Понятие «рефлекса» как акта нервной деятельности было введено в 17 веке Декартом. Однако сам термин появился в 18 веке и принадлежит Прохаске (чешский ученый). Наибольшее развитие рефлекторная теория получила в нашей стране в трудах Сеченова и Павлова.

Рефлекс – это ответная реакция организма на раздражение, осуществляемая при участии центральной нервной системы.

Структурные элементы, участвующие в осуществлении рефлекторной реакции, образуют рефлекторную дугу, то есть рефлекторная дуга – это последовательно соединенная цепочка нервных клеток, обеспечивающая соответствующие реакции на раздражение. Она состоит из рецептора, афферентного волокна, нервного центра, эфферентного нервного волокна исполнительного органа – эффектора.

Различают простые и сложные рефлекторные дуги: 1) моносинаптическая дуга – рефлекторная дуга, состоящая из двух нейронов: чувствительного и двигательного с одним синапсом между ними; 2) полисинаптическая дуга – содержит чувствительный, вставочный и двигательный нейроны. В этом случае между чувствительными и двигательными нейронами имеются один или несколько вставочных.

Рецепторами называют специализированные образования, предназначенные для восприятия клетками или нервной системой различных по своей природе стимулов и раздражений. Все виды рецепторов делят на: экстерорецепторы (воспринимающие информацию из внешней среды) и интерорецепторы.

Обычно рецепторы располагаются не в одиночку, а образуют скопления различной плотности. Эти скопления рецепторов называются рефлексогенными зонами или рецепторными полями.

Время, протекающее с момента начала действия раздражителя до момента возникновения реакции, называется временем рефлекса.

В последние годы учение о рефлексе обогатилось понятием обратной афферентации (рис. 1), то есть рефлекторная дуга рассматривается как замкнутое образование в виде кольца с обратной связью. Разработанная теория функциональных систем Анохина показала, что приспособительная деятельность организма базируется на формировании у человека и животных в процессе индивидуального развития функциональных систем не только получает, но и выполняет команды нервного центра (прямая связь), но и сам непрерывно посылает импульсы о своем функциональном состоянии (обратная связь), на основании которых центр вносит коррективы в свои команды.

Рис. 1. Схема рефлекторной дуги с обратной связью.

1. Рецептор.

Афферентный нейрон.

Промежуточный нейрон (находящийся в ЦНС).

Эфферентный нейрон.

Эффектор.

Нейрон обратной связи.

Классификация рефлексов

Классифицировать рефлексы можно в зависимости от того, какие признаки брать в основу. И.П. Павлов в основу деления рефлексов взял высшую нервную деятельность и разделил по признаку их образования на:

Безусловные (врожденные, стереотипные формы поведения);

Условные (приобретенные, приспособительного характера, ответные реакции на факторы внешней среды).

В зависимости от места расположения рецепторов рефлексы подразделяют на экстерорецептивные, то есть вызываемые раздражением рецептора на поверхности тела, на интерорецептивные, или висцеральные, возникающие при раздражении рецепторов внутренних органов и сосудов и на проприорецептивные, вызываемые раздражением рецепторов суставов, скелетных мышц, сухожилий.

В зависимости от уровня расположения нервных центров различают рефлексы:

спинальный (нервные центры находятся в сегментах спинного мозга);

бульбарные (в продолговатом мозге);

мезенцефальные (в среднем мозге);

диэнцефальные (в промежуточном мозге);

кортикальные (в различных областях коры большого мозга).

По характеру ответной реакции рефлексы делят:

двигательные (рефлексы скелетной мускулатуры, сердечные, сосудодвигательные, глазодвигательные);

секреторные (слюноотделительные, потоотделительные);

трофические (выражаются в изменении клеточного обмена веществ).

По биологической направленности:

оборонительные;

1. ориентировочные;

Свойства нервных центров

Нервные импульсы по афферентным путям поступают в нервные центры. Следует различать анатомическое и физиологическое понимание нервного центра. Нервный центр с анатомической точки зрения – это совокупность нейронов, расположенных в определенном отделе центральной нервной системы. Нервный центр с физиологической точки зрения – это сложное, функциональной объединение нескольких анатомических центров, расположенных на разных этапах центральной нервной системы – от спинного мозга до коры головного мозга – и обуславливающих за счет своей активности сложные рефлексы. В процессе функционирования нейроны, расположенные на более низких этажах центральной нервной системы, подчиняются по принципу субординации корректирующим влияниям вышерасположенных нервных центров.

Свойства нервных центров обусловлены:

Структурой нейронов, образующих центр.

Особенностями проведения нервных импульсов синапсом.

В настоящее время выделены следующие особенности проведения возбуждения в нервных центрах:

В нервных волокнах импульсы проводятся в обоих направлениях. В ЦНС возбуждение может распространяться только в одном направлении: с афферентного нейрона на эфферентный. Одностороннее проведение возбуждения обусловлено тем, что передача возбуждения возможна через синапс только в одном направлении – от нервного окончания, секретирующего медиатор, к постсинаптической мембране. В обратном направлении возбуждающий постсинаптический потенциал не распространяется.

Синаптическая задержка проведения возбуждения – она обусловлена более медленным проведением нервных импульсов через синапсы, так как затрачивается время на следующие процессы: выделение медиатора окончаниями аксона в ответ на пришедший нервный импульс; диффузию медиатора через синаптическую щель к постсинаптической мембране; возникновение возбуждающего постсинаптического потенциала под действием медиатора. Поэтому чем сложнее рефлекс и больше синапсов в рефлекторной его дуге, тем длиннее время рефлекса.

Суммация возбуждения в нервных центрах: открыто в 1863 году Сеченовым. Существует два вида суммирования – временное и пространственное. Если к нейрону поступает одиночный импульс небольшой величины, то возникает возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП) подпороговой величины, недостаточной для вызова ответной реакции. Если же к нейрону поступает серия таких последовательных быстрых импульсов и на возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП) от предыдущих импульсов накладывается ВПСП возбуждающий постсинаптический потенциал от последующих – они суммируются, достигая порогового уровня и вызывают потенциал действия, возбуждение нейрона и ответную реакцию – временная суммация. Пространственная суммация наблюдается при одновременном раздражении различных рецептивных полей раздражителем подпороговой силы, когда одновременно импульсы с этих полей по аксонам поступают к одному нейрону или нервному центру, в нейроне складывается и возникает возбуждающий постсинаптический потенциал пороговой силы, способный вызвать ответную реакцию.

Трансформация ритма и силы возбуждения - усиление или ослабление ритма или силы возбуждения, поступающего с периферии.

Последействие – в ответ на однократный залп афферентных импульсов по эфферентным нейронам бегут серии импульсов, то есть продолжительность ответной реакции превышает длительность раздражения. Способность сохранять возбуждение в течение некоторого времени после прекращения действия раздражителя.

Облегчение – после каждого раздражителя в нервных центрах повышается возбудимость.

Проторение – способность одного нервного центра повышать возбудимость других центров.

Пластичность – функции нервных центров могут при изменении условий меняться. Изменение функций центров происходит в том случае, если рабочий орган, с которым данный центр связан, заменить другим (открыт в 1827 г. Флюрансом).

Инертность – нервные центры обладают свойством приходить в состояние возбуждения только при относительно длительном раздражении.

Тонус – состояние незначительного постоянного возбуждения, в котором находятся все нервные центры, имеет рефлекторный характер из-за кольцевого взаимодействия между нервными центрами и периферией.

Утомляемость – является результатом нарушения передачи возбуждения в межнейрональных синапсах в связи с уменьшением запасов медиатора и уменьшением чувствительности к нему постсинаптической мембраны, а также уменьшением энергетических ресурсов нервной клетки.

12. Торможение - это процесс ослабления или прекращения какой-либо деятельности. Торможение в центральной нервной системе открыл Сеченов. Под ним понимают самостоятельный, активный нервный процесс, вызванный возбуждением и проявляющийся в угнетении или полном выключении другого возбуждения. Торможение в норме неразрывно связано с возбуждением, является его производным, сопутствует возбудимому процессу, ограничивая и препятствуя распространению возбуждения. Торможение – врожденный процесс, постоянно совершающийся в течение индивидуальной жизни организма. Двигательные реакции можно затормозить, если в центрах встречаются возбуждения, идущие от двух рецептивных полей.

Рефлекс одергивания лапки лягушки на раздражение ее слабым раствором соляной кислоты тормозится при сильном сжимании другой лапки. Торможение наблюдается при наложении закрутки на губу лошади или щипцов на носовую перегородку быка. В этом случае сильное болевое раздражение тормозит двигательные реакции животных. В настоящее время принято выделять две формы торможения: первичное и вторичное.

Для возникновения первичного торможения необходимо наличие специализированных тормозных структур (тормозных нейронов и синапсов). Торможение в этом случае возникает первично, без предшествующего возбуждения. Примером первичного торможения может служить пре- и постсинаптическое торможение. Пресинаптическое торможение развивается на аксоаксональных синапсах, образованных на пресинаптических окончаниях нейрона. В его основе лежит развитие медленной и длительной деполяризации пресинаптического окончания, что приводит к уменьшению или блокаде дальнейшего проведения возбуждения. Постсинаптическое торможение связано с гиперполяризацией постсинаптической мембраны под влиянием медиаторов, которые выделяются при возбуждении тормозных нейронов. Оно возникает на постсинаптической мембране аксосоматического или аксодендрического синапсов под влиянием активации тормозных нейронов.

