О работе мозга

О работе мозга

О, смертной мысли водомет,

Тебя стремит, тебя мятет?

Ф. И. Тютчев

Большой вклад в понимание особенностей процессов, определяющих психическую деятельность животных и человека, внесли нейрофизиологические исследования. Одним из значительных достижений в послепавловский период развития является разработка идеи о функциональной системе. Прообразом ее у И. П. Павлова можно считать понятие об анализаторе, объединяющем различные нервные структуры на основе участия в обеспечении определенной функции. Так, к зрительному анализатору относятся рецепторы сетчатой оболочки глаз, зрительная зона коры больших полушарий, соединяющие их нейронные пути. В рецепторах происходит трансформация различных видов энергии (в нашем примере - энергии света) в нервный импульс; по нейронным связям нервный импульс достигает "коркового конца" анализатора, обеспечивая при этом ощущение падающего на сетчатку света.

Принцип системности строения и функции мозга был сформулирован академиком П. К. Анохиным, одним из ведущих учеников и последователей Павлова. По его определению, функциональная система - это динамическая, саморегулирующаяся организация, все основные компоненты которой, находясь во взаимодействии, способствуют достижению для системы и организма в целом приспособительных результатов. Такими результатами Анохин признавал: 1) поддержание гомеостаза, то есть относительного постоянства внутренней среды организма - необходимого условия его существования и жизнедеятельности; 2) поведенческие формы, удовлетворяющие биологические потребности организма; 3) зоосоциальную деятельность животных и социальную деятельность человека. При этом указанные результаты (цели), к осуществлению которых организм стремится осознанно или подсознательно, выступают в роли ведущих системообразующих факторов. Если деятельность функциональной системы дает результат, не совпадающий с желаемым, происходит коррекция, в процессе ее в систему могут включаться дополнительные структуры или же возникают изменения в работе уже составляющих ее образований. Следствием этого должно быть достижение цели или, по крайней мере, приближение к ней.

Изложенное выше указывает на целенаправленность деятельности как животных, так и человека. Такое утверждение, казалось бы, вступает в некоторое противоречие с положениями рефлекторной теории. Да, оно не совпадает с представлениями сторонников вульгарного материализма о рефлекторной деятельности, но вовсе не противоречит учению Павлова, еще в 1916 году писавшего: "Вся наша жизнь, все ее улучшения, вся ее культура делается рефлексом цели, делается только людьми, стремящимися к той или другой поставленной ими себе в Жизни цели... Наоборот, жизнь перестает привязывать к себе, как только исчезает цель..." Как бы развивая эту мысль, П. К. Анохин говорит: "Вся наша жизнь состоит 113 непрерывной цепи формирующихся целей и их достижений. Такие цели могут быть большими и малыми, а иногда и просто пустяковыми, однако, только поставив перед собой такую цель, человек может в дальнейшем формировать гармоничное, а не хаотическое поведение. Сомнительно, что вообще можно было представить себе какой-либо поведенческий акт человека или других высших животных, который мог бы реализоваться без предварительного формирования самой цели или намерения к свершению данного действия..."

Примером простейшей цели, которая организует деятельность обеспечивающей ее достижение функциональной системы, может быть удовлетворение потребности в пище - реакция организма на дефицит в крови и других тканях продуктов питания, необходимых для поддержания нормальных обменных процессов. Возникающее чувство голода вызывает мотивацию (о ней речь пойдет ниже) к насыщению, побуждающую к поиску пищи. При этом срабатывает целый ряд физиологических механизмов, составляющих в данном случае единую функциональную систему. Так, если речь идет о голодном льве, то для него добывание пищи сопряжено с охотой, представляющей собой сложную поведенческую реакцию. Успех ее обеспечивают и правильный выбор места, и информация, полученная за счет зрения, обоняния и слуха, и своевременность начала погони, и оптимальное распределение сил, дающее возможность догнать жертву. Но вот хищник поймал, скажем, антилопу и насытился. После этого вся система, призванная обеспечить утоление голода, "распадается" на фрагменты. Лев уже не ищет добычу, а спокойно наблюдает, как насыщаются остатками охотничьего трофея его сородичи. Мышцы его при этом расслаблены, и некоторое напряжение требуется лишь для помахивания хвостом, дабы отогнать назойливых насекомых. Программа действий, направленных к достижению этой цели, весьма проста, и так же проста обеспечивающая ее функциональная система.

