Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Рост когнитивных способностей ребенка становится особенно заметен для родителей и преподавателей в первую очередь именно в школьные годы. Большинство детей начинают учебу, зная цифры и буквы, и заканчивают школу с умением решать сложные математические задачи, читать и писать сложные тексты. Возможности мозга человека по освоению нового и изменению в ходе развития удивительны. В классической психологии для измерения интеллекта и учебных навыков было разработано множество методов, многие из которых применяются в психологической практике и по сей день; однако эти методы как правило являются сильно зависимыми от особенностей культуры, требуют знаний в той или иной предметной области и могут применяться только для детей старшего школьного возраста. Предлагаемый нами способ измерения когнитивных навыков вне зависимости от культурных особенностей, не требующий интенсивной предварительной подготовки и подходящий для детей младшего школьного возраста - это параметрические методы измерения емкости внимания во внутреннем плане (ментального внимания). Емкость внимания во внутреннем плане (ментального внимания) - это количество информации, которую человек может удерживать «в уме» и которой он может манипулировать при решении задачи. Это ограниченный ресурс, который постепенно увеличивается с возрастом. В параметрических методах измерения емкости внимания во внутреннем плане, которые для наших испытуемых выглядят как игра, используются простые понятия, такие как цвета, формы и числа, при этом из этих простых элементов, путем их комбинации по определенным правилам, сформированы задачи на нескольких уровнях сложности. Важно отметить, что правила этих игровых заданий остаются постоянными на всех уровнях сложности (например, «определи, цвета на этой картинке те же, что на предыдущей или отличаются?»). Так как количество цветов (или других простых элементов), задействованных в картинке, может меняться от 1 до 6, а ребенок должен указывать, являются ли цвета одинаковыми или разными независимо от количества цветов, сложность задачи растет от уровня к уровню, а правила и требуемые знания – не меняются. Оставляя смысл игры и правила простыми, мы можем манипулировать сложностью задачи, изменяя количество обрабатываемой информации. В среднем, как правило, в ходе возрастного развития емкость внимания во внутреннем плане увеличивается на единицу каждый год; начиная с 3-4 лет, когда она составляет 1 единицу, таким образом, в 5-6 лет – она будет составлять 2 единицы, в 7-8 лет - 3 единицы, в 9-10 лет - 4 единицы, в 11-12 лет - 5 единиц, в 13-14 лет - 6 единиц, и мы приходим к показателю в 7 единиц в возрасте 15-16 лет. Этот уровень является предельным и в дальнейшем, в том числе для взрослых. Небольшой процент детей, около 5%, превосходит по данному показателю типичные для своего возраста результаты, показывая выдающиеся способности. Цель наших исследований - найти более совершенные методы идентификации когнитивных навыков у детей младшего возраста и лучше понять нейрокогнитивные основы их способностей. Комиссии по внутриуниверситетским опросам и этической оценке эмпирических исследовательских проектов Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» одобрила используемые нами исследовательские процедуры. Участие в нашем исследовании абсолютно добровольное. Для работы с детьми мы сначала рассказываем об исследовании администрации школы. Если администрация школы заинтересована в участии в исследовании, мы взаимодействуем с учителями и родителями, рассказывая им о проекте и о возможности принять в нем участие; дополнительную информацию для родителей можно прочитать в новостном разделе сайта НИУ ВШЭ (https://social.hse.ru/psy/news/212469995.html). Заинтересованным родителям предлагается подписать форму письменного согласия. Только те дети, чьи родители подписывают согласие на участие ребенка, могут принять участие в нашем исследовании. Мы собираем данные в нескольких школах в Москве и очень благодарны всем директорам, методистам, школьным психологам, педагогам, родителям и детям, которые помогают нам в поиске новых знаний о закономерностях когнитивного развития человека. Мы провели измерение емкости внимания во внутреннем плане у младших школьников, а также провели измерения цереброваскулярной гемодинамики с помощью УЗИ. Предварительные данные показывают, что в среднем показатели по емкости внимания во внутреннем плане соответствуют теоретически прогнозируемым уровням, то есть, школьники 2-го класса в возрасте 7-8 лет могут успешно удерживать «в уме» и манипулировать 3 единицами информации, в то время как ученики 4-х классов (9-10 лет) могут успешно удерживать «в уме» и манипулировать 4 единицами информации. Ультразвуковое исследование - это неинвазивный метод (то есть, метод, не оказывающий никакого воздействия на организм человека), который создает изображения внутренних частей тела с использованием звуковых волн. Мы используем ультразвук