Для вторичного торможения не требуется специальных структур. Оно развивается в результате изменения функциональной активности обычных возбудимых нейронов. Вторичное торможение открыл Введенский. Он обнаружил пессимальное и парабиотическое торможение.

Пессимальное торможение возникает в том случае, если частота поступающих импульсов в нервные центры превышают их лабильность.

Парабиотическое торможение возникает при патологических состояниях, когда лабильность нервных центров значительно снижена и обычное возбуждение для центров является частым и сверхсильным.

Выделяют и третий тип вторичного торможения – торможение вслед за возбуждением. Оно развивается в нейронах после окончания возбуждения в результате сильной следовой гиперполяризации мембраны.

Значение процессов торможения. Торможение, наряду с возбуждением принимает активное участие в приспособлении организма к окружающей среде. Оно играет важную роль в формировании условных рефлексов, освобождает центральную нервную систему от переработки менее значимой информации, обеспечивает координацию рефлекторных реакций. Торможение ограничивает распространение возбуждения на другие нервные структуры, предотвращая нарушения их нормального функционирования, следовательно, торможение выполняет охранительную функцию, защищая нервные центры от утомления и истощения.

Основной формой деятельности нервной системы является осуществление рефлексов. Рефлексы – это реакции организма, которые возникают в ответ на раздражение рецепторов и осуществляются при обязательном участии нервной системы. Благодаря рефлекторным реакциям происходит постоянное взаимодействие организма с окружающей средой, объединение и регуляция деятельности всех его органов и тканей.

Путь, по которому проходит нервный импульс при осуществлении рефлекса, называют рефлекторной дугой . В самые простые рефлекторные дуги входят только по два нейрона, в более сложные – по три, а в большинстве рефлекторных дуг насчитывается еще больше нейронов. Примером двухнейронной рефлекторной дуги является дуга сухожильного коленного рефлекса, который проявляется в разгибании в коленном суставе при легком постукивании по сухожилию ниже коленной чашечки (рис. 66, А).

В состав трехнейронной рефлекторной дуги (рис. 66, Б) входят: 1) рецептор; 2) афферентный нейрон; 3) вставочный нейрон; 4) эфферентный нейрон; 5) рабочий орган (клетки мышцы или железы). Связь между нейронами в рефлекторной дуге, между эфферентным нейроном и клетками рабочего органа осуществляется с помощью синапсов.

Рецепторами называют окончания дендритов афферентных нейронов, а также специализированные образования (например, палочки и колбочки сетчатки глаза), которые воспринимают раздражение и в ответ на него генерируют нервные импульсы. Нервные импульсы от рецептора поступают по афферентному нервному пути, состоящему из дендрита, тела и аксона афферентного нейрона, в нервный центр.

Нервным центром называют совокупность нейронов, необходимых для осуществления рефлекса или регуляции той или иной функции. Большинство нервных центров находится в ЦНС, но они также есть и в нервных узлах периферической нервной системы. В один нервный центр могут функционально объединяться нейроны, тела которых лежат в разных отделах нервной системы.

В нервном центре расположен вставочный нейрон, на тело или дендриты которого передаётся возбуждение с аксона афферентного нейрона. По аксону вставочного нейрона импульс поступает к эфферентному нейрону, тело которого тоже находится в нервном центре. В большинстве рефлекторных дуг между аксоном афферентного нейрона и телом эфферентного нейрона включается не один, а целая цепь вставочных нейронов. Такие рефлекторные дуги называют полинейронными, или полисинаптическими.

По аксону эфферентного нейрона нервные импульсы поступают к клеткам рабочего органа (мышцы, железы). В результате наблюдается рефлекторная реакция (движение, выделение секрета) на раздражение рецепторов. Время от начала раздражения рецепторов до начала ответной реакции называют временем реакции , или латентным временем рефлекса . Больше всего время рефлекса зависит от скорости проведения возбуждения через нервные центры. Ухудшение функционального состояния нервного центра приводит к увеличению времени рефлекса.

Выполнение ответной реакции еще не является окончанием рефлекторного акта. В осуществляющем ответную реакцию рабочем органе раздражаются рецепторы, импульсы от которых поступают по афферентным нервным волокнам в ЦНС и информируют нервные центры о протекании рефлекторной реакции и состоянии рабочего органа. Такую информацию называют обратной связью . Различают положительные и отрицательные обратные связи. Положительные обратные связи вызывают продолжение и усиление ответной рефлекторной реакции, а отрицательные обратные связи – ее ослабление и прекращение.

Таким образом, возбуждение при рефлекторной реакции не только передается по рефлекторной дуге от первоначально раздражаемого рецептора к рабочему органу, но и затем снова поступает в ЦНС от рецепторов рабочего органа, которые возбудились в результате его ответной рефлекторной реакции. Такая взаимосвязь между нервными центрами и иннервируемыми органами, которая наблюдается при осуществлении рефлекса, называется рефлекторным кольцом . Благодаря обратным связям, осуществляющимся по рефлекторному кольцу, ЦНС получает информацию о результатах рефлекторных реакций, вносит поправки в их осуществление, обеспечивает координированную деятельность организма.

В основе всей деятельности нервной системы лежат рефлекторные акты.

Рефлекс - это ответная реакция организма на раздражения из внешней или внутренней среды, осуществляемая с обязательным участием ЦНС.

В основе любого рефлекса лежит последовательное распространение волны возбуждения по элементам нервной системы, которые образуют так называемую рефлекторную дугу.

Рефлекторная дуга любого рефлекса включает пять последовательных звеньев (рис. 4.1):

1. Рецептор (лат. receptor - принимающий) - специальное чувствительное об­разование, представленное нервным окончанием или специализированной клеткой, воспринимающее раздражения из внешней или внутренней среды и преобразующее их энергию в нервные импульсы.

2. Афферентный (чувствительный) нейрон - нейрон, осуществляющий вос­приятие и передачу возбуждения в виде нервных импульсов от рецепторов к нейронам ЦНС.

3. Вставочный (ассоциативный, контактный) нейрон, wnu интернейрон, - расположенный в пределах ЦНС нейрон, который обрабатывает информа­цию от афферентных нейронов и передает ее эфферентным или другим вста­вочным нейронам.

4. Эфферентный (двигательный) нейрон - нейрон, осуществляющий передачу возбуждения из ЦНС к исполнительной структуре, эффектору.

5. Эффектор - мышца или железа, которые осуществляют определенный вид деятельности в ответ на нервные импульсы эфферентного нейрона.

Согласно теории И. П. Павлова, эти пять элементов составляют три части рефлек­торной дуги: анализаторную, контактную и исполнительную.

Эфферентное, (двигательное) нервное волокно

Рис. 4.1. Схема рефлекторной дуги спинномозгового рефлекса

Анализаторная часть включает в себя рецептор и чувствительную нервную
клетку. Г

Рецепторы специфичны, т. е. они воспринимают определенный раздражи­тель. Раздражитель - это фактор с некоторым количеством энергии, который способен вызвать возбуждение ткани. Так, действие химической энергии воспри­нимают хеморецепторы, тепловой - терморецепторы, механической - механо-рецепторы, электромагнитные колебания с определенной длиной волны (свет) - фоторецепторы и т. д.

По отношению к рецепторам все раздражители можно разделить на адекват­ные и неадекватные. Адекватный раздражитель - раздражитель, действующий на рецептор, специально приспособленный для взаимодействия с ним. Неадекват­ный раздражитель - раздражитель, который действует на рецептор, специально не приспособленный для его восприятия. Пороговая интенсивность адекватного раздражителя намного ниже, чем неадекватного. Например, ощущение света при действии светового раздражителя на рецепторы сетчатки глаз возникает при мощ­ности в 10~ 17 Ю -18 Вт. Неадекватное механическое воздействие на глазное яблоко также вызывает ощущение вспышки света, однако мощность стимула составляет не менее 10~ 4 Вт, т. е. в 13-14 раз больше мощности адекватного раздражителя.

Раздражители классифицируются также по силе (величине) приложенной энер­гии; различают: " допороговые - слабые раздражители, не вызывающие видимой ответной ре­акции; " пороговые - минимальные по силе раздражители, вызывающие минималь­ную ответную реакцию; ■ надпороговые - раздражители разной силы, вызывающие соответствующую их силе реакцию;

" максимальные - максимальные по силе раздражители, вызывающие макси­мально возможную реакцию.

В зависимости от расположения рецепторов их можно разделить на экстеро-, ин-теро- и проприорецепторы. Экстерорецепторы чувствительны к различным фак­торам внешней среды, интерорецепторы - к колебаниям параметров внутренней среды, проприорецепторы (собственные рецепторы) - к изменениям состояния мышц, связок и сухожилий.

Контактная часть рефлекторной дуги представлена вставочными нейрона­ми спинного или головного мозга.

