при нацеливании правой рукой и отрицательно коррелирует с общей длительностью выполнения заданий на попадание и обведение линий. То есть стабильность и точность выполнения заданий в тесте на мелкую моторику (MLS) прямо коррелирует с показателем тормозного контроля (TOL-F).
- Корреляции ИФ с показателями теста на реакцию (RT) представлены в табл. 3.
Таблица 3 / Table 3
Матрица корреляций (Спирмена) результатов теста TOL-F (Башня Лондона) и теста RT (время реакции)
Correlation matrix (Spearman) of the results of the TOL-F (Tower of London) test and the RT (reaction time) test
|
Показатели теста времени реакции (RT) / Reaction time (RT) test scores |
Способность к планированию / Planning ability |
Выбор недопустимой позиции / Invalid position selection |
Количество верных решений / Number of correct decisions |
|
Время обработки / Processing time |
-0,064 |
0,287* |
-0,081 |
|
Скорость реакции / Reaction speed |
-0,103 |
0,268* |
-0,206 |
|
Число пропущенных реакций / Number of missed reactions |
-0,018 |
0,184 |
-0,352** |
|
Число правильных реакций / Number of correct reactions |
0,080
|
-0,206
|
0,367**
|
|
Число неполных реакций / Number of incomplete reactions |
-0,116
|
0,145
|
-0,278*
|
Примечание: * – p < 0,05; ** – p < 0,01.
Note: * – p < 0,05; ** – p < 0,01.
Из анализа табл. 3 можно отметить:
- Выбор недопустимой позиции TOL-F (показатель тормозного контроля) прямо коррелирует со временем выполнения заданий RT – чем медленнее ребенок реагирует в RT, тем чаще он допускает ошибки в выборе позиции в TOL-F.
- Количество верных решений в TOL-F обратно коррелирует с количеством пропущенных и неполных реакций RT и прямо коррелирует с количеством правильных реакций RT.
Таким образом, результаты тестирования ИФ полностью согласуются с результатами теста RT: чем быстрее и точнее ребенок выполняет RT, тем больше верных решений и меньше ошибок в TOL-F он допускает.
Обсуждение результатов
Согласно полученным данным, ДН имеют слабую связь с результатами тестирования ИФ с помощью TOL-F. Все значимые корреляции не превышают абсолютного значения 0,4 и лишь несколько показателей имеют умеренную корреляцию (0,3-0,4). Это не согласуется с тезисом Ж. Пиаже, что когнитивное развитие полностью зависит от двигательного функционирования (Piaget, Inhelder, 1966), а скорее свидетельствует о слабой ассоциации ДН с ИФ у детей старшего дошкольного возраста. Наши данные согласуются с результатами метаанализа Gandotra et al. (2021) [Gandotra], в котором авторы также получили данные об очень слабом размере эффекта ассоциации ИФ с различными ДН (Gandotra et al., 2021). Учитывая слабые корреляции, а по некоторым ДН даже отрицательные, можно согласиться с выводами Cameron et al. (2012) об относительной независимости ИФ от ДН (Cameron et al., 2012). Вероятно, каждая из этих сфер требует отдельного внимания при подготовке ребенка в школу, и только двигательного развития (в том числе мелкой моторики) для оптимальной подготовки недостаточно.
Детальный анализ полученных результатов показывает, что крупная моторика слабо отрицательно коррелирует с показателями планирования и рабочей памяти. Чем хуже ребенок владеет навыками баланса, тем лучше у него показатели ИФ. Это противоречит отдельным исследованиям о тесной взаимосвязи базовых ДН и академической успеваемости (Lopes et al., 2013), особенно в области математики (De Waal, 2019). Однако авторы первого исследования (Lopes et al., 2013) оценивают академическую успеваемость в целом, не выделяя отдельно математику, а авторы последнего исследования (De Waal, 2019) подчеркивают, что на математическую успеваемость оказывают большее влияние выполнение динамических моторных тестов. В исследовании Cook et al. (2019) показано, что отдельные крупные моторные навыки и компоненты ИФ имеют различные и даже разнонаправленные ассоциации: тормозный контроль связан с локомоторными навыками и навыками манипулирования объектами; рабочая память связана только с локомоторными навыками, а физическая активность не коррелировала с торможением и переключением внимания и обратно коррелировала с рабочей памятью (Cook et al., 2019). Ludyga et al. (2019) в исследовании детей предподросткового возраста не обнаружили ассоциаций между когнитивной гибкостью и моторными навыками (Ludyga et al., 2019). Таким образом, полученные нами данные и результаты других авторов свидетельствуют о том, что разные компоненты ИФ имеют разную степень и направленность ассоциаций с отдельными показателями крупной моторики.
