Возбуждение и торможение. Координация нервных процессов

Нервные клетки могут находиться в трех состояниях: физиологическом покое, возбуждении и торможении.

Физиологический покой — состояние живой ткани, в которой происходят все обменные процессы, но в данный момент она не выполняет своей специфической функции.

Возбуждение — это сложный физиологический процесс, который возникает при действии раздражителей в клетках и тканях организма и приводит к выпол­нению специфической деятельности. При возбуждении в живой ткани происхо­дит электрические, температурные, химические, физические и структурные из­менения.

Обязательным признаком возбуждения является изменение электрического состояния клеточной мембраны. В состоянии покоя наружная поверхность мемб­раны клетки любой возбудимой ткани заряжена положительно. В месте действия раздражителя мембрана приходит в возбуждение, в ней возникает биоток — по­тенциал действия (ПД), или потенциал возбуждения (ПВ). Возбужденный учас­ток мышцы или нерва всегда электроотрицателен по отношению к покоящемуся, который заряжен положительно. Между этими участками также образуется био­ток, который в свою очередь вызывает возбуждение рядом лежащего участка. На данном участке также возникает ПД. Таким образом вся ткань приходит в актив­ное состояние и выполняет специфическую работу: мышца — сокращается, же­леза — выделяет секрет, нервная ткань — воспринимает, интегрирует и проводит биоэлектрические импульсы.

Торможение также сопровождается биологическими изменениями мембра­ны, как и возбуждение, но приводит к замедлению, ослаблению или полному пре­кращению ответной деятельности. Действие на ткань сверхсильного или сверх- частого раздражителя приводит к прекращению ответной реакции. Клетка теряет способность принимать и передавать импульсы возбуждения вследствие разви­вающегося торможения.

Для нервных центров характерно явление суммации. Суммация — слияние эффектов ряда стимулов, быстро следующих друг за другом (временная сумма- ция) или одновременных (пространственная суммация), возникающих в возбу­димых образованиях. Известно, что одиночные допороговые раздражители не вызывают ответной рефлекторной реакции, так как их сила недостаточна, что­бы вызвать распространение возбуждения по элементам рефлекторной дуги. Но если такой слабый раздражитель будет действовать одновременно на несколько рецепторных областей, или многократно действовать на одну рецепторную об­ласть, то рефлекторный акт осуществится. Небольшие, местные изменения элект­рического состояния мембраны нервной клетки под действием отдельных слабых раздражителей усиливают друг друга. В результате на мембране нейрона возни­кает потенциал действия и по элементам рефлекторной дуги распространяется возбуждение.

Благодаря работам русских ученых И. М. Сеченова, И. П. Павлова, Н. Е. Вве­денского было установлено, что не существует отдельных центров возбуждения и торможения. В зависимости от функционального состояния клетки, силы и час­тоты действия раздражителя эти процессы могут возникнуть в любой нервной клетке ЦНС или на периферии.

В условиях физиологической нормы работа всех органов и систем согласо­вана, организм реагирует на изменения внешней и внутренней среды как еди­ное целое. Согласование отдельных рефлексов достигается за счет координации в пределах ЦНС возбуждения и торможения. Координация этих нервных процес­сов подчиняется ряду закономерностей: иррадиации, концентрации, индукции и доминанты.

Иррадиация (лат. irradio — испускаю лучи) — распространение процессов возбуждения или торможения с меньшего количества нервных клеток на большее, из одного участка ЦНС в другие. Основой для иррадиации является определенная морфологическая и функциональная структура различных отделов мозга. Входя­щие в состав отдельных нервных центров тела нейронов образуют посредством синапсов сложные ансамбли, поэтому возбуждение распространяется по опреде­ленным путям и в определенной временной последовательности. В результате ир­радиации возбуждения в рефлекторный ответ вовлекаются многие нервные цент­ры, а значит, и многие эффекторы. Так, на умеренное болевое раздражение кожи пальца человек отвечает его сгибанием. Увеличение силы раздражения приводит к отдергиванию всей руки.

Иррадиация возбуждения играет важную роль в деятельности коры больших полушарий головного мозга. Торможение также может распространяться (ирра- диировать) в клетках коры больших полушарий.