Однако и программа, и осуществляющая ее выполнение функциональная система - необходимые факторы любого целенаправленного акта, независимо от его сложности. А чтобы производить контроль за эффективностью его действия, в каждую функциональную систему включается звено, проводящее постоянный поток информации о том, как данное действие производится. Это обеспечивает коррекцию выполняемого акта, а следовательно, его целенаправленность и результативность. Таким образом, функциональная система является, как правило, еще и системой саморегулирующейся.

Все это ведет к тому, что представление о трехзвеньевой декартовской рефлекторной дуге (звенья чувствительное и двигательное плюс зона переключения нервных импульсов с чувствительного колена рефлекторной дуги па двигательное) нуждается в пересмотре, ибо к ней следует добавить четвертое звено, обеспечивающее так называемую обратную связь, - чувствительный путь от рецепторов мышц, суставов, сухожилий и т. д. к контролирующим выполнение действия структурам мозга.

В результате, если рассматривать с этих позиций целенаправленный, обусловленный внутренними мотивами, или простой рефлекторный двигательный акт (в нашем примере со львом целенаправленными являются оба акта: и утоление голода, и помахивание хвостом, хотя собственно рефлекторным, пожалуй, можно назвать только второй), то обеспечивающая его система имеет на схеме уже не форму рефлекторной дуги, а выглядит как замкнутое кольцо. Представление о том, что целенаправленный акт выполняется замкнутой функциональной системой, организованной по типу не дуги, а кольца, является одним из достижений современной нейрофизиологии. (Н. А. Бернштейн, П. К. Анохин и др.)

По схеме Анохина, осуществлению под влиянием потребности действия предшествует так называемая стадия афферентного синтеза. Ее формируют причины, побуждающие к возникновению цели (недостаток сахара в крови, появление в поле зрения опасного хищника и т. п.). При этом поступающие в мозг по системе афферентного синтеза сигналы ведут прежде всего к возникновению мотивации.

Мотивация - комплекс возбуждений, который "роковым образом" толкает животное или человека к действиям, способным удовлетворить потребность. Учение о мотивации является еще одним значительным достижением современной нейрофизиологии. Разработка его ведется в Институте физиологии им. П. К. Анохина одним из его Учеников - К. В. Судаковым.

Судаков установил, что мотивация - неизбежное явление в работе любой функциональной системы с внешним звеном саморегуляции. На ее основании "оживляются" Механизмы памяти, и человек или животное в соответствии со своим опытом совершают целенаправленные действия. Таким образом, мотивация является как бы частью любой функциональной системы. Она возникает всякий раз, когда тот или иной приспособительный эффект функциональной системы изменяется и не может быть восстановлен только внутренними резервами организма. Наличие мотиваций в составе функциональной системы обеспечивает целенаправленность поведенческих реакций, которые появляются под влиянием исходной потребности. Когда результат достигнут, "распадается" функциональная система и "исчезает" мотивация, входившая в ее состав.

Если организм испытывает сразу несколько потребностей, то поведение определяется доминантной, то есть наиболее сильной из них (А. А. Ухтомский).

Мотивация, возникающая под влиянием сигнализации о потребности, и обусловливает решение о действии, формирование его плана, то есть вычленение из многих степеней свободы определенных форм поведения, которые вероятнее всего могут обеспечить осуществление цели. На этой же стадии на основании врожденных инстинктов и индивидуального опыта программируется и ожидаемый результат еще не свершенного действия - явление, названное П. К. Анохиным акцептором действия.

Это учение - еще одна заслуга физиологической школы П. К. Анохина. Оно объясняет, как на основе непрерывного сравнения информации о производимых движениях с акцептором (ожидаемым результатом) действия строится целенаправленное поведение. Результат же любой деятельности оценивается по степени удовлетворения исходной потребности. Когда эффект двигательных актов не совпадает с запрограммированным, совершается коррекция поведенческих реакций, другими словами, оптимизация действий, обеспечивающих достижение цели.

Оценка результатов сопровождается изменением эмоционального состояния. Если потребности сопутствуют эмоции отрицательного знака, то удовлетворение ее ведет к смене отрицательных эмоций положительными. Выраженность эмоций обычно прямо пропорциональна силе потребности и дефициту информации о путях ее удовлетворения. Эта формула была разработана П. В. Симоновым. Она схематична, но ведь и все физиологические представления, рассмотренные в этой главе, не что иное, как схемы. Однако они нужны, так как позволяют создать представление о принципах физиологических актов, определяющих психические процессы и сопряженные с ними целенаправленные двигательные акты.

