Результаты исследований выявили определенные черты сходства и различий координационной структуры и центральной организации движений у детей и взрослых. Центральную роль в формировании координационной структуры играет двигательное научение. В связи с этим особого внимания заслуживает тот обнаруженный в настоящем исследовании факт, что к младшему школьному возрасту складываются механизмы научения, вполне сопоставимые по своему характеру и эффективности (скорости научения) с таковыми у взрослых. Показано, что и у детей 7-8 лет и у взрослых наблюдаются качественно сходные стратегии научения, что проявляется в сходной типологии кривых научения. Такое сходство наблюдается в ходе выполнения двух разных по своей функциональной структуре задач: задаче на воспроизведение последовательностей, заданных зрительным образцом, и задаче на зрительно-моторную синхронизацию. Первая из них предполагает формирование внутренней репрезентации последовательности и ее оптимизацию в ходе многократного выполнения. Вторая - характеризуется минимальной серийной сложностью, но требует сенсомоторной координации, основанной на прогнозе в отношении момента времени появления очередного сенсорного сигнала.

Исследование возрастной динамики временной структуры движений показало, что по мере взросления уменьшение времени простой зрительно-моторной реакции происходит существенно быстрее, чем уменьшение длительности интервала в простом таппинге, что указывает на сокращение длительности центральных процессов подготовки к движению (Безруких, Курганский, 2011). Сравнение латентной фазы, предшествующей выполнению серийного движения, с фазой реализации движения показывает, что в ходе серийного научения наиболее выраженные изменения происходят именно в латентной фазе подготовки серийного движения, а не в длительности отдельных движений. При этом разные стратегии научения (быстрое и медленное научение) обеспечиваются различными функциональными системами, о чем свидетельствуют выявленные в настоящем исследовании существенные различия в характере и выраженности направленных корковых связей у детей младшего школьного возраста и у взрослых.

При максимально быстром циклическом выполнении ритмического таппинга и графических движений наблюдаются закономерные возрастные изменения в координационной структуре этих движений. Во всех возрастных группах максимально быстрый темп выполнения движения зависит от того, насколько сложным в серийном и координационном отношении является это движение. При этом степень влияния сложности на темп выполнения движений быстро уменьшаются с возрастом в диапазоне от 5-6 лет до взрослости. Так, при простых циклических движениях (реципрокное движение вдоль прямой линии) отмечаются лишь минимальные возрастные изменения как темпа, так и временной структуры, а временные параметры отдельных субдвижений практически не изменяются. Между тем, аналогичное движение вдоль отрезка прямой линии, когда оно включено как фрагмент быстрого рисования квадрата, оказывается существенно более продолжительным, и у детей 5-6 лет реализуется за счет 4 - 6 последовательных субдвижений.

Сопоставление возрастных зависимостей длительности движения в простом периодическом таппинге (R) и ритмическом таппинге "тройками" (RRR) показало, что у детей 6 - 7 лет длительность движения значимо больше в ритмическом таппинге, но по достижении 8 лет это различие исчезает. При этом сравнение структуры направленных функциональных корковых связей во время выполнения R и RRR показало, что по сравнению с группой детей 8-9 лет в младшей возрастной группе наблюдается большая разница в мозговых ансамблях, обслуживающих сложный ритмический таппинг RRR и простой периодический таппинг R.

Зависимость длительности движения от структурной сложности серии можно объяснить возрастанием центральных временных затрат (текущее программирование). Однако, как показано в настоящем исследовании, зависимость длительности движения от его структурной сложности (координационной и серийной) может быть и результатом компенсаторного увеличения длительности, необходимого для поддержания низкой вероятности возникновения сбоя. Анализ циклических графических движений, выполненных в максимально быстром темпе, показывает, что следует предпочесть второе объяснение как более простое. Об этом свидетельствуют, данные, полученные на взрослых испытуемых, циклически рисовавших геометрические фигуры разной серийной и координационной сложности. Оказалось, что возрастание сложности сопровождается не только снижением темпа субдвижений, что соответствует гипотезе текущего программирования (Alouche et al., 2012), но и возрастанием их длительности. В пользу компенсаторного механизма ограничения максимального темпа говорят также и результаты исследований, полученные на детях предшкольного и младшего школьного возраста. Установлено, что при увеличении сложности графического движения дети не снижали темп возникновения субдвижений, а использовали последовательности нескольких субдвижений, что можно рассматривать как способ снижения вариативности.

