Роль зрительного опыта в развитии психических функций

Институт психологии Российской академии наук

© Издательство Института психологии Российской академии наук, 2003

Введение

Насколько знания слепых людей отличаются от знаний зрячих? Этот вопрос стал обсуждаться в науке очень давно – с конца 17 века. Джон Локк в «Опыте о человеческом разумении» попытался ответить на вопрос своего друга Уильяма Молино, который спрашивал, может ли человек, родившийся слепым и научившийся отличать на ощупь куб от сферы, различить их с помощью зрения, внезапно прозрев. Локк ответил на этот вопрос отрицательно. Как сторонник эмпиризма Локк полагал, что при рождении человека его ум представляет собой «tabula rasa», – «белую бумагу без каких-либо знаков и идей», и все понятия и представления вычерпываются из сенсорного опыта. Поэтому слепой от рождения человек может иметь только тактильные представления об объектах и не может различить объекты с помощью зрения. Прийти к абстрактным амодальным понятиям можно, только интегрировав идеи из разных органов чувств. Сторонники рационализма, напротив, постулировали, что абстрактные идеи о мире существуют с рождения, и поэтому мы можем узнать сферу, представленную нам в любой модальности, поскольку уже имеем представление о сфере как таковой.

Сегодня дихотомию эмпиризма и рационализма можно переформулировать в вопрос: как соотносится восприятие мира и знания о мире? В свою очередь этот вопрос порождает множество других. Как потеря одной из модальностей влияет на знания об окружающей действительности? Какова природа информации, поступающей из различных органов чувств? Какими путями она обрабатывается? Что является результатом этой обработки? Как влияют разные репрезентации окружающего мира на организацию поведения?

Эти вопросы не остаются достоянием философов. В последние десятилетия они активно исследуются в рамках научной психологии. Поиски путей их решения являются отдельной проблемой. Условно можно выделить две методические парадигмы в исследованиях такого рода: 1) создание искусственной сенсорной депривации у животных с последующим исследованием ее влияния на разные показатели развития; 2) сравнение развития психических функций у людей, подвергшихся ранней сенсорной депривации вследствие врожденного поражения какой-либо сенсорной системы, с нормой. Последнее направление имеет большое значение еще и потому, что позволяет выявить трудности психического функционирования у людей с сенсорными нарушениями и выработать пути компенсации этих нарушений.

Исследования, выполненные в рамках первой парадигмы, имеют высокий показатель научной достоверности, однако возникают трудности с экстраполяцией их результатов на психическое развитие человека. Это направление можно, в свою очередь, разделить на два: первое изучает влияние зрительной стимуляции на развитие корковых механизмов, а второе – влияние зрительного опыта на формирование поведенческих паттернов. Классическими здесь являются работы Т.Визела и Д.Хьюбела [Wiesel, Hubel, 1965] на кошках, которые показали, что рецептивные поля зрительной коры модифицируются с опытом. Но в последнее время было сделано достаточно много работ по зрительной депривации на животных разных видов, таких, например, как крысы [Benevento et al., 1992] и пингвины [Wallraff, 2001].

Исторически развитие идей в этой области напоминает движение маятника. Сначала было принято, что опыт является ключевым моментом в развитии корковых механизмов и поведения. Потом маятник качнулся в другую сторону, и акцент делался на способности мозга развиваться самостоятельно и незначительной роли опыта в созревании отдельных способностей к зрительному и пространственному различению. Однако, по всей видимости, даже у животных соотношение врожденных и приобретенных механизмов имеет гораздо боле сложную структуру.

В исследовании, опубликованном в 2001 году в журнале «Nature», Леонард Уайт, Дэвид Коппола и Дэвид Фицпатрик (Wite, Coppola, Fitzpatrick, 2001) представили результаты экспериментов, в которых роль зрительного опыта изучалась на новорожденных хорьках. Эти животные были выбраны потому, что они рождаются с закрытыми глазами и их зрительное развитие сравнимо с другими млекопитающими в материнской утробе. В отличие от других исследователей, которые подчеркивали долговременные последствия зрительной депривации, Уайт, Коппола и Фитцпатрик решили исследовать влияние зрительного опыта на короткие, но важные периоды развития мозга, когда глаза открываются, и сенсорный опыт берет свое начало.

Целью поставленных экспериментов было изучение того, как зрительный опыт влияет на созревание нервных путей в зрительной коре животных, которые позволяют распознавать линии разной ориентации. Эти структуры изучались потому, что активность мозговых клеток, которые отвечают на такие стимулы, легко и точно регистрируется. Более того, селективность к ориентации должна быть обработана нейронами зрительных областей коры на основании электрических сигналов, получаемых от сетчатки. Это один из видов нейрообработки, на который может влиять сенсорный опыт.