Надо сказать, что эти схемы многократно апробированы в эксперименте, а также в житейской практике и в основном себя оправдывают. Элементарный пример. У вас возникла потребность приобрести редкую книгу. Она обусловливает формирование мотивации, которой определяется план действий - их целью является покупка книги. Трудности, возникающие на пути выполнения этого плана, вызывают отрицательные эмоции - чувство досады, огорчение, обиду, неудовлетворенность. Но вот вы их преодолели, и желанная книга в руках. Это - радость, и она тем сильнее, чем большим было желание, чем значительнее трудности. Когда книга стала вашей собственностью, эффект действия совпал с запрограммированным результатом, с акцептором действия, по Анохину. Наличие положительных эмоций знаменует успех выполнения задуманной программы. После этого функциональная система, обеспечивающая ее выполнение, "рассыпается". Возникают другие потребности, мотивации, формируются новые функциональные системы.

Естественно, что пока вы искали книгу, у вас возникало множество других потребностей; среди них были и более важные, первоочередные, и каждая удовлетворялась опять-таки через посредство возникающей для этого функциональной системы. В результате можно себе представить, что наша повседневная деятельность сводится к удовлетворению разнообразных потребностей, и если им сопутствует формирование кольцевой функциональной системы, то работу мозга и всей нервной системы в любой момент можно представить в виде массы переплетающихся больших и малых колец, каждое из которых символизирует одну из функциональных систем, обеспечивающих достижение определенной цели.

Но не всегда, по-видимому, выполнение действия сопряжено с формированием кольцевой функциональной системы. Американский исследователь Г. Ниссен обратил внимание на то, что если сытому, греющемуся на солнышке псу поднести к носу вкусную еду, то он начнет есть, хотя ранее и не испытывал потребности в еде. Ученый объясняет это появлением в пределах сферы внимания животного "направляющего фактора" внешней среды, который и выступает в качестве сигнала к приему пищи. Увидел и захотел! Не правда ли, знакомая ситуация? Видимо, влиянием "направляющих факторов" можно объяснить нередко встречающееся переедание, тенденцию к приобретению в общем-то ненужных вещей и т. и...

"Жизнь коротка - искусство вечно", - так говорили в древнем Риме. И это верно, как верно и то, что жизнь одного человека, даже прожившего 87 лет. И. П. Павлова, коротка по сравнению с вечностью науки. Павлов всю жизнь стремился продвинуться как можно дальше по намеченному пути, извлечь как можно больше полезной информации из экспериментов, в основе которых лежал метод выработки условных рефлексов, как можно больше познать. В процессе работы в сознании ученого возникали идеи, выходящие за рамки жестко запрограммированного им круга интересов. Он понимал, что эти идеи подчас интересны и перспективны, но они "побочны" в его главном занятии, и он сознательно избегал увлечения ими, избегал, как говорят психологи, соскальзывания на побочные ассоциации.

Одна из таких идей выражена в докладе Павлова следующими словами: "Главный источник для деятельности коры идет из подкорки. Если исключить эти эмоции, то кора лишается главного источника силы". Это было блестящим предвидением, которое в дальнейшем нашло развитие в трудах П. К. Анохппа, Г. Мегуна (США), Д. Моруцци (Италия) и других исследователей.

В опубликованной в 1949 году работе Мегуна и Моруцци было убедительно показано, что раздражение электрическим током центрально расположенных структур мозгового ствола, так называемой ретикулярной (сетевидной) формации, функция которой ранее была неизвестной, может обусловить изменение степени активности (тонуса) коры больших полушарий. При этом, воздействуя на разные зоны ретикулярной формации, можно вызвать снижение или повышение тонуса коры. Это обстоятельство указывало на зависимость функционального ее состояния от импульсации, идущей из глубинно расположенных структур мозга, и позволило рассматривать ретикулярную формацию и некоторые другие примыкающие к ней отделы мозговой ткани как своего рода энергетический блок ("блок питания") для коры больших полушарий.

