Вегетативные факторы успешности освоения иностранного языка студентами и школьниками

Введение

Исследование психофизиологических механизмов, обеспечивающих успешность освоения иностранного языка, представляет интерес для современной когнитивной науки: до сих пор нет четких представлений о специфике вегетативного обеспечения процесса его освоения и связи вариабельности ритма сердца (ВРС) с успешностью языковой деятельности. ВРС является мерой нейрокардиальной функции, которая отражает связи мозг–сердце и активность вегетативной нервной системы [1–3]. Установлено, что сигналы от сердца влияют не только на вегетативные регуляторные центры, но также на высшие центры коры, вовлеченные в эмоциональные и когнитивные циклы обработки информации, включая таламус, миндалину и кору. Тем самым активность сердца влияет на разные функции мозга, которые обеспечивают успешность освоения иностранного языка [1, 4–11].

Негативное воздействие на успешность обучения могут оказывать реакции стресса. Базовой научной концепцией стресса является теория австро-канадского ученого Г. Селье [12, 13], на основе которой была создана трехкомпонентная теория экстремальных состояний [14]. В соответствии с этой теорией важным компонентом реакции стресса является активность эндогенной опиоидной системы, которая активизируется с первых минут стресса и ограничивает активность симпатоадреналовой системы и гипоталамо-гипофизарно-адреналовой системы [15].

В данной работе анализируется распределение эпизодов острого стресса в контексте освоения английского языка русскоязычными школьниками и студентами. Острый стресс — это реакция организма на первой фазе стресса, сопровождающаяся активацией симпатоадреналовой и эндогенной опиоидной систем. Вегетативное проявление такой активации определено как стресс-эпизод, оно заключается в снижении общей мощности спектра ВРС и росте показателя индекса вегетативного баланса (ИВБ). Подобный паттерн наблюдается в контексте разных нагрузок, содержащих стресс-факторы [16, 17]. «Стрессогенность» — это количество стресс-эпизодов, зарегистрированных в течение определенного контекста деятельности.

Информация об оптимальных режимах вегетативной регуляции для успешного освоения иностранного языка позволит создавать уникальные тренинги биологической обратной связи для повышения эффективности этого процесса.

Материалы и методы

Технология событийно-связанной телеметрии ритма сердца (ССТ РС). Непрерывное измерение сердечного ритма проводили с помощью технологии ССТ РС [18]. Данная технология обеспечивает мониторинг и анализ динамики ВРС с учетом событийного контекста [16, 17], а также амбиентный мониторинг функционального состояния школьников и студентов в контексте естественной учебной деятельности без ограничений по расстоянию и подвижности.

Персонифицированный анализ динамики вегетативной регуляции проведен на основе спектральных показателей ВРС. Методом динамического Фурье-анализа с окном 100 с и шагом 10 с вычисляли следующие показатели: общую мощность спектра вариабельности сердечного ритма — TP (мс²), характеризующую адаптационный потенциал; мощность спектра в области частот от 0,04 до 0,15 Гц — LF (мс²), характеризующую активность симпатической нервной системы по модуляции сердечного ритма; мощность спектра в области частот от 0,15 до 0,4 Гц — HF (мс²), характеризующую активность парасимпатической нервной системы; ИВБ — LF/HF, характеризующий напряжение регуляторных систем [2].

Выделение специфической для стресс-реакции динамики спектральных показателей ВРС основано на положении трехкомпонентной теории нейрохимических механизмов развития экстремальных состояний [19]. Детектирование стресс-эпизодов проводили на основе анализа динамики TP и LF/HF [20]. Фиксировали продолжительность и количество стресс-реакций за время мониторинга.

Технология айтрекинга. Движения глаз регистрировали по методу видеоокулографии с использованием установки Hi Speed 1250 (SMI, Германия). В качестве стимульного материала на английском языке применяли корпус текстов из работы [21], на русском — корпус текстов, описанный в работе [22].

