Тема 1. Введение в физиологию ВНД

1. История исследования высших функций мозга тесно связана с изучением психической деятельности, начало которого относится к временам глубокой древности, со времен античных мыслителей и философов (от греч.psychics).

Первые обобщения, касающиеся сущности психики можно найти в трудах древнегреческих и древнеримских ученых (Фалес, Гераклит, Демокрит, Платон, Аристотель, Гален и др.). Среди них были материалисты, считавшие, что психика возникла из естественных начал (воды, огня, земли, воздуха) и идеалисты, выводившие психические явления из нематериальных субстанций (души).

Материалисты Гераклит и Демокрит считали, что душа и тело едины, и между душой человека и животных нет разницы. Древнегреческий философ Демокрит (430-370 гг. до н.э.) полагал, что ощущение и мышление являются результатом воздействия на организм атомов, отрывающихся от поверхности предметов, эти атомы проникают в мозг, образуя копии предметов, что и порождает душевную (психическую деятельность).

Идеалисты Сократ и Платон рассматривали душу как явление, не связанное с телом и имеющее божественное происхождение. Древнегреческий философ Платон (427-347 гг. до н.э.) считал, что у человека имеется душа божественного происхождения. Она двойственна: состоит из смертной и бессмертной части. Человек наделен обоими видами душ, а животные - только смертной.

На протяжении многих веков между представителями этих двух направлений в философии велась непримиримая идеологическая борьба, которая продолжается и в настоящее время.

Первые экспериментальные исследования на животных связаны с именем римского врача Галена (129-201 гг. н.э.), по мнению которого душевная деятельность осуществляется мозгом и является его функцией. Он наблюдал поведение животных после перерезки нервов, идущих от органов чувств и описал некоторые мозговые центры, управляющие движением конечностей, мимикой лица, жеванием, глотанием. Он первым выдвинул предположение о врожденных и приобретенных формах поведения, о произвольных и непроизвольных мышечных реакциях.

Рене Декарт (1596-1650 гг.) обосновал рефлекторные механизмы взаимодействия организма и среды. Он открыл рефлекторный механизм простых двигательных актов, считал, что двигательные реакции возникают в ответ на внешнее воздействие.

Французский мыслитель Ф. Кювье (1769-1832 гг.) впервые стал рассматривать поведение как видовой признак, связанный с развитием мозга. Он считал, что определенным видам животных свойственны определенные формы инстинктивного поведения, и эта деятельность является врожденной. Он пришел к выводу, что с развитием мозга значение индивидуального опыта, обучения в жизни животных возрастает.

В начале XIX в. Чешский анатом, физиолог и врач И. Прохазка (1749-1820 гг.) изучал физиологические механизмы ВНД. Он ввел в науку термин «рефлекс» (от лат рефлекс - отраженный) и впервые дал классическое описание рефлекторной дуги. Но его прогрессивные взгляды, не подкрепленные экспериментальными исследованиями, не получили широкого распространения и признания.

Начиная с середины XIX века из философии выделилась психология как самостоятельная наука. Пользуясь физиологическими, физическими, математическими и другими методиками, экспериментальная психология стала интенсивно изучать психические проблемы восприятия, ощущения, памяти, эмоций, произвольных движений и т.д. Был накоплен большой экспериментальный материал о деятельности головного мозга. Однако, взгляд на психику как на особое явление, не имеющего ничего общего с физиологическими процессами, привел к тому, что полученные факты стали объясняться с субъективистских позиций.

По своему происхождению и на всех ступенях своего развития идеализм тесно связан с религией, является выражением религиозного мировоззрения, и в последующие этапы служил, как правило, философским оправданием и обоснованием веры. Естествознание по своей природе стоит на позиции естественнонаучного материализма.

Конец XIX века - появление нового направления - бихевиоризма. Один из основоположников Э. Торндайк (1874-1949 гг.) изучал поведение животных объективным путем. Животное помещалось в ящик и могло выйти из него к пище или на свободу, научившись открывать дверцу. Торндайк сформулировал 3 главные законы обучения -пользы, эффекта и упражнения. Суть - полезные движения животных в силу связи их с приятным чувством закрепляется, а вредные, вызывающие неправильные чувства, исчезают. Полезные действия становятся тем прочнее, чем больше организм в них упражняется. Торндайк обратил внимание на ассоциацию между стимулом и реакцией организма как основу поведения животного.

В 1862г. И.М. Сеченов написал книгу «Попытки ввести физиологические основы в психические процессы», которая после незначительной переделки была издана в 1863 г. Под названием «Рефлексы головного мозга».