для измерения параметров, связанных с кровоснабжением различных областей мозга. Например, мы измеряем, насколько быстро кровь течет в сосудах, снабжающих левое и правое полушария. Наши предварительные результаты показывают, что существуют различия в скорости крови в сосудах, которые снабжают левое и правое полушарие у детей в возрасте от 7 до 10 лет. Наш проект посвящен изучению как когнитивных, так и эмоциональных процессов, связанных с созреванием и изменением мозга в ходе развития. Чтобы лучше понять эти процессы, мы провели серию метааналитических исследований по отношению к ранее опубликованным работам в области функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). В числе других вопросов, мы смогли собрать данные о том, какие области мозга связаны с обработкой чисел и решением математических задач у детей и взрослых. Мы также изучали области мозга, связанные с когнитивными феноменами и сложным принятием решений у взрослых, потому что они могут помочь нам лучше понять, как эти процессы развиваются у детей. Наши исследования были бы невозможны без участия и поддержки в организации со стороны директоров, учителей, родителей и детей в школах-участниках. В следующем году мы планируем приглашать к участию многие школы в Москве и других регионах России. Для получения дополнительной информации о нашем проекте можно посетить нашу страницу на сайте НИУ ВШЭ: https://www.hse.ru/staff/Arsalidou#__tab1

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Когнитивная компетентность тесно связана с академической успеваемостью и профессиональной успешностью. Мир стремительно меняется, и мы, безусловно, не можем предсказать, какие именно профессии будут востребованы в будущем. Однако эксперты сходятся во мнении, что на будущем рынке труда будет высокий спрос на специальности, связанные с наукой и техникой. Поэтому крайне важно, чтобы мы совершенствовали наши методы оценки познавательных способностей детей с целью улучшения качества образовательных практик. Наш проект исследует нейрокогнитивные корреляты когнитивной компетентности. Для оценки когнитивной компетентности мы используем классические бланковые и разработанные нами компьютеризированные методики измерения емкости ментального внимания. Емкость ментального внимания соответствует количеству информации, которую ребенок может одновременно удерживать в уме и обрабатывать (https://www.youtube.com/watch?v=lKsLGg1HUqc). Движения глаз, вероятно, являются одной из наиболее объективных мер направленности внимания, мы используем её для понимания стратегий решения задач. Возможности ребенка по решению задач зависят от биологического созревания мозга и уровня мотивации, связанного с поведенческими, когнитивными и эмоциональными факторами. Цель нашего исследования - найти связи между несколькими компонентами, связанными с повышенной когнитивной способностью. На протяжении прошедшего года мы сотрудничали с одиннадцатью школами в Москве. Мы благодарны всем директорам, школьным психологам и педагогам за поддержку нашего исследования. Наряду с этим, мы выражаем особую благодарность всем родителям и их детям, участвовавшим в нашем исследовании. Участие в нашем исследовании является абсолютно добровольным. Дети выполняли методики по оценке ментального (произвольного) внимания (в том числе, и с отслеживанием движений глаз), вовлеченности в школьную жизнь, а также проходили ультразвуковое обследование сосудов. Методики оценки ментального (произвольного) внимания выполнены в виде познавательных игр, позволяющих замерить количество единиц информации, которые ребенок может удерживать «в уме» при решении задачи. Разработанная нами методика диагностики вовлеченности в школьную жизнь оценивает мотивацию и степень, в которой ребенок вкладывается в обучение, на уровне когнитивных, поведенческих и эмоциональных компонентов. Айтрекинг позволяет отслеживать направление и фиксацию взгляда в процессе выполнения ребенком задания в форме познавательной игры на компьютере. Ультразвуковое обследование (УЗИ) является неинвазивной техникой, которая позволяет создавать изображения внутренних органов (в данном случае, сосудов, обеспечивающих питание головного мозга) с использованием звуковых волн. Полученные нами данные показывают, что показатели емкости ментального внимания соответствуют теоретически-прогнозируемым траекториям развития, и согласуются с эмпирическими данными, полученными во многих других странах в наших предыдущих исследованиях, что подтверждает неспецифичность данной методики в отношении культуры и валидность данной методики в российских условиях. Уровень емкости ментального внимания, на две или более единиц превышающий ожидаемый средний уровень для данной возрастной группы, считается повышенным уровнем емкости ментального внимания, и рассматривается в данном проекте как проявление когнитивной одаренности. От 2% до 7% участников данного проекта продемонстрировали повышенный уровень в различных использованных нами компьютеризированных