Определение успешности освоения английского языка у студентов и школьников. Для оценки «полезной активности» у школьников 4-го класса и студентов на уроке и на занятии по английскому языку применяли специальный протокол, обеспечивающий оценку успешности взаимодействия учеников на занятии, а также использования старого и нового языкового материала [23].

Для тестирования учеников 5–11-х классов применяли оценку деятельности школьников на уроке иностранного языка по стандартной академической 5-балльной шкале.

Дизайн исследования. Из всех участвующих в эксперименте были сформированы 3 группы. В 1-ю группу вошли 16 учеников 4-го класса школы с углубленным изучением английского языка, во 2-ю — 37 учеников 5–11-х классов школы с углубленным изучением английского языка. 3-ю группу составили 10 студентов 2-го курса, обучающихся в лингвистическом университете по специальности «Теория и методика преподавания иностранного языка».

При выполнении заданий по английскому языку проводилось непрерывное измерение сердечного ритма с помощью технологии ССТ [18]. В каждой группе фиксировалась успешность освоения английского языка. У студентов дополнительно осуществляли запись движений глаз при чтении текстов на русском и английском языках.

Обработка данных. Статистическую обработку полученных результатов проводили с использованием дисперсионного анализа, кластерного анализа, параметрических (апостериорный анализ — критерий Фишера) и непараметрических (критерии Манна–Уитни) методов.

Результаты

Возрастные особенности тонуса вегетативной нервной системы до и после занятия английским языком. Для исследования динамики функционального состояния студентов и школьников в процессе освоения английского языка был проанализирован тонус вегетативной нервной системы (с учетом возраста) до и после занятия. Далее приводятся и обсуждаются только результаты, имеющие статистически значимые различия. Оказалось, что независимо от возраста у всех групп добровольцев после занятия увеличивается активация симпатической системы. Только на этапе начального освоения английского языка после урока отмечены усиление цент­рального контура регуляции кардиоритма, активация парасимпатической нервной системы и снижение ИВБ. Студенты отличаются значительным повышением ИВБ после занятия. Выяснилось, что значения LF и ТР значимо выше у обучающихся в 10–11-х классах, чем в 5–6-х и 8–9-х классах. HF значимо выше у обуча­ющихся в 10–11-х классах, чем у школьников 5–6-х классов. ИВБ значимо выше у обучающихся в 10–11-х классах, чем в 8–9-х классах.

Итак, на начальном этапе освоения английского языка процесс обучения приводит к увеличению общей мощности спектра ВРС, а также к снижению напряжения регуляторных систем, а на профессиональном этапе — к их повышению.

Связь успешности освоения английского языка и режимов вегетативной регуляции. Проведен кластерный анализ с целью разделения школьников 1-й группы в зависимости от успешности деятельности на уроке английского языка. Выборка разделилась на 2 кластера. В первый (n=7) вошли ученики, у которых по 5 параметрам из 12 (U-критерий, p<0,05) баллы были выше, чем у учеников, попавших во второй кластер (n=9). По этому признаку ученики из первого кластера были обозначены как успешные, а из второго кластера — как неуспешные.

При обработке результатов кластерного анализа во 2-й группе урок оценивался учителем по стандартной академической 5-балльной шкале. 4 ученика получили оценку «3», 21 ученик – оценку «4» и 12 учеников — оценку «5». Для обработки данных ученики были также распределены на 2 кластера: получившие «5» — успешные, получившие «3» и «4» — неуспешные.

С целью разделения выборки студентов на разные кластеры в зависимости от успешности деятельности на практикуме по английскому языку также был проведен кластерный анализ. В первый кластер вошли студенты, у которых были выше баллы по 7 параметрам из 12 (U-критерий, p<0,05), — успешные (n=5), чем у студентов, попавших во второй кластер — неуспешных (n=5).