XX в. - новое учение - необихевиоризм широко стало пользоваться достижениями нейрофизиологии, физики, химии, математики и их методами при объяснении результатов своих экспериментов. Недостаток учения: связь стимула и реакции понималась не как результат причинно-следственной зависимости, а как корреляционное отношение.

Иной подход к изучению психических явлений предлагало направление гештальтпсихологии (главным образом немецкие ученые К. Коффка (1886-1941 гг.), К. Левин (1890-1947 гг.) и др.). Основная идея: восприятие всегда целостно, и в связи с этим обучение должно рассматриваться не как образование ассоциаций между стимулом и реакцией, а как некоторая «реорганизация перцептивной деятельности» (перцепция -восприятие). Однако гештальтисты, также как и бихевиористы не пытались связать свои представления с конкретными механизмами мозговой деятельности.

Первые научные познания физиологических механизмов ВНД связаны с именем И.П. Павлова, которому наука обязана всесторонними исследованиями физиологии головного мозга и созданием материалистического учения о ВНД.

2. Первой предпосылкой возникновения учения о физиологии ВНД являются исследования русских мыслителей, которые поднимали вопрос о всестороннем изучении человека (Радищев, Добролюбов. Белинский).

Второй предпосылкой возникновения учения о физиологии ВНД следует считать научную деятельность русского клинициста С.П. Боткина (1832-1889 гг.) заложившего начало научного направления о решающей роли нервной системы в регуляции абсолютно всех функций организма.

Третья предпосылка - появление работы И.М. Сеченова (1863г.) «рефлексы головного мозга». В ней выдвигает гипотезу о рефлекторной природе всех без исключения психических процессов человека, и показал, что их материальным субстрактом являются нервные процессы, происходящие в головном мозге. Таким образом, этой книге И.М. Сеченов изложил основы современной рефлекторной теории, выдвинув два основных положения:

1.Все формы нервной деятельности, в том числе и психической, являются рефлекторными.

2. Любая рефлекторная деятельность детерминирована, возникает под действием материальной среды.

Сеченов впервые в истории естествознания высказал мысль о том, что сознание представляет собой лишь отражение реальной действительности, и познание окружающей человека среды возможно лишь при помощи чувств, продукты которых являются первоначальным источником всей психической деятельности. Сеченов писал, что все акты сознательной и бессознательной жизни по своему происхождению есть рефлексы. Непосредственным началом рефлекса является чувственное возбуждение, вызываемое извне, а концом - движение.

С деятельностью больших полушарий головного мозга И.М. Сеченов связывал 4 категории: инстинкты (внутреннее побуждение), осмысленное чувствование, осмысленное движение и согласование двух последних в осмысленное действие (поведение). Он открыл один из функциональных механизмов деятельности мозга - центральное торможение, механизм, необходимый для точной координации движений.

Развивая идеи Сеченова, И.П. Павлов открыл совершенно особый класс проявлений работы головного мозга - условные рефлексы. Именно в этих рефлексах закрепляется и реализуется индивидуальный опыт высших животных существ от элементарных поведенческих актов до грандиозной системы специально человеческих речевых сигналов. Павловское учение подняло рефлекторную теорию на качественно новую ступень.

В результате изучения ВИД, И.П. Павловым были сформулированы три основных принципа рефлекторной три основных принципа современной рефлекторной теории:

1. Принцип детерминизма, материальной причинности всех процессов, протекающих в нервной системе.

2. Принцип структурности: все процессы, происходящие в нервной системе, должны быть приурочены к определенной, конкретной структуре.

3.Принцип анализа и синтеза: центральная нервная система (ЦНС) является не простым «мозговым экраном», на котором отражаются нервные импульсы, идущие от рецепторов нашего организма, в ней происходит анализ и синтез поступающих раздражений, анализ и синтез ответной деятельности организма на эти раздражения. Информация, поступающая от рецепторов, анализируется, т. е. разлагается на составные части, а за тем синтезируется (интегрируется) в единое целостное представление. Анализ и синтез в ЦНС протекают одновременно. На основании синтезированных целостных представлениях формируется ответна реакция. Для ее существования необходимо} согласованная деятельность множества органов, каждый из которых может выполнять только узкоспециализированную функцию. Поэтому необходим анализ функционального состояния всех органов и систем организма и синтез такой ответной реакции, которая соответствовала бы окружающей обстановке, внутреннему состоянию органов и систем организма и его потребностям в данный момент. Считается, что нервная деятельность животного может быть представлена в виде работы двух механизмов, в виде условных рефлексов механизма замыкания, и в виде механизмов анализаторов.

