STOCHASTIC AND CHAOTIC ANALYSIS OF STUDENTS’ ATTENTION PARAMETERS OF DIFFERENT ECOLOGICAL ZONES

Full Text

Проживание человека на Севере Российской Федерации (РФ) существенно влияет на его физиологические и психические функции. Природная среда вместе с социальными условиями составляет жизненную среду человека. Изменение, ухудшение параметров природной среды ведет к ослаблению, нарушению физического здоровья, изменению психической активности. Особенно подвержено влиянию факторов среды детское население Севера России. Функционирование целостно представленных физиологических систем организма и психики человека, находящегося в конкретных условиях жизненной среды, имеет значительный потенциал для системного анализа состояния человека, в частности состояния систем организма и психики [20]. Соответственно изучение особенностей и характеристик внимания у 11 Экологическая физиология Экология человека 2019.07 детей, находящихся в разных экологических условиях, является показательным для психологии труда и возрастной психологии [1-9]. В основе организации функциональных систем человека лежит сформированная в процессе эволюции способность живых организмов к предвосхищению и прогнозированию действий, которые обеспечиваются межличностным взаимодействием и межсистемными отношениями. С позиции системно-эволюционного подхода характеристикой степени совершенствования межсистемных отношений в текущей деятельности выступает внимание. Внимание, являясь сложным интегративным психическим свойством, ввиду своей системности, является важным показателем функционального состояния нервной системы, быстро реагирующим на изменение внутреннего состояния и на воздействия внешней среды [1-5]. Целью настоящих исследований является изучение параметров внимания учащихся Севера - Ханты-Мансийского автономного округа (ХМАО) - Югры и средней полосы в сравнительном аспекте с позиции их хаотической закономерности поведения. Методы Выявление особенностей и характеристик внимания учащихся, проживающих в разных по климатогеографическим характеристикам регионах, было проведено на основе обследования 120 учащихся в феврале 2013 года. Первую группу составили 60 учащихся средней общеобразовательной школы № 27 г. Сургута. Вторую - 60 учащихся средней общеобразовательной школы Шенталинского района Самарской области. Учащиеся первой группы проживают в экстремальных климатических условиях, усугубляемых неблагоприятными социальными и экологическими факторами урбанизации (шумовое загрязнение, загрязнение воздуха, гиподинамия и пр.). Учащиеся второй проживают в климатически и экологически благоприятном районе с минимальным воздействием техногенного загрязнения благодаря удаленности от крупных областных городов [6, 9, 19, 20]. Количественные характеристики внимания изучали на основе изучения динамики этих характеристик в процессе кратковременной деятельности. Применялась методика корректурной пробы Бурдона в модификации, предложенной П. А. Рудиком. Анализ результатов предполагает вычисление показателей концентрации, продуктивности, эффективности внимания. Показатель концентрации внимания k вычисляется как отношение: n, - n - n K =--2--100 %, где: n1 - общее количество правильно зачеркнутых букв; n2 - количество пропусков букв; n3 - количество ошибочно зачеркнутых букв. Общее количество в просмотренных строках букв А, М, К, З, подлежащих вычеркиванию, - n. Далее рассчитывались n коэффициент точности (аккуратности внимания) А и коэффициент продуктивности внимания E. Все коэффициенты вычислялись как в целом, так и по каждой минуте работы в отдельности (kp k2, k3, k4, k5). Результаты по каждой минуте эксперимента заносились в график, отражающий динамику концентрации внимания по отдельным минутам основного эксперимента. Аналогично строился график изменения точности внимания а1, а2, а3, а4, а5 и график изменения величины Е по отдельным минутам эксперимента (е1, е2, е3, е4, е5). Для регистрируемых психофизиологических параметров рассчитывались параметры квазиаттракторов (КА) (объемы фазовых пространств) для разных групп обследованных. Методы такого расчета описаны ранее [10-17]. При помощи программного пакетов MS Office 2010 и Statistica10 осуществлялась статистическая обработка данных. Получено 18 показателей на каждого учащегося, вычисляемых в соответствии с методикой. В каждой группе учащиеся были распределены по трем возрастным группам: 12-13 лет, 14-15 лет, 16-17 лет. Также проанализирован гендерный состав групп. Анализ соответствия вида распределения полученных данных закону нормального распределения производился на основе вычисления критерия Шапиро - Уилка. Результаты Традиционный стохастический анализ показал соответствие полученных выборок закону нормального распределения Гаусса. Дальнейшие расчеты производились методами параметрической статистики (критерий Стьюдента). Была выполнена