Зелёные насаждения и когнитивные функции младшеклассников

Зеленые пространства в городе положительно влияют на физическое и психическое здоровье. Но оказывается, что это еще не все.

От количества и качества озеленения напрямую зависят развитие систем памяти и внимания младших школьников, то есть их способность учиться.

Влияние зеленых насаждений на когнитивное развитие изучали в Барселоне, Испания, в 2012-2013 гг. исследователи из ряда испанских, норвежских и американских институтов, занимающихся проблемами состояния окружающей среды и общественного здоровья.

В качестве показателей когнитивного развития были выбраны кратковременная память (система, в которой происходит обработка кусочков текущей информации) и высшая рабочая память (оперативная память, включающая непрерывное обновление информации в буфере кратковременной памяти), а также невнимательность у младших школьников.

Вторичной задачей была оценка роли зеленых насаждений в снижении загрязнения воздуха как одного из возможных механизмов такой взаимосвязи.

В исследовании приняли участие 2593 школьников с первого по четвертый классы (7-10 лет) из 36 начальных школ. Их когнитивное развитие изучали при помощи компьютерных тестов на общие умственные способности и высшие психические функции раз в 3 месяца в течение года. Всего было проведено 4 тестирования.

Анализ зеленых насаждений проводили по спутниковым снимкам высокого разрешения (5×5м), полученным в июле 2012 г. Была проведена оценка фотосинтетической активности зеленых участков при помощи нормированного индекса различий растительного покрова (normalized difference vegetation index (NDVI), см. пояснения). Для каждого школьника оценивали  растительный покров в  250-метровой области вокруг жилого дома, 50 м по сторонам дороги между домом и школой, а также на пришкольной территории и в 50-метровой зоне вокруг нее.

Оказалось, что динамика и уровень развития рабочей памяти, а также снижение невнимательности у детей напрямую связаны с качеством озеленения вокруг школы и общим индексом озеленения комплекса школа-дорога-дом. Каждое межквартильное приращение NDVI (см. пояснения) оказалось связано с 5%-м увеличением кратковременной памяти, 6%-м увеличением высшей рабочей памяти (оперативной?), а также снижением уровня невнимательности на 1%. Эти цифры не зависят от этнической принадлежности детей, семейного и социального статуса, уровня образования их матерей и занятости родителей.

Исследователи предположили, что большая доля этой зависимости связана с тем, что хорошо разросшаяся, здоровая зелень служит естественным барьером для пыли и копоти. Для анализа выбрали уровень загрязнения воздуха по элементарному углероду внутри помещений (количество сажи). Сажа образуется в результате сжигания органического топлива и считается маркером загрязнения воздуха, связанного с движением автотранспорта в Барселоне. Данные о количестве сажи в помещениях предоставили школы, участвующие в проекте международной коалиции BREATHE (Дышите), борющейся за чистый воздух. Был проведен анализ влияния загрязнения воздуха внутри помещений на когнитивное развитие, а также влияния озеленения на уровень загрязнения воздуха в школьных помещениях.

Рабочая гипотеза подтвердилась: зелень является прекрасным естественным воздушным фильтром, защищающим детей большую часть дня, которую они  проводят в школах. Ученики, имеющие возможность погулять и поиграть на озелененной территории около школы, обладают лучшим психическим здоровьем. Интересно, что в англоязычной литературе для обозначения активности на зеленых территориях существует специальный термин «зеленые упражнения». Зелень защищает детей от пиков транспортного загрязнения воздуха, которые приходятся как раз на время школьных занятий. Дневные пробки или повышенный трафик могут приводить к значительному повышению загрязненности воздуха в школьных помещениях. Похожие результаты показало исследование уровня загрязненности воздуха в школах, проведенное ассоциацией BREATHE.

Существуют и другие «зеленые» факторы, влияющие на когнитивное развитие. Растительное окружение снижает уровень шума, помогает увеличивать физическую активность, снижает уровень стресса и депрессивных реакций у детей, а также родителей, которые волнуются за умственное развитие своих детей. Появляется все больше данных, которые подтверждают, что расстройство систем иммунорегуляции, вызванное уменьшением воздействия макро- и микроорганизмов (уменьшение контакта с живой окружающей средой) у западного населения, может влиять на расстройства развития головного мозга в детстве. Таким образом, природное окружение помогает улучшать иммунорегуляцию, которую стимулирует контакт с микроорганизмами из окружающей среды.

Учитывая стремительный рост темпов урбанизации, сохранение и расширение зеленых насаждений в школах может быть важным шагом к повышению академической успеваемости.

Проведенное исследование согласуется с рядом других, согласно которым озеленение вокруг жилых домов связано с лучшим психическим здоровьем, включая понижение риска депрессии и тревожности у детей. Озелененность территорий вузов влияет на качество работы студентов; прогулки и просмотр фотографий природы могут улучшить способности к концентрации внимания у взрослых и благотворно сказываются на детях, страдающих синдромом гиперактивности и дефицита внимания. Состояние зелени вокруг жилых домов и школ влияет на поведенческие проблемы, в том числе на гиперактивность и невнимательность, а также помогает восстанавливаться взрослым при стрессах и депрессиях.

Пояснения. Нормированный индекс различий растительного покрова (NDVI)

Позволяет оценить плотность и качество растительного покрова по данным космических снимков.

Для дистанционного определения плотности зелени на участке земли исследователи делают снимки поверхности Земли в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах солнечного спектра. Как можно видеть через призму, обычный солнечный свет состоит из множества цветов. У каждого цвета – своя длина волны. Когда солнечный свет падает на объекты, волны определенной длины поглощаются, а другие – отражаются. Зеленые растения в процессе фотосинтеза поглощают видимый свет (длины волн от 0,4 до 0,7 мкм) и сильно отражают ближний инфракрасный свет (от 0,7 до 1,1 мкм).

Сравнивая снимки, сделанные в видимой и инфракрасной частях спектра, ученые измеряют относительное количество растительности.

В общем, если отражение больше в ближней инфракрасной части спектра, чем в оптическом диапазоне, то растительность на этом пикселе, вероятно, будет плотной. Можно предполагать, что на земле мы найдем там лес. Если есть разница в интенсивности видимой и ближней инфракрасной длинах волн, очень мала, то растительность, вероятно, редкая. На земле мы , скорее всего, обнаружим в этом месте луг, пустыню или тундру.

NDVI рассчитывается от видимого и ближнего инфракрасного света, отраженного от растительности. Здоровая растительность поглощает большую часть видимого света, который на нее попадает, и отражает большую часть ближнего инфракрасного света. Нездоровая или скудная растительность сильнее отражает видимый свет и меньше – инфракрасный свет.

Этот индекс также косвенно связан с такими показателями растительного покрова, как продуктивность (временные изменения), биомасса, влажность и богатство почвы, испаряемость и объем осадков.

Что такое квартили

Это величину используют в статистике, чтобы выяснить разницу между наблюдениями, в которых исследуемая величина оказалась самой маленькой и самой большой.

Чтобы вычислить квартили, все данные располагают расположим упорядоченно от самой маленькой величины перемен­ной X и до самой большой величины. И потом общее количество наблюдений разделяют на 4 равные группы.

Разница между 1-м и 3-м квартилями называется межквартильный размах. В него входят центральные 50% наблюдений в упорядоченном наборе, где 25% наблюдений находятся ниже центральной точки и 25% — выше.