Было выявлено, что у учеников начальной школы успешное освоение английского языка связано с высоким значением общей мощности спектра ВРС (F(1, 5716)=195,50; p<0,001) — см. рисунок. В этом кластере также отмечена высокая мощность как низкочастотного (F(1, 5716)=25,907; p<0,001), так и высокочастотного компонентов (F(1, 5716)=233,99; p<0,001), что свидетельствует о согласованном повышении активности симпатического и парасимпатического звеньев вегетативной регуляции.

Значения спектральных показателей ВРС у учеников начальной (1-я группа), средней и старшей (2-я группа) школы и студентов (3-я группа), успешных и не успешных на занятии по иностранному языку * — статистически значимое различие значений между успешными и неуспешными учениками и студентами, p<0,05; ** — p<0,001 (по апостериорному критерию Фишера)

У успешных учеников средней и старшей школы статистически значимо выше оказался только высокочастотный компонент спектра ВРС. При этом у всех успешных школьников во время урока отмечено более низкое напряжение регуляторных систем.

У студентов успешное освоение английского языка связано с высокой общей мощностью спектра регуляции сердечного ритма на занятии за счет увеличения значений всех его звеньев: симпатического (F(1, 4967)=108,84; p<0,001) и парасимпатического (F(1, 4967)=171,03; p<0,001). В отличие от школьников, ИВБ был выше у успешных студентов (F(1, 4967)=27,431; p<0,001), что свидетельствует о большем вкладе симпатической регуляции в процесс успешного освоения английского языка на профессиональном этапе. Также успешное освоение английского языка у студентов коррелировало с отсутствием изменения диаметра зрачка при работе с текстами на русском и английском языках. Это свидетельствует о схожести режимов вегетативной регуляции при выполнении лингвистических заданий на родном и иностранном языке при успешном освоении последнего.

Влияние стрессогенности занятия на успешность освоения английского языка. В течение занятия по английскому языку проводился анализ распределения стресс-эпизодов (табл. 1). Выявлено, что фактор времени (фаза урока) значимо влияет на распределение стресс-эпизодов в течение всего периода обучения в школе: начало урока является наиболее стрессогенной фазой, а в середине урока стресс-эпизодов меньше, чем в конце (Фишер, тест LSD; p<0,001). Зависимости количества стресс-эпизодов от фазы занятия у студентов не выявлено.

Таблица 1. Количество стресс-эпизодов по фазам урока

После этого оценивали связь между количеством стресс-эпизодов и успешностью деятельности на уроке и занятии по английскому языку. Для 2-й и 3-й групп никаких закономерностей выявлено не было. Далее приводятся результаты анализа для 1-й группы.

Проводили кластеризацию методом К-средних для разделения выборки учеников по параметрам стрессогенности урока (количество стресс-эпизодов и доля времени стресс-реакций на уроке). В итоге выборка была разделена на два кластера: в первый вошли 8 учеников, у которых наблюдались меньшее количество стресс-эпизодов и меньшая доля времени стресс-реакций, чем у 8 учеников, попавших во второй кластер (U-критерий, p<0,05). Первый кластер был обозначен как кластер с низкой стрессовой нагрузкой, а второй — с высокой стрессовой нагрузкой.

В дальнейшем выборка была повторно кластеризована методом К-средних по показателям полезной активности на уроке, а результаты предыдущей кластеризации использовались в качестве группирующей переменной. В результате было выделено три кластера: в первый (n=5) попали только те, у кого отмечена низкая стрессовая нагрузка на уроке; в третий (n=4) — те, у кого отмечена высокая стрессовая нагрузка на уроке английского языка; во втором кластере оказались 7 человек.

Затем были сопоставлены баллы за успешность на уроке английского языка у учеников из первого (низкая стрессовая нагрузка) и третьего (высокая стрессовая нагрузка) кластера. Оказалось, что у учеников с низкой стрессовой нагрузкой на уроке отмечены значимо более высокие баллы по трем показателям активности (U-критерий, p<0,05): «взаимодействие с группой», «аккуратность в использовании старого материала» и «использование старых структур».

