Влияние вестибулярного тренинга на динамическую остроту зрения у младших школьников с трудностями в обучении

Ефимова Виктория Леонидовна ORCID: 0000-0001-7029-9317 доктор психологических наук доцент кафедры возрастной психологии и педагогики семьи, "Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена" 191186, Россия, Ленинградская область, г. Санкт-Петербург, наб. Реки Мойки, 48 Efimova Viktoriya Leonidovna Doctor of Psychology Associate Professor of the Department of Developmental Psychology and Pedagogy of the Family, "Russian State Pedagogical University named after A.I. Herzen" 191186, Russia, Leningrad region, Saint Petersburg, nab. Moika River, 48 prefish@ya.ru Другие публикации этого автора     Николаева Елена Ивановна ORCID: 0000-0001-8363-8496 доктор биологических наук профессор, заведующая кафедры возрастной педагогики и психологии семьи "Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена" 191186, Россия, Ленинградская область, г. Санкт-Петербург, наб. Реки Мойки, 48 Nikolaeva Elena Ivanovna Doctor of Biology Professor, Head of the Department of Age Pedagogy and Family Psychology "Russian State Pedagogical University named after A.I. Herzen" 191186, Russia, Leningrad region, Saint Petersburg, nab. Moika River, 48 klemtina@yandex.ru Другие публикации этого автора     Буйнов Леонид Геннадьевич ORCID: 0000-0002-6203-4324 доктор медицинских наук профессор, кафедра медико-валеологических дисциплин факультета БЖ РГПУ, Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена 191186, Россия, Ленинградская область, г. Санкт-Петрберг, наб. Р. Мойки, 48 Buinov Leonid Gennad'evich Doctor of Medicine Professor, Department of Medical and Valeological Disciplines, Faculty of Life Sciences, Russian State Pedagogical University, Russian State Pedagogical University. A.I. Herzen 191186, Russia, Leningrad region, St. Petersburg, Moika River Embankment, 48 buynoff@yandex.ru Вергунов Евгений Геннадьевич ORCID: 0000-0002-8352-5368 кандидат психологических наук Старший научный сотрудник лаборатории функциональных резервов организма, Научно-исследовательский институт нейронаук и медицины 630117, Россия, Новосибирская область, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 4 Vergunov Evgenii Gennad'evich PhD in Psychology Senior Researcher, Laboratory of Body Functional Reserves, Research Institute of Neurosciences and Medicine 630117, Russia, Novosibirsk region, Novosibirsk, ul. Timakova, 4 vergounov@gmail.com Николаева Наталья Олеговна ORCID: 0000-0002-2270-8320 кандидат медицинских наук преподаватель, кафедра возрастной психологии и педагогики семьи, Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена 191186, Россия, Ленинградская область, г. Санкт-Петербург, наб. Р. Мойки, 48 Nikolaeva Natal'ya Olegovna PhD in Medicine Lecturer, Department of Developmental Psychology and Pedagogy of the Family, Russian State Pedagogical University. A.I. Herzen 191186, Russia, Leningrad region, Saint Petersburg, Moika River embankment, 48 nikolaeva.n.o@yandex.ru Хаснутдинова Антонина Леонидовна ORCID: 0009-0000-5628-3482 кандидат психологических наук ассистент, кафедра возрастной психологии и педагогики семьи, Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена 191186, Россия, Ленинградская область, г. Санкт-Петербкрг, наб. Р. Мойки, 48 Khasnutdinova Antonina Leonidovna PhD in Psychology Assistant, Department of the Department of Developmental Psychology and Pedagogy of the Family, Russian State Pedagogical University. A.I. Herzen 191186, Russia, Leningrad region, St. Petersburg, Moika River Embankment, 48 ant.khasnutdinova@yandex.ru

Мазурова Ирина Сергеевна ORCID: 0000-0001-5908-3216 Психолог, ООО «Прогноз» 191014, Россия, Ленинградская область, г. Санкт-Петербург, ул. Парадная, 3, Корпус 2 Mazurova Irina Sergeevna Psychologist, Prognoz LLC 191014, Russia, Leningrad region, Saint Petersburg, 3 Paradnaya str., Building 2 irina.1998list.ru@yandex.ru Другие публикации этого автора

Количество школьников с трудностями в обучении с каждым годом увеличивается во всех странах. В связи с этим актуальны исследования психофизиологических механизмов, лежащих в основе этих трудностей.