Индукция (лат. inductio — наведение, побуждение) — динамическое взаимо­действие возбуждения и торможения, выражающееся в возникновении в нервных клетках процесса, противоположного тому, который был вызван раздражителем изначально. Существует отрицательная индукция — первично вызванный про­цесс возбуждения вызывает (индуцирует) торможение, и положительная индук­ция — первичное торможение в группе нервных клеток индуцирует возбуждение.

Как положительная, так и отрицательная индукция может иметь две формы: одновременную и последовательную. Так, если группа нервных клеток, находя­щаяся в состоянии возбуждения, одновременно наводит торможение на окружа­ющие нервные центры, это одновременная отрицательная индукция. Если при развитии торможения в каком либо участке ЦНС параллельно усиливается воз­буждение в окружающих участках, то это одновременная положительная индук­ция. Пример одновременной отрицательной индукции: сильное раздражение слу­хового центра (резкий звонок) вызывает торможение в других нервных центрах, например, в пищевом, что выражается в прекращении слюноотделения.

При последовательной индукции смена отношений протекает во времени: вы­званное действием раздражителя возбуждение в данной группе нервных клеток через некоторое время сменяется торможением (отрицательная последователь­ная индукция) и наоборот (положительная последовательная индукция).

Явление индукции характерно для всех отделов нервной системы. Оно огра­ничивает иррадиацию нервных процессов и способствует их концентрации.

Концентрация — сосредоточение процессов возбуждения или торможения в определенном участке ЦНС. В определенном смысле этот процесс противополо­жен иррадиации. Именно благодаря процессу концентрации возможны точные, локальные рефлекторные ответы на действие раздражителей.

Степень выраженности и длительность иррадиации и индукции зависят от силы раздражителя, возрастных особенностей ЦНС и других факторов, влияю­щих на силу возбуждения или торможения. Слабые очаги возбуждения и тор­можения не вызывают значительной индукции, что способствует иррадиации. С усилением возбуждения или торможения усиливается индукция, что способст­вует ослаблению иррадиации и развитию концентрации. При очень сильном воз­буждении или торможении вновь возникает иррадиация, проявляясь особенно отчетливо.

Доминанта (лат. dominantio — господство, владычество) — временно гос­подствующий нервный центр, подчиняющий себе деятельность всего рефлектор­ного аппарата и определяющий целесообразное поведение животного и человека. Учение о доминанте было создано А. А. Ухтомским в 1923 г.

Под доминантной А. А. Ухтомский понимал формирование в мозге функци­онального объединения нервных центров, обеспечивающего поведение, которое необходимо для удовлетворения жизненно важной в данное время потребности.

Для доминирующего очага возбуждения характерен ряд особенностей: повы­шенная возбудимость, стойкость, отрицательная индукция, способность к сум­мированию возбуждения и инерция, т. е. способность продолжать реакцию, когда первоначальный стимул уже миновал.

Все эти свойства доминанты можно продемонстрировать на следующем при­мере. Если человек долгое время не ел, он испытывает сильное чувство голода, т. е. формируется пищевая доминанта. В этом состоянии даже слабый запах пищи, или упоминание о ней, вызывает сильное слюноотделение. Поведение человека будет направлено на поиск пищи, а реакции на другие раздражители будут выражены слабо или вообще заторможены. Более того, во время еды действие других раздра­жителей не ослабит, а усилит проявления пищевого поведения: если окликнуть человека, он не оглянется, а начнет быстрее поглощать пищу. Инерция пищевой доминанты проявится в том, что поток нервных импульсов, сигнализирующих о наполнении желудка, какое-то время не будет способен вызвать торможение пищевого центра, что приведет к перееданию.

Человек отличается от животных тем, что наряду с биологическими доминан­тами у него при соответствующем воспитании формируются мощные доминан­ты, связанные с удовлетворением социальных потребностей. Данные доминанты могут подчинять себе поведение человека на протяжении месяцев, лет, а иногда и всей жизни. Например, студент, готовясь к важному для него экзамену, может долгое время не реагировать на целый ряд как внешних, так и внутренних раздра­жителей.

От умения родителей и педагогов использовать уже имеющиеся у ребенка до­минанты и создавать на их основе новые во многом зависит эффективность обу­чения и воспитания.