Простейшая рефлекторная дуга состоит из двух нейронов - чувствитель­ного и двигательного, и импульсы передаются сразу с центростремительного на центробежное нервное волокно. Большинство рефлекторных дуг включает мно­жество вставочных нейронов. Чем сложнее рефлекс, тем больше ассоциативных клеток входит в состав контактной части рефлекторной дуги.

Существуют также так называемые рефлекторные дуги с гуморальным зве­ном. Они отличаются тем, что информация из ЦНС, вызывающая изменение со­стояния рабочего органа, передается не по нервным проводникам, а посредством выделения в кровь гормонов, т. е. гуморальным путем.

Исполнительная часть рефлекторной дуги состоит из двигательного нейрона и исполнительного органа, или эффектора. При возбуждении эффекторы выпол­няют специфическую работу, которую можно измерить: мышцы сокращаются, железы выделяют секрет.

Рефлекторный акт не заканчивается деятельностью исполнительного органа. Каждый эффектор имеет свои чувствительные приборы - рецепторы, которые в свою очередь сигнализируют в ЦНС об осуществленной работе. Информация от рецепторов, возбуждение которых вызвало рефлекс, сравнивается с потоком им­пульсов, идущих от рецепторов исполнительного органа. Благодаря такому срав­нению уточняется ответная реакция организма. Связь рецепторов эффектора с ЦНС называется обратной связью. Поэтому правильнее говорить не о рефлектор­ной дуге, а о рефлекторном кольце (рис. 4.2).

Распространение нервного импульса от рецептора к рабочему органу проис­ходит с определенной скоростью, зависящей от многих факторов: состояния нерв­ных клеток, типа нервных волокон (соматические, вегетативные), их толщины, ко­личества вставочных нейронов в рефлекторной дуге. Время, от начала воздействия раздражителя на рецептор до появления ответной реакции организма называют временем рефлекса. Время рефлекса складывается из времени:

■ возбуждения афферентных и эфферентных образований;

■ проведения возбуждения по афферентным и эфферентным волокнам;

■ переключения нервного импульса с одного нейрона на другой в центральных структурах мозга, участвующих в. реализации рефлекса.

Чем сложнее дуга рефлекса, тем время рефлекса больше.

Результат действия "

Рис. 4.2. Схема рефлекторного кольца: А - информация, вызывающая действия организма; Б f- информация об осуществлении дейст­вия (обратные связи); а, 6 - афферентные и эфферентные нервные волокна соответственно

Чтобы понять, как осуществляется рефлекс и что представляет собой рефлек­торная дуга, можно рассмотреть реакцию человека при воздействии на его руку горячего предмета. В момент воздействия на кожу руки в терморецепторах возни­кает возбуждение, которое в виде нервных импульсов по дендриту чувствитель­ной нервной клетки (по афферентному, центростремительному волокну) переда­ется к ее телу. От него по аксону возбуждение передается в ЦНС к вставочным нейронам спинного и головного мозга, в которых происходят сложные процессы переработки поступившей информации. От них возбуждение передается на двига­тельные нервные клетки и по их аксону (эфферентному, центробежному волокну) распространяется к мышце (бицепсу), которая, сокращаясь, вызывает отдергива­ние руки.

И. П. Павлов установил, что любой рефлекторный акт, независимо от его сложности, подчиняется трем универсальным принципам рефлекторной деятель­ности.

1. Принцип детерминизма, или причинной обусловленности. Согласно этому принципу рефлекторный акт может осуществляться только при действии раздра­жителя, т. е. всякий процесс, протекающий в организме, причинно обусловлен. Раздражитель, действующий на рецептор, - причина, а рефлекторный ответ - следствие.

2. Принцип структурности, или целостности, - рефлекторный акт осуще­ствляется только при условии структурной и функциональной целостности мате­риальной основы рефлекса - рефлекторной дуги, или рефлекторного кольца.

5 Возрастная анатомия

Структурная целостность рефлекторной дуги может быть нарушена при ме­ханическом повреждении какой-либо ее части: рецепторов, афферентных или эф­ферентных нервных путей, участков ЦНС, эффекторов. Например, в норме при вдыхании вещества с резким запахом (аммиак) происходит рефлекторная задерж­ка дыхания или изменение его глубины. После ожога слизистой носа, который сопровождается повреждением обонятельных рецепторов, резко пахнущие веще­ства уже не вызывают изменений дыхания. Повреждение в продолговатом мозге дыхательного центра при переломе основания черепа может повлечь остановку дыхания. Если перерезать нервы, иннервирующие дыхательные мышцы (диафраг­му, межреберные), то дыхательные движения также будут невозможны.

Отсутствие рефлекса вследствие нарушения ее функциональной целостности может быть вызвано блокадой проведения нервных импульсов в структуре реф­лекторной дуги. Например, вещества, применяемые для местного обезболивания, блокируют передачу нервного импульса от рецептора по нервному волокну. По­этому после местной анестезии манипуляции стоматолога с больным зубом не вызывают ответной двигательной реакции. Прилрименении же общей анестезии возбуждение блокируется в центральной части рефлекторных дуг, на уровне го­ловного мозга.

Функциональная целостность структуры рефлекса нарушается и при возник 1 новении процессов торможения (безусловного или условного) в центральной час­ти рефлекторной дуги. В этом случае также наблюдается отсутствие или прекраще­ние ответной реакции на раздражитель. К примеру, ребенок прекращает рисовать, увидев новую яркую игрушку.

3. Принцип анализа и синтеза. Любой рефлекторный акт происходит на осно­ве процессов анализа и синтеза. При осуществлении рефлекса раздражитель под­вергается анализу, т. е. «разложению», в ходе которого выделяются отдельные ка­чественные и количественные характеристики. Анализ раздражителя начинается еще на периферии (в рецепторе), но более тонко он происходит в клетках ЦНС, особенно в коре больших полушарий головного мозга. Одновременно с анализом протекают синтетические процессы, т. е. процессы познания раздражителя как целостности на основе обобщения и сопоставления его характеристик, выделен­ных при анализе. В результате аналитико-синтетической деятельности нервной системы возникает адекватный силе и качеству раздражителя ответ. Например, проанализировав свойства зрительного раздражителя (форму, цвет, характер по­верхности, удаленность, направление движения и пр.), в результате синтеза мож­но определить, что это - большое, круглое, желто-красное, ровное яблоко, кото­рое катится по столу, и тут же протянуть к нему руку.

Примером воздействия, нарушающего аналитико-синтетическую деятель­ность мозга, является употребление алкоголя. В состоянии опьянения у человека нарушается координация движений, наблюдается неадекватная оценка окружаю­щей действительности и т. д.

Чем выше уровень организации ЦНС, тем сложнее аналитико-синтетичес-кая деятельность мозга. Процессы анализа и синтеза совершенствуются по мере

индивидуального развития организма. Именно этими процессами определяется точность рефлекторных реакций и, следовательно, способность организма взаи­модействовать с окружающей средой, сохраняя свою целостность и.биологичес­кую надежность.

ВОЗБУЖДЕНИЕ И ТОРМОЖЕНИЕ.

Похожая информация.

Учебник для 8 класса

Высшая нервная деятельность

Под высшей нервной деятельностью (ВНД) понимают все те нервные процессы, которые лежат в основе поведения человека, обеспечивая приспособление каждого человека к быстро меняющимся и зачастую очень сложным и неблагоприятным условиям существования. Материальной основой высшей нервной деятельности является головной мозг. Именно в головной мозг стекается вся информация о том, что происходит в окружающем нас мире. На основании очень быстрого и точного анализа этой информации мозг принимает решения, которые приводят к изменениям в деятельности систем организма, обеспечивая оптимальное (наилучшее в этих условиях) взаимодействие человека с окружающей средой, поддерживая постоянство его внутренней среды.

Рефлекторная деятельность нервной системы

Мысль о том, что психическая деятельность осуществляется при участии нервной системы, возникла в глубокой древности, но каким образом это происходит, очень долго оставалось неясным. Даже сейчас нельзя сказать, что механизмы работы мозга полностью раскрыты.

Первым ученым, доказавшим участие нервной системы в формировании поведения человека, был римский врач Гален (II в. н. э.). Он обнаружил, что головной и спинной мозг связаны со всеми остальными органами с помощью нервов и что разрыв нерва, соединяющего мозг и мышцу, приводит к параличу. Гален также доказал, что при перерезании нервов, идущих от органов чувств, организм перестает воспринимать раздражители.

Зарождение физиологии мозга как науки связано с работами французского математика и философа Рене Декарта (XVII в.). Именно он заложил представления о рефлекторном принципе работы организма. Правда, сам термин «рефлекс» был предложен в XVIII в. чешским ученым И. Прохазкой. Декарт считал, что в основе деятельности мозга, как и всего организма человека, лежат те же принципы, что и в основе работы простейших механизмов: часов, мельниц, кузнечных мехов и т. п. Объясняя простые движения человека с вполне материалистических позиций, Р. Декарт признавал наличие у него души, которая управляет сложным и многообразным поведением человека.

Что же такое рефлекс? Рефлекс- это наиболее правильная, чаще всего встречающаяся реакция организма на внешние раздражители, которая осуществляется через посредство нервной системы. Например, ребенок прикоснулся рукой к горячей плите и mi новенно ощутил боль. Единственно правильное решение, которое всегда принимает мозг в этой ситуации, - отдернуть руку для того, чтобы не получить ожог.