Экспериментальные работы, посвященные различным аспектам управления движениями и двигательного научения в онтогенезе, показывают, что вариативность различных параметров движений у детей существенно выше, чем у взрослых. Это утверждение в полной мере относится и ко всем классам двигательных задач, рассмотренных в настоящей работе. Так, и вариативность центрального таймера (ЦТ), и моторная вариативность, оцененные в соответствии с моделью Винга и Кристофферсона (Wing, Kristofferson, 1973) по записям простого периодического таппинга, убывают с возрастом. Большая вариативность ЦТ обнаружена также и в задаче на зрительно-моторную синхронизацию. Уменьшение вариативности ЦТ с возрастом приводит к расширению диапазона периодов задающей последовательности сенсорных сигналов, в котором возможна устойчивая синхронизация.

Следует подчеркнуть, что увеличение верхней границы этого диапазона свидетельствует о расширении временного горизонта прогнозирования. В результате такого расширения, как это следует из теории внутренних моделей (Wolpert, Kawato, 1998) и модели оптимальной обратной связи (Todorov, Jordan, 2002), с возрастом становится возможным переход от преимущественного использования сенсорной обратной связи при выполнении движений к программному управлению. К аналогичному выводу приводит изучение возрастных особенностей движения к пространственной цели (Pellizzer, Hauert, 1996).

Проведенный в данной работе нейрофизиологический анализ особенностей корковых функциональных связей, опирающийся на предложенные меры оценки их силы и направления, выявил увеличение с возрастом избирательности вовлечения корковых структур функциональных связей между ними при выполнении двигательных задач. Такая картина соответствует установленной онтогенетической тенденции формирования оптимальных динамических функциональных систем (Фарбер, 2003; Фарбер, Мачинская, 2007).

Полученные в настоящем исследовании результаты дают основание предполагать, что на каждом возрастном этапе оптимизация решения двигательных задач определяется степенью зрелости мозговых структур и развитием управляющих функций и заключается в выборе из множества возможных функциональных систем наиболее оптимальных.

Субоптимальные функциональные системы, свойственные детям, характеризуются функциональной избыточностью. Иными словами, дети этого возраста в процессе выполнения движений совершают больше когнитивных операций, чем это делают взрослые. Между прочим, функциональной избыточностью, при учете огромного числа индивидуальных вариантов субоптимальных систем, можно объяснить более диффузные (менее дифференцированные), чем у взрослых, усредненные по группе картины корковых связей у детей, получаемые в электрофизиологических исследованиях.

Согласно концепции биологической надежности А.А. Маркосяна (1969) функциональная избыточность (дублирование) является необходимым условием приспособительного функционирования физиологических систем развивающегося организма человека. Точно так же, функциональная избыточность является необходимым условием процесса оптимизации двигательной системы. Функциональная избыточность проявляется в высокой вариативности, свойственной двигательной активности детей. Таким образом, высокая вариативность движений, с одной стороны, является необходимой и носит "приспособительный характер" (Бернштейн, 1947; 1966), а, с другой стороны в ней проявляется неоптимальность построенных функциональных систем.

Построение (формирование) оптимальных функциональных систем, совершенствование координаций их составляющих, приводит к упрощению самих систем и, как следствие, к возрастанию способности к параллельной обработке информации и к снижению вариативности управляющих сигналов. В свою очередь, снижение уровня вариативности приводит к сокращению времени движения и расширяет временной горизонт и точность прогнозирования, необходимого для обеспечения сенсомоторных координаций и программного типа управления движениями.

Данные, представленные в настоящем исследовании, показывают, что в период между 5-6 и 7-8 годами происходят выраженные изменения в характере координационной структуры движений, сопоставимые с изменениями за весь дальнейший период развития. Этот же возрастной период характеризуется интенсивным развитием управляющих функций (Семенова, Мачинская, 2012), в том числе внимания (Крупская, Мачинская, 2010) и рабочей памяти (Мачинская, Курганский, 2012). Предпосылки для эффективного овладения двигательными навыками складываются к 7-8 годам. Нейрофизиологической основой этих предпосылок является созревание мозговых структур и найденные в процессе предыдущего развития субоптимальные способы управления разными движениями. В двигательном поведении эти предпосылки выражаются в возможности быстрого выполнения простых движений и в эффективном построении сложных последовательностей движений за счет сопоставимого по скорости серийного научения и сенсомоторной адаптации.

В практическом отношении это означает, что при обучении детей этого возраста двигательным навыкам требования, предъявляемые к скорости и точности движений разной координационной и серийной сложности, должны быть тщательно соотнесены с функциональными возможностями детей.

Выводы