3. Предметом физиологии ВНД является закономерности и функциональные механизмы мозга, особенно его высших отделов - больших полушарий, обеспечивающих наиболее оптимальное взаимодействие организма с окружающей средой. При этом физиологов интересует наиболее оптимальное взаимодействие организма функционирование мозга на всех его структурных уровнях: от целостных наиболее сложных реакций до уровня отдельных нейронов и субклеточных образований. Физиология ВНД детей и подростков изучает развитие и формирование указанных выше функциональных механизмов мозга в процессе онтогенеза.

Павлов различал высшую нервную деятельность и низшую нервную деятельность. ННД - это совокупность нейрофизиологических процессов, обеспечивающих осуществление безусловных процессов и инстинктов. Инстинкты - это врожденная форма поведения, строго постоянная и специфическая для каждого вида форма приспособительного поведения, побуждаемая основными биологическими потребностями организма и специфическими раздражителями внешней среды. Термин «ВНД» Павлов предложил использовать вместо термина «психическая деятельность». Эти два понятия неравнозначны.

ВНД человека - это совокупность нейрофизиологических процессов, обеспечивающих сознание, подсознательную переработку и приспособительное повеление организма в окружающей среде. Психическая деятельность - это любая осознаваемая деятельность мозга. Она может сопровождаться и не сопровождаться физической работой. Она является составной частью ВНД. ВНД же может протекать как осознанно, так и подсознательно.

4. Методами изучения физиологии ВНД являются:

1. Метод условных рефлексов в сочетании с различными дополнительными исследованиями и воздействиями.

2. Электроэнцефалография - регистрация суммарной электрической активности мозга с поверхности головы.

3. Метод вызванных потенциалов (ВП) - это регистрация колебания электрической активности, возникающая на ЭЭГ при однократном раздражении периферических рецепторов (зрительных, слуховых, тактильных), афферентных путей, центров переключения афферентной импульсации, поступающей в кору большого мозга. Амплитуда их обычно невелика, сопоставима с волнами ЭЭГ, поэтому для эффективного выделения ВП применяется прием компьютерного суммирования и усреднения участков ЭЭГ (10-50), следующих до и после раздражающего стимула. В процессе усреднения случайные колебания ЭЭГ трансформируются в изолинию, на фоне которых отчетливо проявляются закономерные колебания ВП.

4. Микроэлектродный метод основан на подведении к одиночным нейронам микроэлектродов. Чаще всего их изготавливают в виде стеклянных микропипеток, которые перед опытом заполняют электролитом. Метод позволяет изучать активность одиночных нейронов ЦНС. С помощью микроэлектродов вводимых внутрь нервных клеток, можно измерить мембранный потенциал покоя, регистрировать постсинаптические потенциалы - возбуждающие и тормозные, а также потенциалы действия.

5. методы молекулярной биологии направлены на изучение роли молекул ДНК, РНК и др. биологически активных веществ в образовании условных рефлексов.

6. Метод холодового выключения структур головного мозга, позволяющий визуализировать пространственно-временную мозаику электрических процессов мозга при образовании условных рефлексов в разных состояниях.

7.Стереотаксический метод дает возможность с помощью устройства управляемого перемещением электродов во фронтальном, сагиттальном и вертикальном направлении (например, стереотаксический прибор) ввести электрод (например, микропипетку) в различные подкорковые структуры головного мозга по стереотаксическим координатам, подготовить животное для хронического эксперимента. Координаты этих структур приводятся в специальных стереотаксических атласах. Через введенные электроды можно регистрировать биоэлектрическую активность соответствующей структуры, раздражать или разрушать ее, вводить различные химические вещества. После выздоровления животного применяют метод условных рефлексов.

8.Метод перерезки и выключения различных участков ЦНС выполняется механическим, электролитическим путем, использованием замораживания, ультразвуковых, рентгеновских лучей. Применяя электрошок или вводя снотворные вещества, можно обратимо видоизменять активность мозга в целом и наблюдать за изменением условно-рефлекторного поведения.

Успехи физиологии ВИД оказали широкое влияние на развитие наук о мозге и поведении. В последние годы в мировой науке отчетливо выражена тенденция к интеграции сведений, полученных в смежных отраслях знания и созданию на этой почве системы нейронаук. Т.о., Физиология ВИД оказалась тесно связанной с нейрофизиологией, нейропсихологией, сравнительной психологией, психофизиологией, генетикой поведения и другими областями знаний, составляющих систему нейронаук.

Для педагога, психолога, социального работника знание основных закономерностей физиологии ВИД имеет большое практическое значение. Рскрывая физиологические механизмы образования и протекания рефлекторных реакций человека -элементарную основу накопления новых знаний и навыков, - этот раздел физиологии дает возможность представить физиологические основы обучения и воспитания ребенка.