задачах. Эти показатели соответствуют международным показателям доли когнитивно одаренных детей (~ 5%). Наши результаты показывают, что когнитивно одаренные дети могут иметь более сложный репертуар когнитивных стратегий, то есть, они могут ускорить решение задачи, если требования задачи находятся в пределах емкости их ментального внимания, или замедлить свою работу, когда ресурсов не хватает, чтобы поддерживать высокую точность. Изучение использования стратегий у одаренных детей поможет нам улучшить подходы к образованию. Мы применили предварительные алгоритмы с моделями машинного обучения, чтобы проверить, можем ли мы предсказать возраст ребенка, используя гемодинамические реакции, измеренные с помощью ультразвукового обследования (диаметр сосудов и скорость кровотока). Результаты показывают, что наши модели могут прогнозировать возраст ребенка с точностью до 10 месяцев. Примечательно, что результаты остаются такими же, когда мы рассматриваем мальчиков и девочек отдельно. Метод машинного обучения также использовался для прогнозирования емкости ментального внимания у ребенка, и результаты также соответствуют предполагаемым прогнозам с точностью до 10 месяцев. Этот результат является эмпирическим подтверждением теоретической модели, согласно которой, в среднем показатели емкости ментального внимания увеличиваются на одну единицу в год. На практике оценки емкости ментального внимания могут быть использованы для определения готовности ребёнка к школе и разработки индивидуально-ориентированных образовательных стратегий. Отслеживание движений глаз использовалось нами для изучения стратегий, которые применяются при решения задач. На данном этапе мы проверили нашу процедуру айтрекинга при участии взрослых и сравнили количество фиксаций взора при выполнения методики взрослыми и детьми младшего школьного возраста. Результаты показывают, что дети совершают фиксации взора примерно на 30% чаще, чем взрослые. Интересно, что для каждого уровня сложности дети генерируют одинаковое количество фиксаций, независимо от интерференции (помех) со стороны контекста, тогда как взрослые делают меньше фиксаций, если задача предъявляется в условиях с меньшей интерференцией. Это говорит о том, что взрослые могут использовать различные стратегии в зависимости от особенностей задачи. Кроме того, увеличение количества фиксаций может свидетельствовать о том, что дети предпочитают визуально-пространственную стратегию, тогда как взрослые предпочитают вербальную стратегию. Мотивация и вовлеченность в учёбу измерялись по адаптированной методике, которая была психометрически валидизирована. Эта методика позволяет оценить факторы, связанные с интересом и вовлеченностью ребенка в обучение, и включает поведенческие, когнитивные и эмоциональные компоненты. Результаты показывают, что эмоциональная вовлеченность является самым сильным компонентом этой шкалы. Однако, особенно интересно для данного проекта то, что ученики, демонстрирующие повышенный уровень емкости ментального внимания, отличаются от своих сверстников более высокими оценками по поведенческому и когнитивному компонентам, а не по эмоциональному. Наряду с оценками своей вовлеченности в школьную активность, которые дали сами ученики, мы получили предварительные данные по методике, оценивающей вовлеченность ученика в школьную активность, по мнению учителя. По полученным данным мы видим, что учителя достаточно точно оценивают ощущения ребенка в школе и его включенность в учебный процесс, особенно в том, что касается эмоциональной составляющей этого отношения. Поскольку нас интересуют проявления когнитивных и эмоциональных показателей в поведении и нейронные корреляты этих показателей, мы провели серию метааналитических исследований в отношении работ, применявших метод функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Например, мы исследовали, какие области мозга связаны с активно исследуемыми показателями рабочей памяти у детей, задачами, связанными с оттормаживанием нерелевантной информации, способностью останавливать когнитивный процесс, намеренно или автоматически, у взрослых. Кроме того, мы исследуем области мозга, связанные с восприятием выражений лица при их динамическом предъявлении, что помогает нам понять связь между эмоциями и познанием. Безусловно, наше исследование было бы невозможно без поддержки директоров школ, психологов, педагогов, родителей и детей в школах, участвующих в исследовании. В следующем году мы продолжим исследование емкости ментального внимания, его нейронных коррелятов и проявлений в мотивации и поведении, с помощью компьютеризированных задач, ультразвукового обследования и отслеживания движения глаз, в школах и начнем исследование с использованием функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) для изучения нейронных коррелятов ментального внимания у детей. Участники фМРТ исследования получат изображения анатомических структур своего мозга. Более подробную информацию для родителей и педагогов можно найти здесь: https://social.hse.ru/neuropsy/