На более высоком уровне учение о рефлекторном принципе деятельности организма было разработано великим русским физиологом Иваном Михайловичем Сеченовым (1829-1905). Главный труд его жизни - книга «Рефлексы головного мозга» - был издан в 1863 г. В нем ученый доказал, что рефлекс - это универсальная форма взаимодействия организма со средой, т. е. рефлекторный характер имеют не только непроизвольные, но и произвольные - сознательные движения. Они начинаются с раздражения каких-либо органов чувств и продолжаются в мозге в виде определенных нервных явлений, приводящих к запуску программ поведения. И. М. Сеченовым были впервые описаны тормозные процессы, развивающиеся в ЦНС. У лягушки с разрушенными большими полушариями мозга ученый исследовал реакцию на раздражение задней лапки раствором кислоты: в ответ на болевой стимул лапка сгибалась. Сеченов обнаружил, что, если в эксперименте предварительно приложить к поверхности среднего мозга кристаллик соли, время до ответной реакции увеличится. На основании этого он заключил, что рефлексы могут быть заторможены какими-то сильными воздействиями. Очень важным заключением, сделанным учеными в концеXIX - начале XX в., был вывод о том, что любая ответная реакция организма на раздражитель всегда выражается движением. Любое ощущение, осознанно или неосознанно, сопровождается ответной двигательной реакцией. Кстати сказать, именно на том, что любой рефлекс заканчивается сокращением или расслаблением мышц (т.е. движением), и основана работа детекторов лжи, улавливающих мельчайшие, неосознанные движения взволнованного, встревоженного человека.

Предположения и выводы И. М. Сеченова были для своего времени революционными, и далеко не все ученые в то время сразу их поняли и приняли. Экспериментальные доказательства истинности идей И. М.Сеченова были получены великим русским физиологом Иваном Петровичем Павловым (1849 1936). Именно он ввел в научный язык термин «высшая нервная деятельность». Он считал, что высшая нервная деятельность равнозначна понятию «психическая деятельность».

Действительно, обе науки - физиология ВНД и психология изучают деятельность мозга; их объединяет и ряд общих методов исследования. Вместе с тем физиология ВНД и психология исследуют разные стороны работы мозга: физиология ВНД - механизмы деятельности всего мозга, его отдельных структур и нейронов, связи между структурами и их влияние друг на друга, а также механизмы поведения; психология- результаты работы ЦНС, проявляющиеся в виде образов, идей, представлений и других психических проявлений. Научные исследования психологов и физиологов ВНД всегда были взаимозависимы. В последние десятилетия даже возникла новая наука - психофизиология, основной задачей которой является изучение физиологических основ психической деятельности.

Все рефлексы, возникающие в организме животного или человека, И. П. Павлов подразделил на безусловные и условные.

Безусловные рефлексы. Безусловные рефлексы обеспечивают приспособление организма к постоянным условиям среды. Иначе говоря, это реакция организма на строго определенные внешние раздражители. Все животные одного вида обладают сходным набором безусловных рефлексов. Поэтому безусловные рефлексы относят к видовым признакам.

Примером безусловных рефлексов может служить возникновение кашля при попадании инородных тел в дыхательные пути, отдергивание руки при уколе о шипы розы.

Уже у новорожденного ребенка наблюдаются безусловные рефлексы. Это и понятно, ведь без них жить невозможно, а обучаться некогда: дышать, питаться, уклоняться от опасных воздействий необходимо с первых же мгновений жизни. Одним из важных рефлексов новорожденных является рефлекс сосания - пищевой безусловный рефлекс. Примером защитного безусловного рефлекса служит сужение зрачка при ярком свете.

Особенно важна роль безусловных рефлексов в жизни тех существ, чье существование длится всего несколько дней, а то и всего-то один день. Например, самка одного из видов крупных одиночных ос появляется из куколки весной и живет только несколько недель. За это время она должна успеть встретиться с самцом, поймать добычу (паука), выкопать норку, затащить паука в норку, отложить яйца. Все эти действия она проделывает несколько раз в течение жизни. Оса выходит из куколки уже «взрослой» и сразу же готова к выполнению своей деятельности. Это не значит, что она не способна к обучению. Она, например, может и должна запомнить место расположения своей норки.

Более сложные формы поведения - инстинкты - представляют собой цепочку последовательно связанных друг с другом рефлекторных реакций, которые следуют одна за другой. Здесь каждая отдельная реакция служит сигналом для по следующей. Наличие такой цепочки рефлексов позволяет организмам приспосабливаться к той или иной ситуации, окружающей среде.

Ярким примером инстинктивной деятельности может служить поведение муравьев, пчел, птиц при постройке гнезда и т. д.

У высокоорганизованных позвоночных животных ситуация иная. Например, волчонок рождается слепым и совершенно беспомощным. Конечно, при рождении у него присутствует ряд безусловных рефлексов, но их недостаточно для полноценной жизни. Для того чтобы приспособиться к существованию в постоянно меняющихся условиях, необходима выработка широкого набора условных рефлексов. Условные рефлексы, вырабатываясь в качестве надстройки над врожденными рефлексами, во много раз повышают шансы организма выжить.

Условные рефлексы. Условные рефлексы - это приобретенные в течение жизни каждого человека или животного реакции, с помощью которых происходит приспособление организма к меняющимся воздействиям среды. Для образования условного рефлекса необходимо наличие двух раздражителей: условного (безразличного, сигнального, индифферентного относительно вырабатываемой реакции) и безусловного, вызывающего определенный безусловный рефлекс. Условный сигнал (вспышка света, звук звонка и т. п.) должен несколько опережать по времени безусловное подкрепление. Обычно условный рефлекс вырабатывается после нескольких сочетаний условного и безусловного раздражителей, но в некоторых случаях достаточно одного предъявления условного и безусловного раздражителей, чтобы образовался условный рефлекс.

Например, если несколько раз включать свет лампочки перед тем, как давать собаке пищу, то, начиная с какого-то момента, собака будет подходить к кормушке и выделять слюну каждый раз при включении света еще до того, как ей будет предьявлена пища. Здесь свет становится условным раздражителем, сигнализирующим о том, что организм должен приготовиться к безусловнорефлекторной пищевой реакции. Между стимулом (светом лампочки) и пищевой реакцией формируется временная функциональная связь. Условный рефлекс вырабатывается в процессе обучения, причем связь между сенсорной (в нашем случае- зрительной) системой и эффекторными органами, обеспечивающими реализацию пищевого рефлекса, формируется на основе совмещения условного стимула и безусловного подкрепления его пищей. Итак, для успешной выработки условного рефлекса обязательно соблюдение трех условий. Во-первых, условный раздражитель (в нашем примере - свет) должен предшествовать безусловному подкреплению (в нашем примере - пища). Во-вторых, биологическая значимость условного раздражителя должна быть меньшей, чем безусловного подкрепления. Например, для самки любого млекопитающего крик ее детеныша является заведомо более сильным раздражителем, чем пищевое подкрепление. В-третьих, сила как условного, так и безусловного раздражителей должна иметь определенную величину (закон силы), так как очень слабые и очень сильные раздражители не приводят к выработке стабильного условного рефлекса.

Условным раздражителем может служить любое событие, произошедшее в жизни человека или животного, которое несколько раз совпало с действием подкрепления.

Мозг, способный к выработке условных рефлексов, рассматривает условные раздражители в качестве сигналов, свидетельствующих о скором появлении подкрепления. Так, животное, обладающее только безусловными рефлексами, может есть только ту пищу, на которую оно случайно наткнулось. Животное же, способное к выработке условных рефлексов, связывает ранее безразличный запах или звук с наличием поблизости пищи. И эти раздражители становятся подсказкой, которая заставляет его более активно искать добычу. Например, голуби могут спокойно сидеть на карнизах и подоконниках какой-то архитектурной достопримечательности, но как только к ним приблизится автобус с туристами, птицы тут же начнут опускаться на землю, ожидая, что их покормят. Таким образом, вид автобуса, и особенно туристов, является для голубей условным раздражителем, говорящим о том, что надо занимать место поудобнее и начинать биться с соперниками за еду.

В результате животное, способное к быстрой выработке условных рефлексов, будет более успешно добывать пищу, чем то, которое живет, пользуясь лишь набором врожденных безусловных рефлексов.

Торможение. Если безусловные рефлексы практически не тормозятся в течение жизни, то выработанные условные рефлексы могут терять свое значение при изменении условий существования организма. Угасание условных рефлексов называют торможением.

Различают внешнее и внутреннее торможение условных рефлексов. Если под действием нового сильного внешнего раздражителя в мозге возникает очаг сильного возбуждения, то ранее выработанная условнорефлекторная связь не срабатывает. Например, пищевой условный рефлекс у собаки тормозится при сильном шуме, испуге, действии на нее болевого раздражителя и т.д. Такой вид торможения называют внешним. Если же выработанный на звонок рефлекс слюноотделения не подкреплять кормлением, то постепенно звук перестает выполнять роль условного раздражителя; рефлекс начнет угасать и вскоре затормозится. Временная связь между двумя центрами возбуждения в коре разрушится. Такой вид торможения условных рефлексов носит название внутреннего.