Следовательно, низкая стрессовая нагрузка является фактором успешности процесса освоения английского языка.

Обсуждение результатов

При сравнительном анализе показателей ВPC у учащихся, начиная с 4-го класса и заканчивая обучением в вузе, были обнаружены специфические значения параметров для каждого этапа освоения английского языка. Оказалось, что значения активности как симпатического, так и парасимпатического контуров регуляции увеличиваются с возрастом, что может свидетельствовать как о возрастных особенностях вегетативной нервной системы (поздняя миелинизация тангенциальных волокон коры полушарий), так и о формировании и созревании лингвистической системы, обеспечивающей деятельность на английском языке. Независимо от возраста у всех групп добровольцев увеличивается активация симпатической нервной системы после занятия. Только на этапе начального освоения английского языка отмечено усиление центрального контура регуляции кардиоритма, активация парасимпатической нервной системы и снижение ИВБ после урока английского языка.

Результаты исследования демонстрируют изменения показателей ВPC на школьном уроке по анг­лий­с­кому языку в разных классах и на занятии по анг­лийскому языку. Установлено, что в начале школьного урока отмечается наибольшее количество стресс-эпизодов, при этом наименее стрессогенной фазой является середина урока. Если учитывать, что структура школьного урока регламентирована требованиями государственных стандартов, то можно выделить наиболее стрессогенные виды активности на уроке: организационный момент и проверка выполнения домашнего задания.

Подобного распределения стресс-эпизодов не выявлено в группе студентов, что может быть связано со спецификой занятий в школе и вузе. Структура занятия по английскому языку у студентов языковой специальности не линейна и предполагает постоянную смену разных видов деятельности. Поскольку измерения проводились на разных занятиях, структура их была разной, что делает затруднительным определение стрессогенных видов активности.

Характеристика показателей спектрального анализа ВРС у школьников и студентов, успешных на занятии по английскому языку, указывает на высокую мощность спектра регуляции за счет увеличения значений всех ее звеньев (LF и HF). При этом в отношении школьников ИВБ значимо выше у не­успешных учеников, что свидетельствует о большей выраженности активности парасимпатического контура регуляции у успешных школьников. Это может быть связано с активизацией селективного внимания у успешных учеников при выполнении лингвистических заданий [2]. В отношении же студентов ИВБ выше у успешных, что свидетельствует о большем вкладе симпатической регуляции. Выявлено, что активация симпатической нервной системы приводит к улучшению рабочей памяти [24]. Следовательно, можно полагать, что в контексте профессионального освоения иностранного языка большая роль принадлежит оперативной обработке информации. С одной стороны, хорошо развитая рабочая память обуславливает быстрое усвоение нового материала, с другой стороны — сам факт изучения иностранного языка может способствовать совершенствованию мнестических процессов.

Анализ показателей ВРС в разных контекстах позволяет констатировать схожесть режимов вегетативной регуляции у школьников и студентов, успешных на занятии по английскому языку. Следовательно, для выполнения разных лингвистических заданий необходимы схожие функциональные состояния. Для всех возрастных этапов оптимальной является высокая активность вегетативной нервной системы. Отличие проявляется в соотношении симпатического и парасимпатического контуров: вклад симпатического контура более важен на студенческом этапе, а парасимпатического — на школьном (табл. 2).

Таблица 2. Функциональное состояние учащихся в процессе освоения английского языка

Заключение

Проведенная работа позволяет выделить следующие основные факторы успешности процесса освоения иностранного языка студентами и школьниками. Фактором успешности для студентов является высокая активность вегетативной нервной системы с выраженным доминированием симпатической активации над парасимпатической. Оптимальное состояние для освоения чужого языка школьниками заключается в согласованной активации симпатического и парасимпатического контуров регуляции.

Финансирование исследования. Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты №18-013-01225, 18-413-520006, 18-013-01169).

Конфликта интересов нет.