В экспериментах одна группа таких животных содержалась в полной темноте, в то время как другая выращивалась с закрытыми глазами. Таким образом, у первой группы не было зрительного опыта. Вторая подвергалась недифференцированной визуальной стимуляции светом, который просачивался через веки, но животные не имели специального опыта с восприятием линий разной пространственной ориентации.

После того как животным позволили смотреть, исследователи картировали зрительные области коры у нормальных и у депривированных животных из обеих тестовых групп во время восприятия горизонтальных, вертикальных и наклонных линий. Исследователи использовали специальную технику, которая выявляла малейшие изменения в поглощении света, что позволяло отслеживать уровень активности в стволах нейронов визуальной коры. Эти оптические сигналы использовались для оценки нормальности функционирования нейронов ориентационной селективности.

Тестирование животных, выращенных в темноте, выявило нормальную активность в отделах мозга, ответственных за ориентацию, но более низкий уровень ориентационной селективности, чем у нормальных животных. Однако наиболее разительные различия наблюдались между нормальными животными и животными, выращенными с закрытыми глазами. У последних наблюдалось полное разрушение отделов мозга, ответственных за ориентационную селективность. Когда животным с ненормальным зрительным опытом предъявлялись линии, их зрительная система старалась сделать максимум, чтобы генерировать последовательности, соответствующие входным сигналам. В результате наблюдался дефицит ориентационной селективности.

Авторы подчеркивают, что система, связанная с ориентацией животных, нормально реагировала на свет, но не реагировала дифференцированно на линии разной пространственной ориентации. Эти данные дают возможность предположить, что развивающаяся зрительная кора перед тем, как глаза открываются, в первую очередь настроена на получение сигналов из естественной среды. Таким образом, существует определенная синергия между врожденными механизмами развития и воздействием опыта, который в норме обеспечивается нормальным зрительным окружением. Данные по животным с закрытыми глазами показывают, что эта синергия может быть полностью нарушена, когда животные имеют ненормальный зрительный опыт. Эти результаты дают возможность составить более сбалансированный взгляд на врожденные механизмы и механизмы зрительного опыта.

Были предоставлены доказательства того, что специфический тип нейронных связей разрушается при отсутствии нормального сенсорного опыта. Выполненная работа послужит установлению более точной и полной картины вклада этих двух источников. Существует врожденная программа, способная устанавливать ориентационную селективность, но сама по себе эта программа не способна выйти на взрослый уровень ориентационной настройки. Для этого необходим нормальный зрительный опыт. Влияние ненормального зрительного опыта, как в случае со светом, проходящим через закрытые веки, показывает, насколько мощное воздействие может оказать опыт в изменении направления развития мозга. При ненормальном зрительном опыте нейроны зрительной коры находятся гораздо в более тяжелом положении, чем в ситуации, если бы на них вообще не оказывалось никакого зрительного воздействия. Это означает, что генетически мозг обладает определенными функциональными возможностями, которые или совершенствуются, или деградируют в зависимости от качества зрительного опыта в первые годы жизни.

Хотя исследователи указывают, что их данные касаются только зрительной системы животных, но они утверждают, что на сегодняшний день не подлежит сомнению, что широкий класс нейронных функций, связанных с моторным контролем и другой сенсорной чувствительностью, может зависеть от нормальности раннего опыта. Ограничение зрения на обоих глазах у детей (например, в случае двусторонней катаракты), которое изменяют паттерны нейронной активности в зрительных центрах мозга, может влиять на поступательное развитие зрительной коры. Поэтому необходимо подчеркнуть важность лечения разного рода нарушений в раннем детстве для того, чтобы обеспечить нормальное приобретение раннего зрительного опыта.

Изучение влияния зрительной депривации в естественных условиях приводит исследователей к еще более неоднозначным выводам. В частности, во многих исследованиях демонстрируется высокая пластичность мозговых функций и существование параллельных систем для обеспечения сложного поведения. В работе с пингвинами был сделан вывод, что эти животные используют две параллельные системы навигации: обонятельную и зрительную. При этом врожденные механизмы ориентации в пространстве развиваются с опытом [Wallraff, 2001].