Навыки. В самостоятельную категорию условных рефлексов выделяют вырабатываемые в течение жизни двигательные условные рефлексы, т. е. навыки, или автоматизированные действия. Человек обучается ходить, плавать, кататься на велосипеде, печатать на клавиатуре компьютера. Обучение требует времени и упорства. Однако постепенно, когда навыки уже закрепились, они выполняются автоматически, без контроля сознания.

За свою жизнь человек овладевает многими специальными двигательными навыками, связанными с его профессией (работа на станке, управление автомобилем, игра на музыкальном инструменте).

Владение навыками полезно для человека, потому что экономит время и энергию. Сознание и мышление освобождаются от контроля за операциями, которые автоматизировались и стали навыками в повседневной жизни.

Работы А. А. Ухтомского и П. К. Анохина

В каждый момент жизни на человека действует множество внешних и внутренних раздражителей - одни из них очень важны, а другими в данный момент можно и пренебречь. Ведь организм не может обеспечить одновременную реализацию многих рефлексов. Не стоит даже пробовать удовлетворить потребность в пище в то время, когда убегаешь от собаки. Надо выбирать что-то одно. По мнению великого русского физиолога князя А. А. Ухтомского, в мозге временно господствует какой-то один очаг возбуждения, в результате чего обеспечивается выполнение одного жизненно важного в данный момент рефлекса. Этот очаг возбуждения А. А. Ухтомский назвал доминантой (от лат. «доминанс» - господствующий). Доминанты постоянно сменяют друг друга по мере удовлетворения главных в какой-то момент потребностей и возникновения новых. Если потребность в пище после плотного обеда миновала, может возникнуть потребность в сне, и в мозге возникнет совсем другая доминанта, направленная на поиски дивана и подушки. Доминантный очаг тормозит работу соседних нервных центров и как бы подчиняет их себе: когда хочется есть, обоняние и вкус обостряются, а когда хочется спать - чувствительность органов чувств ослабевает. Доминанта лежит в основе таких психических процессов, как внимание, воля, и делает поведение человека активным и избирательно направленным на удовлетворение наиболее важных потребностей.

Так как организм животного или человека не может одновременно полноценно реагировать на несколько разных стимулов, то приходится устанавливать что-то вроде «очереди». Академик П. К. Анохин считал, что для того, чтобы удовлетворить самую важную на данный момент потребность, различные системы и органы объединяются в так называемую «функциональную систему», состоящую из многих чувствительных и рабочих звеньев. Эта функциональная система «работает» до тех пор, пока не достигнут желаемый результат. Например, испытывая чувство голода, человек насытился. Теперь те же системы, которые участвовали в поиске, добыче, поглощении пищи, могут объединиться в иную функциональную систему и участвовать в удовлетворении иных потребностей.

Иногда выработанные ранее условные рефлексы сохраняются долго, даже если не получают больше безусловного подкрепления.

• В английской кавалерии середины XIX в. лошадей годами учили ходить в атаку сомкнутым строем. Даже если всадник был выбит из седла, его конь должен был скакать в общем строю бок о бок с другими лошадьми и вместе с ними делать разворот. Во время Крымской войны в одной из атак кавалерийская часть понесла очень большие потери. Но оставшаяся в живых часть лошадей, развернувшись и поддерживая по возможности строй, вышла на исходную позицию, спасая тех немногих раненых кавалеристов, которые смогли удержаться в седлах. В знак благодарности этих лошадей отправили из Крыма в Англию и содержали там в прекрасных условиях, не заставляя ходить под седлом. Но каждое утро, как только открывались двери конюшни, лошади выбегали на поле и строились в ряд. Затем лидер табуна подавал знак ржанием, и шеренга лошадей устремлялась в полном порядке через все поле. У края поля шеренга разворачивалась и в том же порядке возвращалась к конюшне. И это повторялось изо дня в день... Это пример условного рефлекса, который сохранялся длительное время без безусловного подкрепления.

Проверьте свои знания

1. Каковы заслуги И.М.Сеченова и И П. Павлова в развитии учения о высшей нервной деятельности?
2. Что такое безусловный рефлекс?
3. Какие безусловные рефлексы вы знаете?
4. Что лежит в основе врожденной формы поведения?
5. Чем условный рефлекс отличается от безусловного?
6. Что такое инстинкт?
7. Какие условия необходимы для выработки условного рефлекса?
8. Какие формы поведения можно отнести к приобретенным?
9. Почему условный рефлекс может со временем угаснуть?
10. В чем суть условного торможения?

Подумайте

В результате чего условный рефлекс угасает? В чем биологический смысл этого явления?

В основе нервной деятельности лежит рефлекс. Различают врожденное и приобретенное поведение. Их основу составляют безусловные и условные рефлексы. Сложной формой приобретенного поведения является рассудочная деятельность, это начало мышления. Условные рефлексы могут угаснуть. Различают безусловное и условное торможение.

Сущность работы нервной системы заключается в организации реакций в ответ на внешние и внутренние воздействия. Степень сложности таких реакций весьма различна - от автоматического сужения зрачка при ярком освещении до многопланового поведенческого акта, мобилизующего все системы организма. Тем не менее во всех случаях сохраняется один и тот же принцип деятельности - рефлекторный. Рефлекс - это активная ответная реакция, связывающая особенности организма и условия среды. Следовательно, рефлекс - не механический, не пассивный ответ, как, например, образование вмятины от удара, а целесообразная для данного организма реакция, необходимая для нормальной жизнедеятельности.

Возникновение и развитие нервной системы в процессе эволюции означало прежде всего появление и усовершенствование рефлекторных механизмов. Эти механизмы, независимо от степениих сложности, имеют ряд принципиально общих черт. Для осуществления рефлекса необходимы, как минимум, два элемента: воспринимающий (рецепторный) и исполнительный (эффекторный). Рецепторы могут реагировать на очень широкий диапазон раздражителей и занимать большие площади (рефлексогенная зона). К таким относятся, например, рецепторы болевой чувствительности, рецепторы внутренних органов. Другие воспринимающие элементы, напротив, являются чрезвычайно специализированными и имеют ограниченную рефлексогенную зону. В качестве примера можно назвать вкусовые рецепторы, располагающиеся на поверхности языка, или зрительные палочки и колбочки.

Точно так же исполнительный аппарат рефлекса может представлять собой изолированную мышцу и иметь жесткую связь с ограниченной группой рецепторов. Классический пример этого - коленный рефлекс (узкая рефлексогенная зона и элементарная реакция).В других случаях исполнительный аппарат включает в себя ансамбль действующих единиц и имеет связи с различными типами рецепторов. Примером этого может служить так называемый "стартовый" рефлекс. Он выражается в виде общего настораживания, замирания или вздрагивания при резком звуке или ярком свете, неожиданном зрительном образе. Таким образом, в реализации “стартового” рефлекса участвует огромное количество двигательных единиц и вызывается он различными раздражителями
главная особенность которых - неожиданность.

“Стартовый” рефлекс - одна из многих реакций, требующих согласованной работы различных систем организма. Такая заинтересованность невозможна при наличии жестких прямых связей с рецепторами и эффекторами, поскольку это привело бы к появлению независимых друг от друга и не поддающихся координации рефлекторных механизмов.

В процессе эволюции сформировался еще один элемент, обеспечивающий рефлекторные реакции, - вставочные нейроны. Благодаря этим нейронам импульсы от рецепторов достигают эффекторных аппаратов не сразу, а после промежуточной обработки во время которой и устанавливается согласованность в различных реакциях. Широко взаимодействуя между собой и образуя скопления, вставочные нейроны создают возможность для объединения всех рефлекторных механизмов в единое целое. Формируется интегральная нервная деятельность, которая представляет собой нечто большее, чем сумма отдельных реакций.

Каждая отдельная реакция подчиняется центральным влияниям; она может быть усилена, заторможена, полностью блокирована или приведена в состояние повышенной готовности. Более того, на основе врожденных автоматизмов формируются новые способы реагирования, новые действия. Так, ребенок обучается ходьбе, стоянию на одной ноге, сложным ручным манипуляциям.

Интегральная нервная деятельность еще не означает высшей нервной деятельности. Объединение организма в единое целое и организация сложных поведенческих программ могут совершаться на базе эволюционно закрепленных в нервной системе врожденных механизмов. Эти механизмы называются безусловными рефлексами, поскольку они генетически заложены в нервной системе и не требуют обучения. На основе безусловных рефлексов могут формироваться сложнейшие действия. В качестве примера достаточно назвать строительную деятельность бобров или дальние перелеты птиц.

Однако безусловнорефлекторная деятельность неизбежно страдает ограниченностью, потому что она почти не поддается исправлениям и тем самым препятствует накоплению индивидуального опыта. Каждый индивид от рождения почти полностью готов к определенным действиям, однообразно повторяющимся из поколения в поколение. Если условия среды внезапно изменяются. то великолепно отлаженный механизм реагирования оказывается неприспособленным.