В последние десятилетия получила подтверждение гипотеза о том, что одной из причин возникновения трудностей в овладении чтением и письмом в начальной школе может быть сниженная сенсорная реактивность вестибулярной системы. Если ранее моторные и когнитивные процессы рассматривались наукой изолированно друг от друга, сейчас показана связь между развитием вестибулярной системы и когнитивными развитием детей ^{[6,7,14,15,22,26]}.

Есть данные подтверждающие, что снижение сенсорной реактивности вестибулярной системы может быть причиной нарушения чтения у детей ^[15].

На момент рождения ребенка вестибулярная система является одной из самых функционально зрелых сенсорных систем, но ее развитие продолжается на протяжении всего детства под воздействием двигательного опыта. Возможно увеличение количества младших школьников с трудностями в обучении и сопутствующей функциональной незрелостью вестибулярной системы, которое отмечается исследователями в последние десятилетия, является результатом изменения образа жизни современных детей, двигательная активность которых значительно ниже, чем 20-30 лет назад.

Вестибулярная система выполняет две функции, которые тесно связаны со способностью к обучению: вестибулоспинальную: контроль мышечного тонуса, позы, гравитационная уверенность; и вестибулоглазную: компенсаторные движения глазных яблок, во время быстрых перемещений головы в пространстве, обеспечивающие стабильность изображения на сетчатке. Компенсаторные движения глаз в свою очередь обеспечивают необходимую динамическую остроту зрения - возможность четко видеть объекты в ситуации, когда голова меняет свое положение в пространстве.

Особенности вестибулоглазных функций в большей степени изучены у взрослых с различными неврологическими нарушениями, такими как болезнь Паркинсона, хронические нарушения мозгового кровообращений, опухоли мозжечка и др. ^[1,10,11,12].

Изучение связи вестибулярной и зрительной систем у здоровых людей актуально для аэрокосмической медицины ^[9].

Исследований особенностей вестибулоокулярного рефлекса у детей значительно меньше ^[2,3,13].

Так как вестибулярная система у детей функционально созревают значительно раньше, чем корковые области, принимающие участие в освоении чтения и письма, возможно, занятия с детьми, имеющими сочетание вестибулярных дисфункций и трудностей в обучении, целесообразно начинать с нормализации сенсорной реактивности вестибулярной системы с учетом результатов оценки вестибулоглазного рефлекса, длительности поствращательного нистагма и цервикальных вестибулярных вызванных потенциалов.

Это определило цели работы:

1. Изучение динамической остроты зрения у детей с трудностями в обучении

2. Оценка возможности использования вестибулярного тренинга для нормализации динамической остроты у таких детей.

3. Определение прогностических возможностей исходных неврологических диагнозов и показателей инструментальной диагностики в отношении результатов вестибулярного тренинга.

Методика

В исследовании приняли участие 35 детей 7–11 лет с трудностями в обучении. Критерии включения в группу: наличие трудностей в овладении чтением и письмом. Критерии исключения: нарушения слуха.

