2.1. Экспериментальный план и последовательность выполнения операций
Данное исследование является частью более крупного интервенционного исследования. В его ходе в течение двух лет проверялось влияние использования парт для работы стоя на малоподвижное поведение старшеклассников. Вкратце, более масштабное двухлетнее исследование включало замену в средней школе Техаса традиционных учебных классов с сидячими партами на классы со столами для работы стоя. Изменения вводились после шести месяцев с начала учебного года. Настоящее же исследование проводилось с группой девятиклассников в течение второго года двухлетнего исследования. В нём использовался экспериментальный план исследования, с повторными измерениями для изучения нейрокогнитивных преимуществ продолжительного использования стоячих парт. Оба указанные исследования были одобрены Институциональным наблюдательным советом.
Участники для нейрокогнитивного исследования привлекались в два момента времени в течение учебного года: в начале осеннего семестра; и в конце весеннего семестра. Осеннее/весенние исследования были распределены среди всех участников. Все тестирования проходили во время обеденного перерыва в школьном компьютерном классе за столом для работы стоя, на компьютерах со стандартными клавиатурами и мышками. В начале обоих тестов участники были ознакомлены с протоколом тестирования и оснащены биосенсорами, описанными ниже. Использовалась компьютеризированная серия нейрокогнитивных тестов, предназначенная для оценки базисной рабочей памяти и исполнительной функции, посредством электронно-лучевой литографии с программным управлением для построения психологических экспериментов. Перед началом тестирования участники были ознакомлены с заданиями и получили указание выполнить комплект тестов максимально быстро и точно.
2.2. Участники
Всего в этом исследовании приняли участие 34 учащихся средней школы, поступивших в этому году (10 юношей, 24 девушки). Уровень отсева составил 21%, в результате чего окончательная выборка этого исследования составила 27 человек. Поскольку классы уже были оборудованы партами для работы стоя, то для данного исследования были задействованы только новые ученики девятого класса. Это гарантировало, что круг испытуемых не участвовал ранее в данной процедуре. Согласие родителей на участие учеников в исследовании было получено в соответствии с правилами и процедурами Институционального наблюдательного совета. Письма с объяснением исследования и его цели были разосланы родителям в рамках общего пакета, разосланного учащимся средней школы к началу нового учебного года в сентябре. Согласие родителей было получено после презентации исследования на ознакомительных собраниях родителей в начале учебного года. Дополнительно, всех принимающих участие учеников попросили дать персональное устное согласие на участие в части исследования по сбору данных. Им также были выданы подарочные карты на сумму в 25 долларов США после каждого тестирования для участия в исследовании.
2.3. Нейрокогнитивные оценки
Серия нейрокогнитивных тестов состояла из следующих пяти заданий: Висконсинский тест сортировки карточек (WCST); Тест Эриксена на побочные стимулы (FT); Задание на объём запоминания (памяти) (MST); Тест на зрительно-моторную координацию (TMT), и словесно-цветовой тест Струпа (SCWT).
Висконсинский тест сортировки карточек оценивает способности к абстрактному мышлению и способность изменять когнитивные стратегии в соответствии с влиянием окружающей среды. В тесте WCST все участники получали карточки и их просили распределить эти карточки по пачкам, руководствуясь неизвестным правилом. Ученикам давали указания сортировать карточки по номеру формы (1, 2, 3, 4), по цвету фигур (красный, зеленый, синий, желтый) или по самой форме (треугольник, звезда, знак плюс, круги). На экране отображался сигнал обратной связи «правильно», если карточка была отсортирована правильно, и «неправильно», если карточка была отсортирована неправильно. Для теста было предоставлено 140 карт. Сортируемые карточки оставались на экране до тех пор, пока не был получен ответ «правильно». Регистрировались среднее время реакции на правильные и неправильные ответы и процент правильных ответов.
Тест Эриксена (FT) на побочные стимулы требует быстрого принятия решения, точного распознавания направленности данного стимула и способности подавлять неточные реакции при представлении противоречивой визуальной информации. В рамках FT участников просили определить направление стрелки, представленной в центре экрана, нажав на соответствующую кнопку ответа. Стрелка-указатель была окружена четырьмя стрелками, направленными либо в одном направлении (конгруэнтная задача); либо четырьмя стрелками, направленными в обратную сторону (неконгруэнтная задача). Участникам было поручено как можно быстрее и точнее ответить на 152 предоставленные задачи. Получены среднее время реакции на конгруэнтные и неконгруэнтные задачи и процент правильных ответов.