оценка статистической значимости различий: - P < 0,05; P < 0,01; P < 0,001 в рамках доверительного интервала P = 0,95 (±). Статистический анализ был выполнен в сравнительном аспекте, который выявил значимые различия (P < 0,001) при анализе полученных результатов учащихся возрастной группы 14-15 лет: показатели концентрации внимания учащихся сельской школы Самарской области (71,05 ± 5,4) % выше данного показателя СОШ № 27 г. Сургута, равного (63,7 ± 6,8) %. На основании сравнительного статистического анализа были выявлены значимые различия (P < 0,001) показателей продуктивности внимания Е. Данный показатель (см. рис. 1) у всех учащихся Самарской области, равный (603,70 ± 23,9) у. е., p = 0,002, превышает результат их сверстников в г. Сургуте (524,9 ± 42,1) у. е. Такой общий результат получен за счет значительной разницы результатов у учащихся возрастной группы 14-15 лет: коэффициент продуктивности внимания этой группы учащихся г. Сургута, равный (436,51 ± 65,6) у. е., значимо ниже в 1,4 раза (P < 0,000) показателя продуктивности Е учащихся 14-15 лет Самарской области, равного (616,65 ± 31,0) у. е. 12 Экология человека 2019.07 Экологическая физиология Рис. 1. Сравнительная оценка продуктивности внимания Е учащихся разных возрастных групп г. Сургута и Самарской области Определена значимость различий в оценке эффективности (точности) внимания (в пределах P < 0,05) между учащимися в возрасте 14-15 лет. Учащиеся 14-15 лет Сургута демонстрируют наибольшее количество ошибок и пропусков, вычисленный коэффициент самый низкий из всех (как и коэффициент продуктивности внимания), показатель учащихся г. Сургута (0,74 ± 0,09) у. е., p = 0,016, в 1,2 раза ниже показателей их сверстников в Самарской области (0,86 ± 0,03) у. е. При исследовании внимания учащихся была оценена динамика изменения показателей в течение проведения теста, рассчитаны коэффициенты K, Е, А для каждой минуты эксперимента. На основании полученных коэффициентов внимания построены графики, отражающие динамику концентрации внимания. Из этих данных установлено, что у сургутских школьников отмечаются более выраженные колебания концентрации внимания, резкий спад в последнюю минуту (на 5-й минуте до 54,23 ± 10,9 против 67,45 ± 8,85 на 1-й минуте) эксперимента, в отличие от более ровной кривой, образованной значениями концентрации внимания учащихся Самарской области. Именно у этих (последних) учащихся мы имеем плавное снижение с 75,46 ± 5,13 на 1-й минуте до 69,26 ± 7,54 на 5-й минуте. Статистический анализ показал различия результатов в зависимости от пола респондентов, в обеих исследуемых группах показатели продуктивности внимания у девочек выше (P < 0,05), чем у мальчиков. Наиболее высокий показатель продуктивности внимания определен у девочек Самарской области (631,45 ± 24,5) у. е., превышающий данный показатель мальчиков этого же региона (567,41 ± 41,6) у. е., p = 0,005. Аналогично коэффициент продуктивности внимания девочек (574,07 ± 54,24) у. е. школы г. Сургута превышает показатель мальчиков этой же школы (482,76 ± 46,6) у. е., p = 0,002. Значимых различий между девочками г. Сургута и Самарской области не выявлено, коэффициент продуктивности внимания мальчиков Самарской области значимо выше (P < 0,01) данного коэффициента мальчиков г. Сургута. Таким образом, нами установлены гендерные различия, которые доказывают особый статус мальчиков (и особенно сургутян, p = 0,003). С помощью корреляционного анализа проведено сравнение особенностей развития внимания исследуемых групп учащихся. Показано, что в целом корреляция показателей у учащихся средней полосы выше, чем у учащихся, проживающих на севере. Это может свидетельствовать о более выраженной лабильности нервных процессов, утомляемости, хаотичности, зависимости их от внешних и внутренних условий, что наблюдается в эксперименте [11 - 15]. Состояние психических функций детского населения является наиболее чувствительным показателем степени адаптации организма к воздействию негативных факторов окружающей среды. Одна из главных реакций организма на действие таких экстремальных факторов состоит в том, что деятельность организма протекает на пределе физиологических возможностей, полной мобилизации физиологического резерва. Об этом свидетельствуют рассчитанные нами показатели объемов квазиаттракторов - КА. Установлено, что в условиях ХМАО вектор состояния организма человека x(t) по динамике движения отличается от динамики этого вектора x(t) в условиях средней полосы РФ. В нашей работе мы провели идентификацию параметров психофизиологического статуса учащихся, проживающих в разных климатогеографических условиях с использованием запатентованной программы «Идентификация параметров аттракторов поведения вектора состояния организма человека в m-мерном фазовом пространстве», разработанной в НИИ биофизики и кибернетики СурГУ [1-7]. В