Все участники исследования прошли консультацию невролога. Были установлены диагнозы: 2 детей – F48 (другие невротические расстройства), 13 детей - F80.0 (специфическое расстройство речевой артикуляции), 8 детей - F80.1 (специфическое расстройство экспрессивной речи), 8 - F81.0 (специфическое расстройство чтения), 1 ребенок - F81.3(смешанное расстройство учебных навыков), 7 - F83 (смешанные специфические расстройства психологического развития), 4 - F90.0 (нарушение активности и внимания), 1 - F90.1 (гиперкинетическое расстройство поведения), 3 - F95 (тики), 1 - F98.5 (заикание), 1 - G91.1 (обструктивная гидроцефалия), 3 - G93.4 (энцефалопатия не уточненная), 2 - с G93.8 (другое неуточненные поражения головного мозга), 1 - с Q85 (факоматозы, не классифицированные в других рубриках) и 4 ребенка с астено-невротическим синдромом.

Инструментальные исследования вестибулярной системы проводилось по назначению невролога, тренинг назначался по результатам диагностики. Наличие снижения сенсорной реактивности вестибулярной системы устанавливалось с помощью инструментальных исследований.

Функции отолитовой части вестибулярного аппарата оценивались методом цВМВП (Цервикальные вестибулярные вызванные потенциалы). цВМВП регистрировали на нейроусреднителе Нейро-МВП-4 (Нейрософт, Иваново) в ответ на звуковую стимуляцию. Оценивали латентность пика Р13 цВМВП, регистрируемых в момент саккуло-цервикального рефлекса на стороне предъявления стимула (щелчки). Звуковые стимулы 130 дБ длительностью 0.5 мс предъявляли при помощи головных телефонов. Усредняли от 4 до 20 ВМВП в 5–15 сериях с последующей суперпозицией. Ребенок во время исследования сидел в кресле с головой, максимально повернутой в сторону для вызывания тонического напряжения мышцы sternocleidomastoideus. Затем исследование повторялось с поворотом головы в противоположную сторону.

Функции горизонтальных каналов вестибулярного аппарата оценивались путем измерения длительности поствращательного нистагма (ПВН). Регистрация осуществлялась с помощью Устройства психофизиологического телеметрического «Реакор-Т» производства ООО НПКФ «Медиком-МТД» (г.Таганрог) в ПМО «Энцефалан-СА». Испытуемый располагался в положении сидя в кресле Барани. Голова устанавливалась в наклонном положении вперед под углом 30 градусов. Кресло вращали со скоростью 10 оборотов за 20 сек, глаза испытуемого были закрыты. Кресло резуо останавливали и оценивали длительность поствращательного нистагма путем регистрации электроокулограммы (ЭОГ). Горизонтальную составляющую ЭОГ регистрировали с помощью двух ЭОГ отведений (электроды на наружных углах глаз).

Вестибулоглазной рефлекс оценивался до и после вестибулярного тренинга путем измерения динамической остроты зрения (ДОЗ) с помощью стандартной таблицы Сивцева. Статическая острота зрения оценивалась по стандартной методике в положениях сидя и стоя. При оценке ДОЗ испытуемые называли буквы, с одновременной активацией горизонтальных полукружных каналов вестибулярного аппарата, для этого совершались быстрые низкоамплитудные движения головы из стороны в сторону. Оценка проводилась сидя и стоя. Дети с нарушениями зрения проходили обследование в очках. Нормой считалась разница между статической и динамической остротой зрения не более 1 строки по таблице Сивцева.

Вестибулярный тренинг на основе биологической обратной связи (БОС) проводился на симуляторе верховой езды Fortis, точно воспроизводящем движения лошади. Ребенок располагался верхом в седле на симуляторе в виде лошади в натуральную величину, и управлял движениями с помощью поводьев, решая игровые зрительные задачи на большом экране монитора и получая зрительную обратную связь. Продолжительность тренинга 15 дней, ежедневные занятия по 20 минут.

Методы анализа данных.

Для построения моделей был использован такой инструмент метода частичных наименьших квадратов (PLS) как 2B-PLS (Two-Block PLS) из программного пакета JACOBI 4 (Polunin 2019).