Задание на объем запоминания (памяти) – это оценка рабочей памяти, ответственной за активное сохранение информации в условиях продолжающейся обработки и/или отвлечения внимания. В задании на объём памяти (MST) участники получали последовательность изображений (дерево, яблоко, птица, самолет, рыба, олень, груша, белка, автобус). От них требовалось нажимать на изображения в том порядке, в котором они были им представлены. Если на эту последовательность изображений был дан правильный ответ, в следующем отображаемом списке было дополнительное изображение. Было получено общее число правильных ответов в рамках 15 испытаний.
Тест на зрительно-моторную координацию (TMT) и Словесно-цветовой тест Струпа (SCWT) оценивают переключаемость внимания/когнитивную (познавательную) гибкость. В тесте на зрительно-моторную координацию участников просили соединить точки в алфавитном порядке или в цифровом выражении. Было завершено четыре комплекта теста. Каждый комплект включал последовательность цифр (1–26), набор букв (A–Z) и вариант чередующихся цифр + букв (1-A-2-B-3-C), всего 12 испытаний. Зафиксированы общее время, затраченное на каждое испытание, и количество ошибок.
Наконец в Словесно-цветовом тесте Струпа участников просили ответить в зависимости либо от цвета, либо от названия стимула, представленного на экране (красный, зеленый, синий или желтый). Они выполнили шесть блоков по 15 стимулов в каждом, что в сумме дало 70 ответов. Измерялось среднее время реакции для каждого блока.
2.4. Активность префронтальной коры головного мозга (PFC)
Активность префронтальной коры головного мозга измерялась путем использования функциональной спектроскопии в ближней инфракрасной области (fNIRS) в небольшой группе участников (N = 14), когда они выполняли серию тестов. Сенсоры fNIRS (NIRO 200 NX, Хамамацу Фотоникс К.К., Япония (Hamamatsu Photonics, Japan), содержащие по одному излучателю и по одному детектору, размещали билатерально на лбу участника, между Fpz и Fp3 для исследования левого полушария и между Fpz и Fp4 для исследования правого полушария головного мозга, в соответствии с требованиями Международной системы 10-20 (ЭЭГ) (международно признанный метод описания и применения расположения электродов на коже головы в контексте исследования ЭЭГ , полисомнографического исследования сна или добровольного лабораторного исследования). Датчики были закрыты черным оголовьем с целью исключить внешнее освещение. В соответствии с рекомендациями производителя система fNIRS была установлена на ноль в начале эксперимента. Все последующие данные были представлены относительно нулевых значений. Изменения оксигенированного гемоглобина (HbO2) и общего гемоглобина (HbT) регистрировались в непрерывном режиме от исходных значений. Для того чтобы получить изначальные уровни оксигенации головного мозга, участники выполняли базовое функциональное задание, в котором им было предложено направить свое внимание на красный крест на стене перед ними. Исходные значения HbO2 и HbT вычитались из соответствующих значений, связанных с заданием. Эти нормализованные значения (nHbO2 и nHbT) усреднялись для каждого нейрокогнитивного теста. Учитывая доказательства того, что HbO2 является более надежным и обоснованным показателем активации мозга, чем HbT, он и использовался как основной показатель функциональной активности головного мозга.
2.5. Статистический анализ
Все зависимые показатели визуально проверены на параметрические предположения, и последующие тесты также проверены по критерию Шапиро-Уилка (Shapiro-Wilk), который используется для определения нормальности. Эти проверки показали, что все зависимые показатели имеют нормальное распределение. Для всех нейрокогнитивных показателей выполнялись тесты с использованием парного t-критерия Стьюдента в двух временных точках (осень/весна). В целях определения влияния моментов времени (осень в сравнении с весной) и полушарий (левого или правого) на значения величин nHbO2 и nHbT в пяти когнитивных заданиях использовали отдельные двусторонние дисперсионные анализы повторных измерений (ANOVAs). Уровень статистической значимости определялся при р 0,05. Значимые результаты взаимодействия исследовались с помощью попарных сравнений с поправками по методу Бонферрони (Bonferroni) по мере необходимости. Все статистические анализы проводились с использованием Пакета программ обработки статистических данных общественных наук – SPSS 21 (IBM SPSS Statistics). Итоговые данные представлены как среднее арифметическое (SD).