Позже было выяснено, что "подзарядка" самой ретикулярной формации обеспечивается за счет коллатералей (ответвлений) от проходящих через ствол мозга проводящих путей, а также связей ретикулярной формации с расположенными в самом мозгу клеточными скоплениями - ядрами. Большинство этих связей, а также связи ретикулярной формации с корой больших полушарий оказались обоюдными (туда и обратно). Наличие обратных связей обеспечивает возможность взаимного влияния подкорковых структур и коры больших полушарий. В результате, не только подкорковые структуры обуславливают физиологические возможности коры, но и состояние коры определенным образом влияет на характер исходящей из подкорки нервной импульсации. В итоге мы вновь столкнулись с еще одним важным принципом деятельности нервной системы - принципом обратной связи. При этом давайте обратим внимание на то, что если, как писал П. К. Анохин, "активирующее влияние ретикулярной формации на кору мозга служит необходимым условием всякого рода ассоциативных процессов в коре, а влияния коры столь же необходимы для координации процессов в ретикулярной формации и в других подкорковых образованиях, то станет совершенно очевидной искусственность деления функций мозга на чисто корковые и чисто подкорковые".

Исследования Мегуна и Моруцци послужили толчком к разработке проблем, связанных с физиологией подкорковых структур и их влиянием на состояние психических процессов. Этому же способствовало внедрение в широкую экспериментальную, а затем и клиническую практику метода введения в глубины мозга стеклянных трубочек или металлических электродов, что давало возможность раздражать или разрушать определенные клеточные структуры и даже отдельные нервные клетки.

Одним из первых применил этот метод в эксперименте (1932) швейцарский нейрофизиолог В. Гесс. Раздражая таким образом у бодрствующей кошки верхние отделы мозгового ствола и так называемый гипоталамус - нижнюю часть промежуточного, или межуточного, мозга, расположенного между большими полушариями, он обратил внимание на то, что кошка вдруг повела себя так, "словно на нее готова броситься собаку". В протоколе эксперимента было записано: "Животное брызжет слюной, фыркает, ворчит. При этом шерсть у него на спине встает дыбом, хвост - трубой. Зрачки расширяются, иногда максимально, уши прижимаются или двигаются взад-вперед, точно оно хочет напугать несуществующего врага". У Гесса возникла мысль, что глубинные структуры

мозга имеют отношение к эмоциональной сфере животного. Однако некоторые коллеги резонно возражали ему, высказывая другое предположение: "искусственно" вызванные у животного двигательные и вегетативные реакции характеризуют появление не истинных, а "мнимых" эмоциональных реакций.

Позже подобные опыты были многократно повторены и техника их усовершенствована. При этом большое значение имело создание так называемых стереотаксических аппаратов, позволяющих вводить электроды точно в заданные участки мозга, а также разработка методов "вживления" электродов в ткань мозга. Последние дали возможность осуществить эксперимент не в условиях "острого опыта", а после заживления операционной раны, и таким образом избежать "наложения" многих побочных реакций на результаты исследования.

Эти усовершенствования позволили в 1953 году американским исследователям Дж. Олдсу и Р. Милнеру провести ставшие широко известными опыты с применением вживленных электродов. Нажатием лапой на педаль крысы могли замыкать электрическую цепь, раздражая таким образом определенные глубинные структуры своего мозга. Оказалось, что животные вели себя по-разному в зависимости от того, в какой участок мозговой ткани были погружены электроды. В одних случаях, замкнув однажды цепь, они держались подальше от педали, в других же - повторяли нажатие, иногда по нескольку тысяч раз в день, не обращая при этом внимания на предлагаемую пищу и доводя себя буквально до изнеможения.

Эти эксперименты, а позднее опыты на обезьянах и быках американского ученого Х. Дельгадо, в которых раздражение глубинных структур осуществлялось с помощью дистанционного управления, позволили получить убедительные данные в пользу того, что некоторые структуры мозга, входящие в состав так называемого лимбико-ретикулярного комплекса, на самом деле определяют эмоциональное состояние, а в связи с этим и характер поведенческих реакций животных.

Дальнейшее совершенствование стереотаксической техники позволило вводить электроды и в мозг человека. Такие операции производятся сейчас во многих нейрохирургических учреждениях с диагностической и лечебной целью. При некоторых заболеваниях мозга это помогает выявить место и характер патологического очага.

Если же временное выключение функции определенной его зоны улучшает состояние больного, то иногда бывает целесообразно разрушить строго ограниченный участок мозга В некоторых случаях лечебный эффект может быть достигнут благодаря раздражению глубинно расположенных мозговых структур слабым электрическим током. В процессе таких операций у людей наблюдаются самые разнообразные изменения в эмоциональном состоянии: от беспричинной радости до беспредметной тоски и безотчетного страха. У некоторых же больных возникали настолько приятные эмоции, что они стремились получить повторные электрические воздействия. (Н. П. Бехтерева, В. М. Смирнов и др.).