В один блок помещаются результаты измерений после нормирования на размах (предикторы), в другой блок – задаваемые к модели вопросы (бинарные признаки, отклики). После этого происходит одновременное вращение блоков, а оптимальным для поворота считается угол, который даёт максимум ковариации между матрицами счетов (score) обоих блоков после поворота. Это достигается при выделении наиболее контрастных подгрупп показателей.

Таким образом, 2B-PLS позволяет сформулировать вопросы, которые обучают модель такому углу поворота, который даст наиболее информативный (максимум дисперсии) ответ на них. При этом целью модели является выделение новых ортогональных осей – независимых латентных структур (другое название 2B-PLS –Two-Block Projection to Latent Structure), которые и будут механизмами изучаемых явлений. Полученные механизмы описывается с помощью матриц нагрузок (loadings) обоих блоков и содержат параметры поворота исходных блоков (коэффициенты корреляций между исходными блоками и матрицами счетов), причём число откликов может быть больше числа предикторов, а все переменные – иметь тесную корреляцию (Rohlf 2000; Rännar 1994).

2B-PLS модели позволяют описывать и изучать влияние механизмов с помощью выделения областей интереса (ROI, Regions of Interest) на графиках нагрузок переменных. Анализ латентных структур широко используется для изучения механизмы в междисциплинарных исследованиях последних лет в области психофизиологии (Nikolaeva 2022; Krivoshchekov 2022), нейронаук (Savostyanov 2022), биологии (Kovaleva 2019), психологии (Vergunov 2022), генетики (Polunin 2019).

Результаты

Результатом многомерного анализа стала 2B-PLS модель, в блоки которой вошли (табл. 1) предикторы (7 нормированных на размах переменных, блок 1) и ряды признаков-вопросов (19 бинарных переменных, блок 2). Соответственно, 2B-PLS модель описывает 7 латентных структур (минимум переменных из обоих блоков), единых и для предикторов, и для откликов.

С помощью блока 2 (отклики) мы задаём поворот для блока 1 (предикторы) – обучаем его поиску максимально информативных ответов на вопросы из блока 2.

Таблица 1. Блоки переменных для 2B-PLS

Примечания: показатели со знаком «+» были включены в блок предикторов, а со знаком «-» были фиктивно построены на графиках для удобства анализа ROI

Как следует из графика осыпи 2B-PLS (Рис. 1), 6 латентных структур показали статистическую значимость. Структуры 1 и 2 (первый сегмент графика) описывают общие особенности (почти 48,9% общей дисперсии), структуры 3 и 4 (второй сегмент графика) описывают частную специфику (почти 29,8% общей дисперсии), а структуры 5 и 6 (часть третьего сегмента графика) – ещё более частную специфику (18,2% общей дисперсии). Ниже согласно задачам исследования, будут рассмотрены ROI, которые формируются эффектами вестибулоглазного рефлекса.

Рисунок 1. График осыпи (Scree plot) латентных структур 2B-PLS. Ниже линии красного пунктира – выход за границу статистической значимости

Согласно Рис. 2, в ROI со сниженной динамической остротой зрения в пробах стоя входит диагноз F80.1 (специфическое расстройство экспрессивной речи), в то время как в ROI с нормальной динамической остротой зрения в пробах стоя нет никаких контролируемых в исследовании факторов. В ROI с со сниженной динамической остротой зрения в пробах сидя входит диагноз F98.5 (заикание), и это характерно для ситуации до тренинга (после тренинга ситуация может быть произвольной). В ROI с нормальной динамической остротой зрения в пробах сидя исходно входит диагноз F90.0 (нарушение активности и внимания) и симптоматика астено-невротического синдрома, что характерно для ситуации после тренинга (до тренинга ситуация может быть произвольной). Таким образом, описанная на Рис. 2 ситуация относится к общим особенностям выборки и показывает, что при диагнозе F90.0 (нарушение активности и внимания) и симптоматике астено-невротического синдрома в пробах сидя после тренинга наблюдается нормализация динамической остроты зрения.