С каждым годом увеличивается количество работ, исследующих характеристики психического развития человека в ситуации различных нарушений зрительной системы. Большинство из них строится по простой схеме: психические показатели развития измеряются на том или ином возрастном этапе (чаще всего это 5–7 лет) и соотносятся с данными о состоянии зрительной системы при рождении [Hof-Duin etal., 1998; Jacobson et al., 1998; Waugh, Chong, Sonksen, 1998]. Эта схема выражается в методологической парадигме, которую можно коротко обозначить: «сенсорный вход» («sensory input») и «развивающий выход» («developmental output»). Такое сочетание в русском переводе звучит несколько странно. В последнем случае имеются в виду показатели психического развития. Однако дословный перевод подчеркивает логику построения современных западных работ в этой области, заключающей в себе понимание этой проблемы в определенном исследовательском контексте.

Результаты таких исследований показывают (особенно, если учитываются средние показатели), что общее развитие маленьких детей с серьезными нарушениями зрения отстает от нормы. В большинстве случаев различия в показателях развития детей с нарушениями зрения ставятся в обратно пропорциональную зависимость от уровня сохранности зрительной системы: чем больше поражена зрительная система, тем ниже показатели развития. Поскольку многие дети со зрительными нарушениями обладают настолько низким зрением, что оно не может быть измерено традиционными методами, именно функциональность зрительной системы является точкой отсчета для исследователей. Эта функциональность определяется как объем полезного зрения, которым пользуется человек. В исследовании Л.П.Григорьевой (см. [Григорьева, Сташевский, 1990;]) было показано, что критической чертой является острота зрения, составляющая 0,04 (или 4 % от возрастной нормы уровня остроты зрения). Если острота зрения превышает этот уровень, зрительная система функционально развивается, и при решении каждодневных задач дети используют зрение. Если острота зрения оказывается ниже этой границы, то ребенок не может использовать зрение функционально. Эти данные подтверждаются и зарубежными исследованиями [Reynell, 1978; Ferrell et al., 1990].

Однако в некоторых работах не подтверждается закономерность, связывающая уровень функционального зрения с уровнем интеллектуального развития. В частности, в одной из них исследовался зрительный, неврологический и интеллектуальный статус 75 детей от пяти месяцев до 16 лет с серьезными поражениями зрительной системы. Было показано, что зрительный статус в среднем ухудшается с возрастом, но уровень интеллектуальных нарушений слабо с ним коррелирует [Hackie et al., 1998].

Кроме того, практически в каждой работе подчеркивается, что в единичных случаях развитие детей и с нарушениями зрения, и в норме оказывается примерно на одном уровне[1] [Norris, Spaulding, Brodie, 1957; Fraiberg, 1977; Reynell, 1978; Ferrell et al., 1990]. Это создает серьезные проблемы, связанные с интерпретацией всех получаемых данных: если некоторые дети с грубыми нарушениями зрения сохраняют темпы и уровень психического развития нормы, тогда, возможно, общее отставание объясняется не зрительной депривацией, а какими-то другими причинами.

Влияние сенсорных ограничений, произошедших вследствие естественных причин, опосредуется рядом факторов, которые могут иметь как биологическую, так и социальную природу, отягощать или компенсировать роль зрительной депривации.

Во-первых, необходимо учитывать причину и время поражения зрительного анализатора. С нейрофизиологической точки зрения, важно установить, где произошло нарушение: в периферических или центральных отделах зрительной системы [Dutton, Day, McCuUochб 1999]. Имеет значение также и конкретное заболевание или нарушение, которое привело к значительному снижению функций зрительной системы.

Последнее время увеличилось количество детей с диагнозом «Ретинопатия недоношенных» (РПН) [Flynn, 1991]. Дети с РПН обычно имеют очень маленький гестационный возраст: от 26 до 32 недель. Поражение сетчатки связанно с незрелостью кровеносных сосудов в сочетании с кислородной терапией недоношенных. В зависимости от степени поражения сетчатки диагностируется разная степень РПН. Так, I степень РПН может означать практическую сохранность зрительных функций, V степень соответствует обычно полной слепоте, иногда с сохранением светоощущения. Слепота или тяжелые нарушения зрительной системы при таком диагнозе имеют неврожденный характер. Обычно они диагностируются только через два-три месяца после рождения. Отягощающими факторами при этом являются маленькая масса тела, глубокая недоношенность и длительная социальная депривация детей, которые 1–1,5 месяца своей жизни проводят в больнице.