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Когнитивные способности соответствуют психическим процессам, которые мы задействуем для решения задач и приобретения знаний в повседневной жизни. Когнитивные способности улучшаются в течение всего детства и подросткового возраста, и они тесно связаны с учебными достижениями и профессиональными успехами. На протяжение возрастного развития ребенок проходит несколько этапов когнитивного развития, и разные дети могут делать это с разным темпом. Исследования показывают, что небольшой процент детей (1-10%) значительно превосходит в темпах когнитивного развития своих ровесников, их часто называют когнитивно-одаренными детьми. В нашем проекте исследуются нейрокогнитивные корреляты, связанные с высокими показателями в отношение когнитивных способностей. Изучение одаренных детей поможет улучшить наши методы диагностики когнитивных способностей и обучения в будущем. Ментальное (произвольное) внимание - это основная когнитивная способность, которая позволяет нам удерживать информацию в уме и манипулировать ей. Объем ментального внимания, как ограниченный ресурс, количественно оценена в ряде исследований. Так, дети поступающие в школу в возрасте 7 лет, имеют объем произвольного внимания 3 единицы, а к моменту завершения школьного образования этот показатель достигает 7 единиц, что совпадает с числом единиц информации (ментальных репрезентаций), которое могут обрабатывать взрослые. Мы использовали классические и современные методы измерения объема произвольного внимания в сочетании с передовыми физиологическими и нейровизуализационными технологиями, такими как ультразвуковое обследование, айтрекинг и магнитно-резонансная томография (МРТ). Мы также учитывали аспекты мотивации и вовлеченности школьников. В процессе исследования мы организовали взаимодействие со многими школами Москвы и благодарны директорам школ, школьным психологам и педагогам за их ценный вклад в наш проект. Мы особенно благодарны родителям и всем детям, которые поддерживали наши исследования, принимая в них участие. Сотрудничество с нами является абсолютно добровольным для школ, педагогов, родителей и детей. На данном этапе исследовательского проекта школьники выполняли задания по оценке ёмкости ментального (произвольного) внимания. Наряду с этим, мы оценивали вовлеченность детей в школьное обучение, проводили ультразвуковое исследование, айтрекинг и функциональную МРТ. Психологические методы измерения ёмкости ментального (произвольного) внимания предъявляются детям как познавательные игры с формами, цветами и числами. Например, в задании на пересечение фигур (ПФ) детей просят найти точку пересечения между различными фигурами. На различных уровнях сложности мы меняем количество фигур с 2 до 8. Задание на сопоставление цветов (ЗСЦ) компьютеризировано, в нем детей просят запомнить соответствующие цвета на рисунке и указать, имеет ли следующий предъявляемый рисунок такие же или другие цвета. По мере возрастания уровня сложности в этом задании количество соответствующих цветов увеличивается. Задание на соотнесение чисел (ЗСЧ) похоже на задание на соотнесение цветов, но вместо соответствующих цветов мы используем соответствующие числа (т. е. мы просим детей игнорировать некоторые числа и находить изменение в наборе чисел на экране). Дети с объемом произвольного внимания выше ожидаемого для их возраста на 2 или больше единицы, отнесены нами в группу участников с повышенным уровнем объема произвольного внимания (over-performers). Нами была разработана шкала оценки школьной вовлеченности, её психометрическая валидность на русском языке была также подтверждена. Эта шкала предъявляется детям в виде опросника, где они должны ответить на вопросы, связанные с тем, насколько эмоционально, когнитивно и поведенчески они вовлечены в школьное обучение. Данная шкала и сопроводительная документация находятся в свободном доступе по ссылке: https://social.hse.ru/neuropsy/surveys Айтрекинг - это неинвазивный метод, используемый для отслеживания и измерения движения глаз. Параметры движения глаз включают саккады, фиксации, моргание и расширение зрачков. Одним из наиболее объективных показателей внимания, судя по имеющимся данным, были измерения движения глаз детей и взрослых во время задания на соотнесение цветов (ЗСЦ). Ультразвуковое исследование - это неинвазивный метод, который использует отраженный сигнал для получения изображений внутренних частей тела. Мы использовали показатели кровотока, записанные с сосудов головы и шеи у наших участников, и соотнесли эти результаты с поведенческими показателями, такими как школьная вовлеченность и ёмкость ментального (произвольного) внимания. МРТ и функциональная МРТ (фМРТ) - это неинвазивные методы нейровизуализации, которые используют сильные магнитные поля, радиоволны и градиенты магнитного поля для получения изображений высокого разрешения, отражающих анатомическое и функциональное