Гораздо большая гибкость поведения наблюдается у организмов, которые способны к индивидуальному обучению. Это становится возможным благодаря возникновению в нервной системе временных нервных связей. Наиболее изученным типом такой нервной связи является условный рефлекс. При помощи этого рефлекса раздражитель, бывший ранее безразличным, приобретает значение жизненно важного сигнала и вызывает определенную реакцию. В механизмах условного рефлекса заложены предпосылки индивидуальной памяти, без которой, как известно, невозможно обучение.

По мере эволюционирования коры больших полушарий возникают огромные зоны нервных клеток, которые не имеют никакой врожденной программы, а предназначены лишь для образования связей в процессе индивидуального обучения. Поскольку работа нервной системы основана на рефлекторном принципе, то и обучение распространяется на три основные звена рефлекторного механизма: анализ поступающей от рецепторов информации, интегральная обработка в промежуточных звеньях, создание новых программ деятельности.

Личный опыт оказывает влияние как на восприятие и переработку информации из внешней и внутренней среды, так и на формирование программ деятельности - краткосрочных или долгосрочных. В результате восприятия многих раздражителей происходит опознавание, т.е. сведения о раздражителе сравниваются с заложенной в памяти информацией. Точно так же при организации ответных действий учитываются не только потребности на данный момент, но и прошлый опыт успешных или неуспешных реакций в аналогичной ситуации.

При выполнении намеченного действия могут возникнуть непредвиденные помехи. Следовательно, необходимо сохранять конечную цель реакции до ее полного осуществления, для чего требуются специальные механизмы.

Процессы распознавания поступающих сигналов, выработка учитывающих прошлый опыт программ действия, контроль за их выполнением составляют содержание высшей нервной деятельности. Эта деятельность, оставаясь рефлекторной по своей сущности, отличается от врожденных автоматизмов гораздо большей гибкостью и избирательностью. Один и тот же раздражитель может вызывать разные реакции в зависимости от состояния на данный момент, общей ситуации, индивидуального опыта, потому что многое зависит не от особенностей раздражителя, а от той обработки, которую он проходит в промежуточных звеньях рефлекторного аппарата.

Высшая нервная деятельность создает предпосылки разума. Разум означает прежде всего способность найти решение в новой необычной ситуации. Приведем пример. Обезьяна видит подвешенную к потолку связку бананов и разбросанные по полу ящики. Без предварительного обучения она решает возникшую перед ней практическую и интеллектуальную задачу - ставит один ящик на другой и достает бананы. С возникновением речи возможности интеллекта безгранично расширяются, поскольку в словах отражена сущность окружающих нас вещей.

Высшая нервная деятельность является нейрофизиологической основой психических процессов. Но она их не исчерпывает. Для таких психических явлений, как чувство, воля, воображение, мышление, конечно, необходима соответствующая мозговая активность Однако конкретное содержание психических процессов определяется социальной средой, а не процессами возбуждения или торможения в нейронах. Решает ли ученый сложнейшую интеллектуальную задачу или же первоклассник обдумывает простенькую школьную задачку, их мозговая активность может быть примерно одинаковой. Направленность мозговой деятельности задается не физиологией нервных клеток, а смыслом выполняемой работы.

Однако сказанное не означает, что высшая нервная деятельность представляет собой нечто второстепенное по отношению к “истинно психическим” процессам. Напротив, общие закономерности взаимодействия нейронов и общие принципы организации нервных центров определяют многие характеристики психической деятельности, например, темпы интеллектуальной работы, устойчивость внимания, объем памяти. Эти и другие показатели имеют огромное значение для педагогической работы, особенно при наличии у детей дефектов центральной нервной системы.

Сложнейшие мозговые механизмы, обеспечивающие переработку информации, поступающей сразу от многих рецепторных зон и промежуточных центров, представляют большой интерес как для физиологии, так и для психологии. Наблюдается все большее взаимопроникновение этих двух дисциплин, что отражается и на учении о высшей нервной деятельности.

В учении о высшей нервной деятельности можно выделить два основных раздела. Первый из них стоит ближе к нейрофизиологии и рассматривает общие закономерности взаимодействия нервных центров, динамику процессов возбуждения и торможения. Второй раздел рассматривает конкретные механизмы отдельных мозговых функций, таких как речь, память, восприятие, произвольные движения, эмоции. Этот раздел близко примыкает к психологии и нередко обозначается как психофизиология. Кроме того, произошло выделение самостоятельного направления - нейропсихологии. Нейропсихология в значительной степени - клиническая дисциплина. Она не только изучает механизмы высших корковых функций, но и разрабатывает методы точной диагностики корковых поражений и принципы коррекционных мероприятий. Один из основателей нейропсихологии - выдающийся отечественный ученый А. Р. Лурия.

Названные разделы тесно взаимосвязаны, поскольку мозг работает как единое целое. Однако для наилучшего понимания общих закономерностей высшей нервной деятельности целесообразно рассмотреть по отдельности принципы высшей нейродинамики и нейропсихологические механизмы отдельных корковых функций.

ДИНАМИКА НЕРВНЫХ ПРОЦЕССОВ

Принципы высшей нейродинамики - это закономерности взаимодействия процессов возбуждения и торможения в клетках головного мозга. Основные закономерности таких процессов были раскрыты И.П.Павловым и его учениками.

Возбуждение и торможение способны иррадиировать, т.е. распространяться на новые клеточные зоны, и концентрироваться, т.е. ограничиваться определенным очагом. Процессы иррадиации иконцентрации обусловливают пеструю и постоянно меняющуюся мозаику распределения возбужденных и заторможенных мозговых участков.

Степень иррадиации возбуждения зависит от многих факторов: силы раздражителя, его новизны, значимости для организма. Кроме того, большое значение имеет закон отрицательной индукции - возникновение зоны торможения вокруг очага возбуждения. Отрицательная индукция препятствует безграничной иррадиации возбуждения. В противном случае каждый раздражитель полностью “захватывал” бы огромные массы клеток. Такая картина наблюдается при судорожном припадке: очаг возбуждения безудержно распространяется на все новые и новые зоны; сознание при этом обычно утрачивается.

Иррадиация и концентрация возбуждения лежат в основе механизма внимания. Объем и стойкость внимания зависят от величины очага возбуждения и его фиксированности. Способность произвольно контролировать направленность, объем и устойчивость внимания совершенствуется с возрастом. Внимание детей характеризуется слабой целенаправленностью, но большим объемом. Дети фиксируют множество деталей автоматически; взрослые направляют внимание более прицельно, но и более узко. Кроме того, внимание детей неустойчиво. Это обусловлено недостаточным Развитием внутреннего торможения, обеспечивающего дополнительную концентрацию внимания. Каждый новый раздражитель отвлекает ребенка. Здесь опять-таки проявляется принцип отрицательной индукции: новый очаг возбуждения тормозит сущестовавший до этого. У взрослых процессы возбуждения и торможения более сбалансированны, поэтому возникающие конкурентные очаги возбуждения блокируются. Это достигается прежде всего за счет взаимодействия лобных долей мозга и ретикулярной формации. При поражениях лобных долей наблюдается чрезмерная отвлекаемость больных: их внимание постоянно переключается с одного объекта на другой.

Наряду с отрицательной индукцией существует положительная - возникновение возбуждения вокруг очага торможения. Например, засыпающий человек, многие участки мозга которого заторможены, вдруг начинает отчетливо слышать тиканье часов шум капающей из крана воды и другие звуки, не замечавшие в бодрствующем состоянии. Вероятно, это объясняется возникновением активных очагов на фоне общего снижения бодрствования.

В головном мозге обычно одновременно существует значительное количество возбужденных очагов. При этом может возникнут ситуация, когда какой-то один очаг начинает не только подавлять все остальные, но и использовать их активность для усиления своей собственной. Формируется так называемая доминанта, которую подробно изучил выдающийся отечественный физиолог А. А. Ухтомский. Доминанта - это очаг активности, подчиняющий себе все остальные, даже не имеющие к нему непосредственного отношения. Например, изголодавшемуся человеку все напоминает о еде, даже, казалось бы, совершенно посторонние разговоры и предметы. Точно так же увлеченный какой-либо идеей ученый находит тему для размышлений в событиях и фактах, относящихся к весьма отдаленным областям.

Принцип доминанты имеет важное биологическое значение, позволяя организму достигать необычайной концентрации усилий для выполнения какой-либо жизненно необходимой задачи Благодаря доминанте различные отвлекающие факторы не мешают, а, напротив, усиливают стремление к главной цели. Однако доминанта может принимать и патологические черты, если она направлена на утратившие значение или вообще не имеющие смысла цели. Такая картина, в частности, наблюдается при бредовых идеях. Больной не только уверен в правильности своих нелепых мыслей, но в ответ на возражения еще больше убеждается в своей правоте. Переубедить человека с бредовой идеей практически невозможно.

По мере достижения поставленной цели физиологическая доминанта обычно угасает. У человека длительное постоянство устремлений поддерживается благодаря усилиям воли.