Глубокая недоношенность при гестационном возрасте от 26 до 30 недель сама по себе является фактором биологического риска. По многочисленным данным психическое развитие таких детей замедлено и в некоторых случаях сопровождается значимыми отклонениями от нормы [Verv-loed, 1995]. М.Брамбринг [Brambring, 1992] сравнивал развитие 10 слепых детей от 12 до 36 мес., пять из которых родились в срок, а пять других были недоношенными (средний гестационный возраст – 27,6 недель). Было выявлено существенное отставание недоношенных слепых детей от доношенных, хотя последних тестировали с учетом срока недоношенности первых (скорректированный возраст). По некоторым показателям недоношенные дети так и не достигали уровня доношенных детей в рамках исследуемого возрастного промежутка.

При других периферических поражениях зрительной системы, таких, как врожденная ретинопатия и атрофия зрительного нерва, дети зрительно депривированы с самого рождения, однако часто имеют более высокие показатели физического развития. Происхождение врожденных ретинопатий объясняется либо генетической природой, либо ранним инфицированием плода, а атрофии зрительного нерва – нарушением внутриутробного развития. Часто такие нарушения сопровождается неврологическими и эндокринными заболеваниями.

Возможно, именно сопутствующие дисфункции центральной нервной системы являются наиболее вероятной причиной значительного отставания детей с нарушениями зрения в развитии. В литературе обычно указывается, что от 33 до 70 % детей со зрительными нарушениями имеют сопутствующие нарушения: наиболее распространены умственная отсталость, а также церебральные дисфункции и нарушения слуха [Teplin, 1995]. В одной из последних работ Дебора Хаттон с сотрудниками [Hatton et al., 1997] сравнивали уровни психического развития детей с серьезными зрительными нарушениями в зависимости от того, есть ли у них дополнительные мозговые дисфункции. Было показано, что траектории развития детей с дополнительными нарушениями и детей со зрительными нарушениями, но без мозговых дисфункций значительно различаются. Уровень развития первых ниже, и они развиваются медленнее. Кроме того, установлено, что отставание детей с мозговыми дисфункциями не зависит от уровня развития их зрительного анализатора и что зрительные нарушения меньше влияют на общее развитие, чем нарушения в центральной нервной системе.

Биологическим факторам традиционно отводится ведущая роль при рассмотрении отставания детей с нарушениями зрения, однако необходим также контроль факторов социальной среды. Социальная изоляция оказывает негативное воздействие на общее психическое развитие [Strelow, Kay, Kay, 1978]. Но само по себе развитие социальных контактов часто представляет значительную проблему для детей с нарушениями зрения. С.Фрайберг [Fraiberg, 1977] обратила внимание на то, что у слепых детей отсутствует естественный комплекс оживления и улыбки, когда мать или другой взрослый подходит к кроватке младенца, а также на специфичную избирательность тактильного поведения в отношении к матери и к незнакомцу. Было отмечено и изменение поведения матери по отношению к слепому ребенку.

Психика человека является сложно организованной функциональной системой. Значительную роль в развитии этой системы играет обучение и речевое опосредование. Планомерное обучение в высшей степени благоприятно влияет на развитие слепых детей [Солнцева, 1980]. В последние годы программы компенсаторного обучения детей с грубыми поражениями зрительной системы становятся комплексными. Они учитывают возможности медико-физиологического, психологического и педагогического вмешательства [Welling, 1993; Григорьева и др., 2001]. Программы обучения планируется использовать с самых первых дней рождения ребенка. Так называемые программы раннего вмешательства дают особенно хорошие результаты в случае врожденных или рано приобретенных нарушений сенсорных систем у детей. [Brambring, 1996]. В целом для понимания влияния сенсорной депривации на психическое развитие необходимо тонкое и системное изучение этой проблемы с учетом взаимодействия разных параметров социальных и биологических факторов, а также разных аспектов детского развития. Попытка такого анализа будет предпринята в главе 1 монографии.

Для человека как биологического вида зрение является ведущим сенсорным анализатором и оказывает серьезное влияние на его познание мира и формирование основных поведенческих паттернов. Вопрос – насколько зрение важно для формирования ментальных репрезентаций или знаний об окружающем мире, – сформулирован очень давно и обозначен в начале данного раздела. Именно он возникает вновь и вновь во всех исследованиях и когнитивного, и моторного развития детей с ранней сенсорной депривацией. Мы подробно рассмотрим его в главе 3 монографии.

Но для человека как существа, включенного в культуру, познание мира вполне возможно через систему значений, фиксируемых в языке. Овладение речевыми функциями имеет первостепенное значение для преодоления проблем, возникающих в связи с нехваткой зрительной информации и стимуляции, а также изменения способов взаимодействия с окружающим миром. Поэтому очень важно проанализировать и понять особенности овладения речью у детей с серьезными нарушениями зрения, что и будет сделано в главе 2 монографии.