Тормозный контроль по результатам TOL-F прямо коррелирует с навыками баланса, что дополняет данные Cook et al. (2019) о связи торможения с локомоторными навыками и манипулированием (Cook et al., 2019). Также наши данные согласуются с результатами Liu et al. (2022) об ассоциации крупной моторики с тормозным контролем у дошкольников (Liu et al., 2022). Liu et al. (2022) предположили, что это связано с перекрытием нейросетей в областях мозга, отвечающих за эти функции (Liu et al., 2022).
В современной психологии когнитивного развития существует две теоретические концепции о взаимосвязи ДН и когнитивных навыков: взаимности (развитие двигательных и когнитивных навыков в тесном взаимодействии) и автоматизма (борьба ДН и когнитивных навыков за внимание) (Gandotra et al., 2021). Для выполнения и совершенствования новых моторных навыков требуется больше когнитивных ресурсов (внимания). Однако упрочение навыков приводит к автоматизации и снижению затрат когнитивных ресурсов на их выполнение. Наши данные скорее согласуются со второй концепцией.
В масштабном исследовании ассоциации когнитивных и двигательных функций у детей 5-6-летнего возраста (n = 378) связи между глобальными аспектами когнитивных и двигательных функций обнаружено не было (Wassenberg et al., 2005). Отдельные положительные связи были обнаружены между зрительно-моторной интеграцией и рабочей памятью, а также между количественными аспектами двигательной активности и беглостью речи. В исследовании 5-классников показано, что постуральная устойчивость ассоциирована с лингвистическими академическими достижениями, но не с математическими (Shachaf, Laslo-Roth, Rosenstreich, 2019). Другое исследование продемонстрировало, что из всех моторных функций (крупная и мелкая моторика) только мелкая моторика (а именно – зрительно-моторная координация) является предиктором дальнейшей математической успеваемости (n = 38, 5-6 лет) (Escolano-Pérez, Herrero-Nivela, Losada, 2020). Полученные нами результаты согласуются с этими данными и позволяют предположить, что отдельные ИФ могут развиваться относительно независимо от развития крупной моторики.
В тесте мелкой моторики (MLS) со способностью к планированию коррелируют только показатели правой руки, а в тесте на стабильность кисти (MLS) большее количество ошибок левой, но не правой рукой прямо коррелирует с количеством верных решений в TOL-F. Это может свидетельствовать о роли латерализации функций кисти и большей ассоциации мелкой моторики именно правой руки с ИФ, что согласуется с данными метаанализа Gandotra et al. (2021) (Gandotra et al., 2021).
Данные о положительной корреляции тестов на мелкую моторику и моторную скорость с ИФ согласуются с большим объемом данных, полученных по этой теме ранее: успешность в тестах на мелкую моторику является предиктором задач на решение с делением (Clark, Shelley-Tremblay, Cwikla, 2021); зрительно-моторная координация в дошкольном возрасте является значимым предиктором математических навыков (Cameron et al., 2019; Duran et al., 2018; Flores et al., 2023; Gandotra et al., 2021). Большинство исследователей отмечают, что именно зрительно-моторная координация является ключевым навыком, определяющим дальнейшую успеваемость в математике. Согласно Nesbitt et al. (2019), улучшение математических способностей со временем коррелирует с развитием ИФ и зрительно-моторной интеграции (Nesbitt et al., 2019).
Заключение
Корреляции показателей мелкой моторики с ИФ являются слабыми, поэтому на этапе дошкольного образования развитие только двигательной сферы, вероятно, не является достаточным для развития показателей ИФ. С крупной моторикой прямо коррелирует только тормозный контроль; планирование и рабочая память имеют с постуральной устойчивостью обратные корреляции, что, вероятно, говорит о реципрокном взаимоотношении отдельных ИФ (планирования) с крупными моторными навыками в старшем дошкольном возрасте.
Таким образом, утверждение о глобальной связи ДН и ИФ не подтверждается результатами проведенного экспериментального исследования. Для оптимизации подготовки ребенка к школе требуются дальнейшие детальные исследования взаимосвязи отдельных крупных и мелких моторных навыков с разными компонентами исполнительного функционирования.
Ограничения. Кросс-секционный характер исследования не позволяет говорить о каузальности выявленных корреляций.