устройство мозга. Мы использовали МРТ и фМРТ для оценки ответной реакции мозга детей и взрослых во время выполнения ими задания на соотнесение цветов (ЗСЦ). Используя поведенческие показатели ёмкости ментального (произвольного) внимания, мы проверили теоретические прогнозы и воспроизвели полученные ранее эмпирические данные, которые показывают, что уровень емкости ментального внимания увеличивается по мере возрастного развития ребенка. Средние показатели российских детей сопоставимы с данными, полученными в странах Северной Америки, Южной Америки, Европы и Австралии. Важным для нашей работы было то, что с помощью нашего критерия повышенной успешности мы получили показатели повышенной успешности в 4-9% для игры с цветами (ЗСЦ) и 1-4% для игры с числами (ЗСЧ); оба этих задания компьютеризированы. Показатель повышенной успешности был намного выше для задания на пересечение фигур (ПФ) (~25%), что позволяет предположить, что в данном случае может потребоваться более строгий критерий. Мы сравнили школьную вовлеченность детей, результаты которых по емкости ментального внимания отличались повышенной успешностью, и детей, показатели которых были средне-типичны для их возраста (контрольная группа). Участники с повышенной успешностью продемонстрировали большую школьную вовлеченность в целом. Мы обнаружили, что, хотя эмоциональный компонент являются более сильным показателем школьной вовлеченности при рассмотрении данных по всей выборке, межгрупповой анализ, сравнивающий участников с повышенной успешностью и участников с типичной успешностью, выявил значительные различия именно в поведенческом и когнитивном компоненте, и не показал различий в эмоциональном компоненте. Данные результаты позволяют нам предположить, что когнитивно-одаренным детям удается быть более вовлеченными в учебный процесс с точки зрения понимания задач, которые перед ними ставят преподаватели при освоении нового материала (когнитивный компонент) и с точки зрения правил организации школьной жизни (поведенческий компонент). Кроме того, мы сравнили показатели кровоснабжения мозга, измеренные с помощью ультразвукового обследования, у участников с повышенными показателями и участников, показатели которых были типичны для их возраста (контрольная группа). У участников с повышенными показателями объем кровотока в сосудах, снабжающих оба полушария, в целом был более высоким, но статистический анализ показал значительную разницу между участниками с повышенной успешностью и контрольной группой только в левом полушарии, в общих показателях кровотока, в показателях позвоночной артерии и внутренней сонной артерии. Чтобы лучше понять наблюдаемые закономерности, мы проведем дальнейший анализ. Наши исследования также показывают, что характеристики движений глаз связаны с процессами принятия решений и успешностью когнитивной деятельности. В частности, наши результаты показывают значительное влияние трудности заданий на количество фиксаций и продолжительность фиксаций взгляда, проявляющееся по мере увеличения когнитивной нагрузки. Этот эффект наблюдается как у детей, так и у взрослых. Важно отметить, что при изменении контекста задачи, и повышении количества помех, значительные эффекты наблюдаются в точности и времени реакции, но не в характеристиках движений глаз. Эти результаты показывают, что влияние на успешность со стороны помех могут зависеть от факторов, не связанных с характеристиками движений глаз, таких как исполнительный контроль (использование стратегии), в то время как характеристики движения глаз находятся в линейной зависимости от уровня сложности задания. МРТ-данные также показывают сильную связь между поведенческими характеристиками и активностью мозга. В частности, предварительный анализ показывает, что увеличение сложности (большее количество релевантных цветов в задании) вызывает изменение активности во время выполнения задания в таких областях мозга, как теменная, поясная и префронтальная кора. Паттерны мозговой активности демонстрируют повышенную вариабельность для более высоких уровней сложности, что позволяет предположить, что анализ определенных областей может помочь лучше понять эти результаты. Полученные нами результаты были представлены на местных и международных конференциях, опубликованы в рецензируемых российских и международных журналах и освещены в СМИ и интернет-изданиях. Кроме того, мы освещаем свою исследовательскую деятельность и полученные результаты в отчетах для школ и на открытых образовательных семинарах. В заключение, мы хотим отметить, что рады развитию нашего проекта и тому вкладу, который внесли в существующую научную литературу в данной области. Мы продолжим наши исследования по улучшению понимания нейрокогнитивных процессов и их развития. Еще раз пользуясь случаем, мы благодарим детей, участвовавших в наших исследованиях, их родителей, учителей, психологов и директоров школ. Более подробную информацию для родителей и педагогов можно найти по ссылке: https://social.hse.ru/neuropsy