Как уже отмечалось, степень иррадиации процессов возбуждения и торможения зависит не только от интенсивности раздражителей, но и от их значимости. Эта значимость может быть безусловно-рефлекторной, основанной на врожденной способности реагирования, но может обусловливаться и индивидуальным опытом Например, собака поразному реагирует на черствый кусок хлеба и на аппетитную кость. Это врожденная способность оценивать качество пищи. В то же время в процессе обучения любая собака приобретает большой опыт по распознаванию “пищевой ценности" различных раздражителей (хлопанье дверцы холодильника, звяканье посуды и др.). Процесс превращения безразличного ранее раздражителя в значимый для организма сигнал блестяще изучен И.П. Павловым. В многочисленных экспериментах И. П. Павлов и его ученики показали, что если перед безусловнорефлекторным раздражителем предъявлять какой-либо другой, то после ряда повторений этот раздражитель способен самостоятельно вызывать данную безусловную реакцию. Вырабатывается так называемый условный рефлекс, вызывающийся раздражителем, который до эксперимента был безразличен для животного. Открытие условного рефлекса показало, каким образом индивидуальный опыт фиксируется в виде нервных связей, как происходит элементарное обучение. Было установлено, что в процессе образования условных рефлексов большую роль играют процессы торможения. В частности, большое значение имеет так называемое дифференцировочное торможение, благодаря которому характеристики условнорефлекторного раздражителя оцениваются более точно. Например, при выработке условной слюноотделительной реакции на звук звонка первоначально реакция возникает в ответ на любой звонок. В дальнейшем, если подкреплять кормление только звонком определенной тональности и продолжительности, слюноотделительный рефлекс становится более избирательным: уже далеко не всякий звук вызывает слюноотделение. Этот факт свидетельствует о наличии выборочного торможения сходных сигналов в зависимости от прошлого опыта.

Дифференцировочное торможение И. П. Павлов относил к разновидностям внутреннего. Его существование указывает на способность к значительному усовершенствованию реагирования.

Существование внутреннего торможения обнаруживается также при выработке так называемых отставленных условных рефлексов. Суть их заключается в том, что после предъявления условного раздражителя подкрепление дается не сразу, а спустя некоторое время. В результате, например, слюноотделение в ответ на звонок возникает не сразу, а через некоторый промежуток времени. В течение всего периода между предъявлением звонка и появлением слюны реакция тормозится.

Внутреннее торможение играет большую роль в процессе обучения, совершенствования поведения. В известной степени воспитание сводится к тренировке внутреннего торможения, поскольку именно оно обеспечивает гибкость и тонкость реакций.

Внутреннее торможение требует больших усилий от нервной системы. В экспериментах на животных неоднократно наблюдалось, как при выработке слишком тонкой дифференцировки (например, между кругом и почти круглым овалом) или при чрезмерном временном разрыве между сигналом и подкреплением животное сильно возбуждалось, начинало вырываться из станка, проявляло агрессивность. В других случаях, наоборот, наступало оцепенение, возникала непреодолимая сонливость. Кстати, сонливость здесь является результатом так называемого запредельного торможении, которое распространяется по нервной системе при непосильных нагрузках и предохраняет нервные клетки от истощения.

Приведенные примеры говорят о том, что тренировка внутреннего торможения требует строго дозированных нагрузок. В противном случае может произойти срыв, дезорганизация высшей нервной деятельности. Подобные явления иногда наблюдаются в школе при изложении чрезмерно сложного материала. Одни ученики становятся невнимательными, непоседливыми, начинают разговаривать. Других же клонит в сон, они зевают, усиленно моргают. При наличии дефектов центральной нервной системы способность к выработке внутреннего торможения ограниченна, что делает необходимым более тщательное дозирование учебных нагрузок.

В процессе изучения условных рефлексов было установлено что они могут приобретать тормозное значение, блокировать отдельные реакции или вызывать сон. Таким образом было открыто условное торможение, которое И. П. Павлов относил к разновидностям внешнего торможения, поскольку оно вызывается сигналом из внешней среды. Условное торможение имеет важное значение в регуляции ритма сна - бодрствования. Систематически повторяющаяся процедура приготовления ко сну представляет собой, по существу, набор условных рефлексов, облегчающих засыпание. В организации режима дня ребенка важно добиваться строгого повторения такой процедуры, поскольку многие дети укладываются спать очень неохотно.

Другой разновидностью внешнего торможения является запредельное, о котором уже говорилось. Однако запредельное торможение по своей природе безусловнорефлекторное, оно представляет собой врожденное свойство нервной системы. В животном мире широко распространена так называемая реакция “мнимой смерти” - в случае опасности животное замирает, становится словно парализованным. У людей подобные реакции обозначаются как реактивный ступор, который может продолжаться и спустя несколько суток после потрясения. Частным случаем такого ступора является реактивный мутизм - утрата речи при сохранении общей двигательной способности. Реактивный мутизм иногда возникает у робких, застенчивых детей, впервые выступающих перед большим скоплением незнакомых людей.

По данным многочисленных экспериментов, условные рефлексы не обязательно являются изолированной реакцией на отдельные раздражители (звонок - выделение слюны и др.). У многих животных успешно вырабатываются условные рефлексы на сложные комплексы раздражителей, воздействующих одновременно последовательно на многие рецепторные аппараты (например, свет, звук, прикосновение, запах). Кроме того, рефлекторный ответ может представлять собой набор реакций, совершающихся одновременно или разворачивающихся во времени в определенной последовательности. Например, дрессированной собаке достаточно одной команды, чтобы она совершила серию действий, сменяющихся в заданном порядке. Каждый человек в процессе воспитания и обучения усваивает массу двигательных навыков, предназначенных для выполнения обыденных житейских операций: одевание, умывание, причесывание, еда при помощи ложки и вилки, склеивание бумаги, зажигание спичек и т.д. Любое из этих действий представляет собой слитую воедино последовательность движений. Например, чтобы съесть ложку супа, необходимо придать ложке определенное положение в руке, зачерпнуть суп, донести его, не пролив, до рта и, наконец, перелить содержимое в рот. Всему этому человек учится в детстве, “отрабатывая” каждый элемент действия по отдельности: как правильно держать ложку и перемещать ее в пространстве, какое положение придать губам, чтобы ничего не пролилось. В результате формируется цепочка движений, слитых в единый автоматизированный акт, и в дальнейшем человек уже совершенно не будет задумываться о том, как пользоваться ложкой.

Прочно зафиксированная в нервной системе последовательность реакций называется динамическим стереотипом. Способность к формированию динамических стереотипов приводит к огромной экономии в работе нервной системы. Много раз повторяющиеся операции закрепляются как целостные двигательные образы, поэтому отпадает необходимость каждый раз находить способы реализации того или иного действия. Достаточно “начальнику” дать команду, и весь комплекс движений “проигрывается”, как записанная на пластинке мелодия.

Динамические стереотипы могут формироваться не только в сфере движений, но и в сфере восприятия. Например, горожанин, переходя улицу, автоматически обращает внимание на сигнал светофора, поворачивает голову налево, потом направо. На основе динамических стереотипов вырабатываются профессиональные навыки: работа с инструментами, печатание на пишущей машинке, укладка кирпича и т.д. Следует отметить, что в динамическом стереотипе могут содержаться бесполезные и даже мешающие выполнению задачи элементы. Это зависит от особенностей процесса обучения. Например, походка человека представляет собой классический динамическийий стереотип, и здесь немало отрицательных характеристик (шарканье ногами, сгорбленность, раскачивание и др.). Все что является результатом того, что в раннем детстве родители ребенка не обращали должного внимания на его походку. Между тем данные элементы стереотипа фиксируются очень прочно, искоренить их весьма трудно. При выработке нового стереотипа важно с самого начала следить за качеством его отдельных элементов. В частности, из логопедической практики хорошо известно, что дислалия часто является следствием фиксации физиологической дислалии дошкольников. Сложившийся аномальный стереотип звукопроизношения переделывают уже с помощью логопеда.

Сложнейшая динамика взаимодействия процессов возбуждения и торможения создает постоянно меняющуюся картину мозговой активности. Однако в этой переменчивости существуют некоторые стабильные характеристики, определяющие индивиду. альные особенности реагирования.

С древнейших времен известно, что одни люди отвечают на все происходящее бурными реакциями, другие же, наоборот, всегда остаются чрезвычайно спокойными. Важно подчеркнуть, что такой стиль реагирования может оставаться устойчивой характеристикой в течение всей жизни человека и, следовательно, он является врожденной особенностью.

Общий тип реагирования, определяющий стиль поведения, издавна обозначается как темперамент. Существует много классификаций темпераментов, но наибольшую известность имеет типология, описанная еще в античную эпоху.

Античная классификация темпераментов основывалась на наивном представлении о пропорциях различных жидкостей в организме. Отсюда произошли и названия четырех основных типов: холерик (холе - желчь), сангвиник (сангвис - кровь), флегматик (флегма - слизь) и меланхолик (мелан холе - черная желчь). Однако описательные характеристики этих темпераментов точно подмечали реально существующие особенности людских характеров.

Холерик - человек взрывчатый, бурно на все реагирующий, но быстро “остывающий”, легко меняющий интересы и увлечения, сангвиник - энергичный, активный, способный доводить начатое дело до конца, флегматик - спокойный, невозмутимый, медленно “раскачивающийся”, но стойкий в своих переживаниях, меланхолик - робкий, нерешительный, легко ранимый, однако способный к очень тонким переживаниям и наблюдениям.