рамках теории хаоса - самоорганизации с использованием компьютерных технологий [16-20] нами был выполнен анализ динамики поведения вектора состояния организма для параметров внимания учащихся. Мы идентифицировали у испытуемых три координаты фазового пространства состояний (ФПС): Z0 - коэффициент концентрации внимания, Zj - коэффициент точности внимания, Z2 - коэффициент продуктивности внимания. Соответственно размерность m фазового пространства состояний составила m = 3. Установлены существенные различия объемов многомерных КА (Vx): наибольшее значение объема Vx получено в группе С2 (учащиеся 14-15 лет г. Сургута), наименьшее - в группе Ш3 (учащиеся 13 Экологическая физиология Экология человека 2019.07 Рис. 2. Объемы квазиаттракторов параметров внимания в трехмерном фазовом пространстве состояний в (m = 3) учащихся трех возрастных групп г. Сургута и Самарской области 16-17 лет Самарской области). Итоговые результаты по Vx представлены на рис. 2. Очевидны существенные различия для группы 14-15 лет (различия Vx почти в 8 раз) для двух разных групп, хотя и старшая группа тоже сильно различается (в 4,3 раза). В динамике изменения объемов КА [6-10] функций внимания у учащихся г. Сургута отмечается выраженная неустойчивость (см. рис. 2), существенные колебания объемов в разных возрастных группах. В отличие от них в группе учащихся Самарской области отмечается снижение объемов от более высокого в младшей возрастной группе (12-13 лет) до более низкого - в старшей возрастной группе (16-17 лет). Такое количественное различие характеризует более выраженную меру хаотичности в динамике поведения x(t) исследуемой группы г. Сургута. Для 2-й и 3-й возрастных групп мы имеем многократное различие в сравнении с аналогичной группой (14-15 лет и 16-17 лет) учащихся Самарской области (0,62 у. е. против 0,074 у. е. в Самарской области для 14- 15 лет). В целом расчет объема КА всегда более значительно показывает различия между группами, чем обычная статистика [6-9, 16-19, 21]. Обсуждение результатов Определены значимые различия (P < 0,001) распределения и продуктивности внимания. Коэффициент продуктивности внимания учащихся г. Сургута в 1,15 раза ниже, чем у их сверстников в Самарской области. При оценке возрастных различий развития внимания отмечается, что показатели концентрации и продуктивности внимания учащихся 14-15 лет г. Сургута значимо ниже показателей их сверстников в Самарской области. При измерении объемов многомерных КА (Vx) определено, что общий показатель асимметрии учащихся Самарской области в 2 раза ниже показателя учащихся г. Сургута, показатель объемов Vx в 3 раза ниже. Для учащихся Самарской области (2-я и 3-я группы) наблюдается стойкое уменьшение объемов Vx в трехмерном ФПС. Выявлены различия в возрастной оценке, где в среднем наблюдаются существенные колебания объемов КА в разных возрастных группах учащихся г. Сургута. В группе учащихся Самарской области отмечается стойкое снижение объемов КА от более высокого в младшей возрастной группе (12-13 лет) до более низкого - в старшей возрастной группе (16-17 лет) по сравнению с учащимися, проживающими в сложном климатогеографическом и экологическом регионе (Югра). Выводы: 1. Статистические методы сравнения выборок параметров внимания учащихся Югры (г. Сургут) и средней полосы РФ (среднее Приволжье, Шентала) не демонстрируют существенных различий между сравниваемыми группами. Однако параметры квазиаттракторов дают четкую дифференцировку как по возрасту, так и между двумя группами сравнения (с разными климатогеографическими зонами). 2. Параметры квазиаттракторов внимания учащихся существенно различаются в своей возрастной динамике: учащиеся Поволжья показывают устойчивое снижение от 0,17 до 0,06 у. е. (зависимость имеет вид отрицательной экспоненты). Для учащихся Югры мы имеем изменения объемов КА в виде параболы (0,09 у.е; 0,26 у.е.) что говорит об аномалиях в группе 14-15 лет (отсюда и качество обучения) Работа выполнена при поддержке гранта 18-47860001 Р_А РФФИ. Авторство Филатов М. А. подготовил первый вариант статьи, окончательно утвердил присланную в редакцию рукопись; Колосова А. И. участвовала в анализе данных, внесла существенный вклад в получение и анализ данных; Макеева С. В. внесла существенный вклад в концепцию и дизайн исследования; Иляшенко Л. К. участвовала в статистическом анализе полученных результатов. Авторы подтверждают отсутствие конфликта интересов.

About the authors

M. A Filatov

Surgut Institute of Oil and Gas, Surgut Branch of the Industrial University of Tyumen

Email: filatovmik@yandex.ru
Surgut, Russia

L. K Ilyashenko

Surgut Institute of Oil and Gas, Surgut Branch of the Industrial University of Tyumen

Surgut, Russia

A. I Kolosova

Surgut State University

Surgut, Russia

S. V Makeeva

Surgut State University

Surgut, Russia

References

Supplementary files