Рисунок 2. ROI для нагрузок 2B-PLS визуализация для переменных (структуры 1 и 2). Условные обозначения см. табл. 1. Окружности красного цвета с равными радиусами показывают границы ROI с центрами в точках показателей вестибулоглазного рефлекса

Частная специфика, которая учитывает симметричность цервикальных вестибулярных вызванных потенциалов и выраженность их асимметрии слева, а также симметричность длительности поствращательного нистагма, дана в следующих ROI (Рис. 3):

- сниженная динамическая острота зрения в пробах стоя сопутствует диагнозу G93.4(энцефалопатия не уточненная), снижению показателей латентности пика цервикальных вестибулярных вызванных потенциалов слева вплоть до равенства показателей слева и справа;

- нормативные показатели динамической остроты зрения в пробах стоя сопутствуют диагнозу F81.0 (специфическое расстройство чтения), снижению показателей латентности пика цервикальных вестибулярных вызванных потенциалов слева и равенству длительности поствращательного нистагма слева и справа;

- нарушенные показатели динамической остроты зрения в пробах сидя сопутствуют диагнозам F95 (тики), F80.1 (специфическое расстройство экспрессивной речи), F98.5 (заикание), G91.1 (обструктивная гидроцефалия), Q85 (факоматозы, не классифицированные в других рубриках), что характерно для ситуации до тренинга (после тренинга ситуация может быть произвольной).

- нарушенные показатели динамической остроты зрения в пробах сидя после тренинга сопутствуют исходным диагнозам F81.3(смешанное расстройство учебных навыков) и G93.8 (другое неуточненные поражения головного мозга) (до тренинга ситуация может быть произвольной).

Рисунок 3. ROI для нагрузок 2B-PLS визуализация для переменных (структуры 3 и 4). Условные обозначения соответствуют таковым для Рис. 2

Обсуждение

Проведенное нами исследование позволяет сделать вывод о том, что у группы детей с определенными неврологическими диагнозами после вестибулярного тренинга на симуляторе верховой езды показатели динамической остроты зрения значимо улучшаются. Индивидуальный прогноз результатов тренинга затруднен, так как у некоторых испытуемых не наблюдалось улучшения показателей (но они и не ухудшились).

Показатели динамической остроты значимо улучшились у гиперактивных и истощаемых детей причем в пробах в положении сидя. То, что динамическая острота зрения чаще улучшается в положении сидя можно объяснить тем, что площадь опоры в таком положении больше, чем стоя. В положении стоя любой человек даже с нормально функционирующей вестибулярной системой совершает небольшие колебания корпуса. У людей с нарушением реактивности вестибулярной системы эти колебания могут проявляться больше, чем это необходимо, либо меньше. Поэтому показатели динамической остроты зрения в пробах стоя связаны с результатами оценки вестибулярной функции инструментальными методами: цервикальные вестибулярные миогенные вызванные потенциалы и оценка длительности поствращательного нистагма.

Наше исследование показало, что прогноз эффективности вестибулярного тренинга на симуляторе верховой езды можно сделать, учитывая диагноз ребенка, а также наличие асимметрии показателей цервикальных вестибулярных миогенных вызванных потенциалов и длительности поствращательного нистагма слева и справа.

Механизм динамической остроты зрения связан с тем, что часть импульсов от вестибулярного аппарата во внутреннем ухе через вестибулярные ядра в стволе мозга поступает не в кору, а непосредственно к глазодвигательным мышцам. Эта импульсация инициирует автоматические компенсаторные движения глаз, которые позволяют изображению дольше оставаться на сетчатке глаза при быстрых движениях головы, что создает оптимальные условия для обработки изображений зрительными областями коры мозга. Вестибулоглазной рефлекс, являющийся результатом взаимодействия вестибулярной и глазодвигательной систем, обеспечивает способность четко видеть неподвижные и движущиеся объекты во время движений головы ^[27].