Итак, эмоциональное состояние зависит от деятельности некоторых глубинных отделов мозга. Вместе с тем широко известно, что эмоции влияют на многие другие функции организма и, в частности, несомненно, сказываются на характере мыслительных процессов. В. И. Ленин говорил, что "без человеческих эмоций никогда не бывало, нет и быть не может человеческого искания истины". А если эмоции влияют на мышление, то они влияют и на поступки, на характер поведенческих реакций. При этом в состоянии сильного эмоционального возбуждения, то есть в состоянии аффекта, человек может совершать и необдуманные поступки, действовать лишь сообразно с "овладевшими" им эмоциями.

Возможность искусственно, в том числе путем воздействия на определенные мозговые структуры через вживленные электроды, влиять на состояние эмоциональной сферы, а также известная зависимость от эмоций мышления и поведения людей побудили некоторых ученых, писателей, общественных деятелей с осторожностью смотреть на эксперименты с вживленными электродами. Возникает опасение, что наука нащупывает пути возможного воздействия, с помощью технических средств, воли одних людей на эмоции, мысли и действия других. Это, видимо, в принципе возможно, так как "уже сейчас, - пишет Дельгадо, - мы можем путем прямого электрического раздражения мозга искусственно вызывать множество различных реакций, начиная от движений и кончая эмоциями и мыслями".

Метод вживления электродов позволяет не только влиять на деятельность мозга, но и регистрировать обусловленные функцией отдельных участков мозговой ткани биотоки, которые после усиления фиксируются в виде графических изображений на бумаге - электроэнцефалограмм. Последние с помощью счетно-вычислительных машин подвергаются анализу и служат основанием для определения характера происходящих в мозгу физиологических процессов. Сейчас уже получена возможность выявлять специфику электроэнцефалограмм при некоторых видах работы мозга, например при восприятии контуров предмета, запахов, при выполнении двигательных актов и т. д.; ведутся также исследования, направленные на определение электрических эквивалентов различных видов высшей психической деятельности. Это в перспективе сделает возможным не только обеспечивать направленность функций мозговых структур, но параллельно и контролировать (опять принцип обратной связи!) результативность оказываемых влияний.

Увлечение данными о высокой функциональной значимости глубинно расположенных мозговых структур для психической деятельности не обошлось без курьезов. Так, крупный канадский нейрохирург У. Пенфилд выдвинул мнение о том, что срединные структуры мозга на уровне верхних отделов мозгового ствола и межуточного мозга составляют так называемую центрэнцефалическую систему, которой им приписывалась ведущая роль в интеграции деятельности коры больших полушарий. Как считал одно время Пенфилд, именно центрэнцефалическая система организует всю работу мозга. И если, к примеру, человек должен осуществить какое-то действие, то эта система направляет импульсы к тем областям коры, в которых хранятся инструкции для нужной в данный момент формы поведения. Прекращение потребности в действии сопровождается прерыванием потока импульсов из центрэнцефалической системы в кору. Таким образом, все осмысленные поведенческие реакции, а также сложные интеллектуальные процессы, включая планирование действий, оказываются в зависимости от функции прежде всего небольшой территории мозга, да к тому же еще и состоящей из слабо дифференцированных нейронов, обеспечивающих конвергенцию потока нервных импульсов.

Теория Пенфилда о центрэнцефалической системе не получила подтверждения и в настоящее время уже может рассматриваться как одно из заблуждений, ставших достоянием истории нейрофизиологии.

Однако исследования влияния глубинно расположенных структур лимбико-ретикулярного комплекса на состояние психических функций оказались весьма продуктивными и обогатили науку и медицинскую практику. В разработке этой проблемы приняли активное участие многие советские ученые, и среди них Н. И. Гращенков, Л. П. Латаш, А. М. Вейн, Э. И. Кандель, И. Н. Дьяконова и большой коллектив сотрудников Института экспериментальной медицины АМН СССР во главе с Н. П. Бехтеревой. Исследования физиологии глубинно расположенных отделов мозга многое дали для разработки проблем сознания, сна и бодрствования, активности психических процессов, лежащих в основе интеллектуальной деятельности, в основе разума. Глубинные структуры играют важную роль и в проведении чувствительных импульсов, направляющихся из рецепторных аппаратов на периферии к коре больших полушарий. Роли чувствительности в формировании высших психических функций мы и посвятим следующую главу.