И.П.Павловым была раскрыта нейрофизиологическая основа темпераментов. В качестве ведущих характеристик высшей нервной деятельности рассматривались сила, подвижность и уравновешенность процессов возбуждения и торможения. В зависимости от сочетания этих особенностей выделены четыре основных типа высшей нервной деятельности.

Сильный, подвижный, неуравновешенный соответствует холерическому темпераменту; сильный, подвижный, уравновешенный - сангвиническому; сильный, инертный - флегматическому слабый, тормозимый тип - меланхолическому.

Кроме того, основываясь на особенностях взаимодействия первойи второй сигнальной систем (чувственно-конкретное и речевое восприятия), И.П.Павлов выделил художественный (первосигнальный), мыслительный (второсигнальный) и средний, промежуточный типы.

Тип высшей нервной деятельности во многом определяется

врожденными свойствами нервной системы, но не является совершенно незыблемым, не поддающимся изменениям. Можно даже сказать, что почти любой ребенок в процессе развития совершает эволюцию от холерического, художественного темперамента к уравновешенному, мыслительному. Тем не менее существуют дети явно возбудимые и явно заторможенные, энергичные и пассивные, самоуверенные и робкие, выносливые и утомляемые. В связи с этим в педагогической работе важно учитывать индивидуальные особенности высшей нервной деятельности, проводя в то же время коррекцию мешающих работе характеристик. Особое значение такой подход приобретает в дефектологии, где многие дети нуждаются в специальной помощи при формировании каркаса высшей нервной деятельности.

ВЫСШИЕ КОРКОВЫЕ ФУНКЦИИ

Кора головного мозга является, по существу, гигантским промежуточным центром на пути от рецепторных аппаратов к эффекторным. Сюда стекается вся информация, поступающая из внешней и внутренней среды, здесь она сопоставляется с текущими потребностями, прошлым опытом и преобразуется в команды, нередко охватывающие все процессы жизнедеятельности. Здесь вырабатываются принципиально новые решения, а также формируются динамические стереотипы, образующие шаблоны поведения, восприятия и, в ряде случаев, даже мышления.

Связь коры с “периферическими” образованиями - рецепторами и эффекторами - обусловливает специализацию отдельных ее участков. Различные области коры связаны со строго определенными типами рецепторов, образуя корковые отделы анализаторов.

Анализатор - специализированная физиологическая система, обеспечивающая прием и переработку определенного типа раздражений. В нем различают периферический отдел - собственно pецепторные образования - и совокупность промежуточных центров. Наиболее важные центры расположены в зрительном бугре, являющемся коллектором всех видов чувствительности, и в коре больших полушарий. Корковые отделы анализаторов представляют собой высшие, но не конечные, центры, поскольку поступающие сюда импульсы не “оседают” здесь, как в хранилище, а постоянно перерабатываются, преобразуясь в командные сигналы. Эти команды могут направляться к рецепторным аппаратам, изменяя порог их чувствительности. В результате каждый анализатор функционирует как кольцевая структура, в которой импульсы циркулируют по маршруту рецепторы - промежуточные центры - рецепторы. Разумеется, что от промежуточных центров имеются выходы и к эффекторным аппаратам. Действие же эффекторов, в свой очередь, порождает новые рецепторные сигналы. В итоге формируются сложные кольцевые системы: рецептор - промежуточный центры - эффектор - рецептор. Такие системы могут иметь не сколько уровней замыкания (продолговатый, межуточный мозг, но высшим является корковый. Низшие уровни регуляции xapaктеризуются жестким автоматизмом, высшие, особенно корковые отличаются большей гибкостью и изменчивостью.

Основные корковые отделы анализаторов имеют следующее расположение (см. рис. 9): зрительный анализатор - в затылочной коре, слуховой - в височной, поверхностная и глубокая чувствительность - в задней центральной извилине, двигательный анализатор - в передней центральной извилине. Обонятельный анализатор располагается в эволюционно более древних отделах коры. включающих аммонов рог и поясную извилину. Вкусовая чувствительность и рецепция от внутренних органов имеют менее определенное корковое представительство, концентрируясь в основном в глубинных отделах сильвиевой борозды.

Каждый анализатор представлен в симметричных отделах правого и левого полушарий мозга. Двигательный и чувствительны!: анализаторы связаны с противоположной половиной тела. Корковые представительства слухового, вкусового и обонятельного анализаторов в каждом полушарии имеют связи с обеими сторонами. В зрительную кору (затылочная область) проецируется информация от половины поля зрения каждого глаза, причем в левое полушарие - от правых половин, в правое - от левых половин полей зрения.

Из анатомических особенностей следует, что расстройства движений, чувствительности и зрения возможны при поражении соответствующего участка одного из полушарий. Данные нарушения возникают на стороне, противоположной локализации патологического очага. Корковые расстройства слуха, вкуса и обоняния наблюдаются только при двустороннем поражении анализаторных зон или их связей.

Наличие симметричных анализаторных отделов в правом и левом полушариях не означает их полной равноценности. Многочисленными экспериментами доказано существование функциональной асимметрии мозга. Ее суть заключается в том, что правое и левое полушария выполняют несколько различные функции. Различают доминантное и субдоминантное полушария. В доминантном располагаются центры речи и письма, в субдоминантном соответствующие центры отсутствуют. Чаще всего доминантным полушарием является левое, и расположение в нем речевых центров обычно совпадает с праворукостью - преобладанием правой руки над левой.

В случаях выраженной леворукости доминантным может быть правое полушарие. Однако вопрос о левшестве далеко не прост.

В процессе воспитания большинство родителей приучают детей пользоваться преимущественно правой рукой. Трудно сказать, какое полушарие доминирует у “переученных левшей”. Кроме того, встречаются случаи амбидекстрии - примерно одинакового владенния обеими руками. Сложно оценивать также степень функциональной асимметрии мозга. Тем не менее эта асимметрия существует, о чем убедительно свидетельствуют результаты исследований по изолированному выключению активности правого или левого полушария, а также клинический анализ право- и левополушарных поражений мозга. Роль каждого из полушарий освещена подробнее при описании отдельных высших корковых функций.

Изучение микроскопической структуры корковых отделов анализаторов показало, что в каждом таком отделе существуют два типа клеточных зон. В центре коркового представительства анализатора располагаются первичные клеточные поля, называемые также проекционными. Их особенность состоит в том, что они имеют непосредственную связь с периферическими отделами анализатора и являются, таким образом, первыми получателями информации (или отправителями - в случае двигательного анализатора). Первичные клеточные поля отличаются высокой специфичностью, т.е. настроены на прием информации от определенных типов рецепторов. Кроме того, в этих полях нередко наблюдается и вполне определенное расположение представительств отдельных рецепторных зон. Так, в задней центральной извилине каждая часть тела имеет свою область проекции: в верхних отделах - нижняя конечность, в средних - рука, в нижних - лицо. Аналогичная картина наблюдается и в передней извилине. В зрительной коре различные квадранты полей зрения (квадрант - четвертая часть) проецируются в строго определенные участки. Таким образом, в первичных, или проекционных, зонах наблюдается высокая избирательность в приеме информации и специальная представленность отдельных рецепторных зон. В периферических отделах корковых представительств анализаторов располагаются вторичные, или проекционно-ассоциационные, клеточные зоны. Для них характерны гораздо меньшая специализированность в приеме информации и отсутствие прямой связи с периферией. В то же время эти зоны способны устанавливать контакты с другими отделами коры, а также образовывать внутри себя сложные комплексы, в которых, как считается, фиксируется прошлый опыт.

Таким образом, вторичные клеточные зоны, надстраиваясь над первичными, обеспечивают более сложную переработку информации и формируют при каждом анализаторе специализированные блоки памяти.

При оценке площади, занимаемой первичными и вторичными клеточными зонами анализаторов, нетрудно увидеть, что значительные пространства поверхности коры остаются как бы “не занятыми”. К таким “свободным” территориям относятся прежде всего обширная теменно-височно-затылочная область и участка лобной доли кпереди от передней центральной извилины. Между тем именно эти отделы коры неуклонно увеличиваются по мере эволюционирования и достигают наибольшего развития у человека. Специальные исследования показывают, что в этих отделах paсполагаются третичные корковые зоны.

Для третичных клеточных зон характерна способность к восприятию многоплановой информации; здесь отсутствует узкая специализированность. В третичных зонах осуществляется межанализаторный анализ и синтез информации, что обеспечивает комплексную память, организацию работы мозга в целом. При этом многомерный, многоплановый анализ окружающей действительности осуществляется преимущественно в височно-теменно-затылочной области, а планирование действий, разработка сложных программ поведения производится главным образом в лобной доле. Именно в третичных зонах формируются центр речи письма, счета, зрительно-пространственной ориентировки. Здесь фиксируются также навыки, приобретенные человеком в процессе его социального обучения. Важно отметить, что функционалная асимметрия мозга особенно наглядно выступает в работе третичных зон. Доминантное и субдоминантное полушария вносят неоднозначный вклад в осуществление “третично организованных" корковых функций.

Учитывая наличие различных клеточных зон, можно считать, что в коре головного мозга происходят две основные группы процессов внутриа