1. Григорьева Л.П. Сташевский С.В. Основные методы развития зрительного восприятия у детей с нарушениями зрения. М: Изд-во АПН СССР, 1990.

2. Григорьева Л.П., Вернадская М.Э., Блинникова И.В., Солнцева О.Г. Развитие восприятия у ребенка. М.: Школа-Пресс, 2001.

3. Локк Дж. Опыт о человеческом разумении. Соч. М., 1985, Т.1.

4. Солнцева Л.И. Развитие компенсаторных процессов у слепых детей дошкольного возраста. М.: Педагогика, 1980.

5. Benevento, L.A., Bakkum, B.W., Port, J.D. and Cohen, R.S. 1992. The effects of dark-rearing on the electrophysiology of the rat visual cortex. Brain Res. 572:198–207.

6. Brambring M. Development of blind children: A longitudinal study. Special research unit on prevention and intervention in childhood and adolescence. SFB 227 – project A3. Preprint № 68, 1992.

7. Brambring M. Early intervention with blind children: Main findings of the Bielefeld longitudial study // M.Brambring, H.Rauh & A.Beelmann (Eds.) Early childhood intervention: Theory, evaluation and practice. Berlin, NY: deGruyer, 1996. P. 411–427.

8. Dutton G.N., Day R., McCulloch D.l. Who is a visually impaired child? A model is needed to address this question for children with cerebral visual impairment // Developmental Medecine and Child Neuroliogy. 1999. V. 41. P. 212–213.

9. Ferrell K., Trief E., Deitz S. et al. The visually impaired infants research consotium: First years results // J. of Visual Impairment and Blindness. 1990. V. 84. P. 404–410.

10. Flynn J.T. Retinopathy of prematurity//Pediatric Ophthalmology/Eds. L.B.Nelson, J.H. Calhoun, R.D.Harley. Philadelphia: Saunders, 1991.

11. Fraiberg S. Insights from the blind: Comparative studies of blind and sighted infants. N.Y.: Basic Books, 1977.

12. Hackie R.T., McCulloch D.L., Saunders K.J. et al. Relation between neurological status, refractive error, and visual accuity in children: a clinical study // Developmental Medicine and Child Neurology. 1998. V.40, P. 31–37.

13. Hatton D.D. Bailey D.B., Burcinal M.R. Ferrell K.A. Developmental growth curves of preschool children with vision impairments // Child development. 1997. V. 68. P. 788–806.

14. Hof-Duin J., Cioni G., Bertucceli B. et al. Visual outcome at 5 years of newborn infants at risk of cerebral visual impairment // Developmental Medicine and Child Neurology. 1998. V. 40. P. 302–309.

15. Jacobson L., Fernel E., Broberger U. et al. Children with blindness due to retinipathy of prematurity: A population-based study // Developmental Medicine Child neurology. 1998. V. 40. P. 155–159.

16. Norris M., Spaulding P.J., Brodie F.H. Blindness in children. Chicago: University Illinois Press, 1957.

17. Reynell J. Developmental patterns of visually handicapped children // Child: Care, Health and Development. 1978. V. 4. P. 291–303.

18. Strelow E.R., Kay N., Kay L. Binaural sensory aid: Case studies of its use by two children // J. of Visual Impairment and Blindness. 1978. V. 72. P. 1–8.

19. Tfeplin S.W. Visually impairment in infants and young children // Infants and Young Children. 1995. V. 8. P. 18–51.

20. Vervloed M.P.S. Learning in preterm infants. Gromingen, 1995.

21. Wallraff H.G. Navigation by homing pigeons: updated perspective // Ethology Ecology & Evolution. 2001. V. 13(1). P 1-48.

22. Waugh M-C., Chong W.K., Sonksen P. Neuroimaging in children with congenital disorders of the peripheral visual system // Developmental Medicine Child neurology. 1998. V. 40. P. 812–819.

23. Welling J.A. (Ed.) Interdisciplinay model for rehabilitation of visually impaired and blind people. Huisen: Visio, 1993.

24. White, LE, Coppola DM, Fitzpatrick D (2001) The contribution of sensory experience to the maturation of orientation selectivity in ferret visual cortex. Nature.V. 411. P. 1049–1052.

25. Wiesel, T.N. & Hubel, D.H. Comparison of the effects of unilateral and bilateral eye closure on cortical unit responses in kittens // Journal of Neurophysiology, 1965. V. 28. P. 1029–1040.

Глава 1

Роль зрительного опыта в раннем психическом развитии детей