Так как голова ребенка в реальной жизни редко сохраняет полную неподвижность, недостаточность компенсаторных движений глаз может негативно отражаться на развитии когнитивных функций и препятствовать полноценному освоению учебных навыков, в частности чтения и письма.

Дети с нарушением вестибулоглазного рефлекса могут испытывать во время чтения и письма неприятные субъективные ощущения: буквы или слова на листе кажутся подвижными, меняют свое положение или затуманиваются. Если ребенок сообщает об этом родителям, то они, как правило, обращаются к окулисту. Но так как окулист проводит оценку остроты зрения в статике, в условиях, когда вестибулярная система не активирована (неподвижная голова), то недостаточность вестибулоглазного рефлекса не выявляется.

Для оценки ДОЗ используются различные тесты. Во время некоторых из них испытуемый сидит или стоит, совершая движения головой; другой вариант - оценка динамической остроты зрения во время ходьбы, например, по беговой дорожке ^[17,24].

Показано, что тест динамической остроты зрения со стимуляцией горизонтальных полукружных каналов можно проводить детям с трех лет.

В другой работе показана возможность проведения этого теста для типично развивающихся детей старше 5 лет. Обсуждается необходимость исследований возможности использования теста для детей с различными нарушениями развития ^[25].

Мы установили, что у детей с трудностями в обучении достаточно часто могут выявляться различные проявления функциональной незрелости вестибулярной системы в том числе и нарушения динамической остроты зрения ^[8].

В исследованиях других авторов показано, что снижение ДОЗ характерно для детей с нарушениями слуха ^[19].

Есть данные о связи вестибулярных дисфункций не только с недостаточностью компенсаторных движений глаз, но и с памятью. В работе Wiener-Vacher и соавторов описываются связи между вестибулярным аппаратом во внутреннем ухе и гиппокампом, который отвечает за передачу кратковременных воспоминаний в долговременную память. Таким образом память связана с нашими перемещениями в пространстве, так как гиппокамп получает импульсы от вестибулярной системы только при определенных перемещениях головы в пространстве ^[21,23,26].

Возможно, это объясняет наблюдения, что некоторые дети лучше запоминают учебный материал, когда у них есть способность двигаться, а не сидеть неподвижно ^[4,5].

Полученные нами экспериментальные данные о том, что вестибулярный тренинг может способствовать нормализации динамической остроты зрения, согласуются с результатами исследований других авторов.

Так, в работе Calgani и соавторов показано, что короткий вестибулярный тренинг в сочетании с когнитивным тренингом увеличивает скорость чтения у детей с дислексией. Позитивные изменения сохранялись через месяц после проведения тренинга ^[16].

В исследовании Lofty и соавторов показана эффективность вестибулярного тренинга для детей с синдром дефицита внимания и гиперактивностью (СДВГ), который сочетается с вестибулярными нарушениями. В исследовании принимали участие 54 ребенка с СДВГ, которые были случайным образом разделены на две группы. Экспериментальная группа детей прошла тренинг, который включал в себя упражнения на баланс и глазодвигательные упражнения и упражнения на зрительно-моторную координацию. Дети контрольной группы не участвовали в вестибулярном тренинге. Тестирование до и после тренинга с помощью батареи тестов CANTAB показало улучшение когнитивных показателей после тренинга, включающего в себя вестибулярные упражнения ^[18,20].

Заключение. У детей с трудностями в обучении может выявляться сниженная реактивность вестибулярной системы, которая влияет на вестибулоглазную функцию. Проведенное экспериментальное исследование показало, что вестибулярный тренинг на симуляторе верховой езды достоверно улучшает динамическую остроту зрения у группы детей с гиперактивностью и симптоматикой астено-невротического синдрома. Прогноз эффективности такого тренинга также благоприятен для детей, у которых по результатам инструментального исследования вестибулярной функции выявляется асимметрия сенсорной реактивности канального и отолитового отделов вестибулярного аппарата.