Free Student HQ / FSHQ / "Штаб-Квартира свободного Студента"

Тайны мозга / Дуга замкнулась

Зту мысль подтвердила собака. Обыкновенная подопытная дворняга, на которой в 1933 году в Горьковском медицинском институте профессор Анохин изучал механизмы образования условных рефлексов.

Собаку кормили по звонку. Звонок — порция сухарей, звонок — еще порция сухарей. Потом звонок — и никаких сухарей. Но животное, как и в прежние разы, идет к кормушке, на ходу глотая слюнки. Условный рефлекс на звонок выработался.

Два года поддерживали у собаки этот рефлекс, подкрепляя его порцией сухарей. А на третий год однажды вместо них положили в кормушку мясо.

Звонок — собака идет к кормушке, наклоняется над едой и... отворачиваясь, тревожно поднимает голову. И это вместо того, чтобы наброситься на лакомый кусочек мяса! С точки зрения классического представления о рефлексе тут было все: звонок, выделение слюны, движение к кормушке; но акт еды не наступил сразу. Вместо него у собаки возник ориентировочный — исследовательский рефлекс — она как бы спрашивала: «Что такое?».

Очевидно, вид и запах мяса не соответствовали тем ожиданиям, которые вот уже два года как сформировались в ответ на звонок в мозгу животного. Ожидания были адресованы сухарям, а не мясу.

Но как собака «узнала», что полученное от вида мяса раздражение не соответствует тому, которое было заготовлено для сухарей? Как назвать это «нечто», строго следящее за точностью приспособительных реакций к внешней среде? Анохин назвал его «акцептором действия». Правильнее, как говорит Анохин, было бы назвать его «акцептором афферентных результатов совершенного рефлекторного действия», но он остановился на сокращенном выражении «акцептор действия»: латинское слово «акцептаре» означает принимать, одобрять, а выражение «акцептор действия» — принимающий, одобряющий действие. Многочисленные исследования Анохина и его сотрудников привели к выводу: этот, пока еще достаточно таинственный аппарат мозга всякий раз настраивается на результат данного действия; настройка происходит одновременно с переработкой в коре головного мозга чувствительных раздражений в двигательную реакцию и до совершения самого движения. Настройка основана на всем предыдущем опыте организма.

А как же в тех случаях, когда оцыта еще нет? Скажем, вы впервые берете в руки кокосовый орех. По вашему предположению, по ассоциации с другими предметами такого же вида и объема, орех должен быть достаточно тяжелым. Вы напрягаете мышцы и — сейчас же роняете его. Ваше усилие не соответствовало весу ореха: он оказался легче, чем вы ожидали. Но во второй раз вы уже напряжете мышцы ровно настолько, насколько это требуется: в акцепторе действия после первого опыта запечатлелся весь комплекс ощущений, связанных с поднятием кокосового ореха. Аппарат настроился, и эта настройка останется навсегда, пока будут сохранены свойства предмета.

Но тут возникает другой резонный вопрос: какими путями в акцептор действия приходит «обратное извещение» о характере и степени полезности того движения, которое вы совершили — короче, о результатах совершенного действия? В классической рефлекторной дуге нет места для такой оценки. Она ведь состоит только из трех звеньев: восприятия внешнего раздражения, переработки или синтеза его в центральной нервной системе и ответной двигательной реакции на это раздражение.

Вы увидели лежащее на столе яблоко — раздражение через зрительный нерв поступило в мозг; здесь произошла переработка полученных от яблока раздражений и двигательному нерву руки был дан сигнал: взять яблоко. Яблоко взято и этим окончился рефлекс. В этих трех звеньях рефлекторной дуги нет места никакому контролю за результатом совершенного действия. Рука могла не дотянуться до яблока, могла взять другой предмет и т. д. Получается, что важен только факт движения, а результаты его не играют роли. Между тем повседневный опыт убеждает, что такой контроль существует. И происходит он с участием все тех же чувствительных нервов (в науке они называются афферентными), возвращающих в нервные центры потоки обратных возбуждений, которые возникают при завершении действия. Только благодаря этой чувствительной, воспринимающей части нервного аппарата может осуществляться постоянный самоконтроль над тем, что именно должна делать в данный момент центральная нервная система и какой «узор» рабочих возбуждений должен сложиться при данной обстановке, чтобы человек или животное могли к ней приспособиться наилучшим образом.

«Я думаю, что главный центр тяжести нервной деятельности, — писал Павлов еще в 1911 году, — заключается именно в воспринимающей части центральной станции; тут лежит основание прогресса центральной нервной системы, который осуществляется в головном мозге большими полушариями; здесь основной орган того совершеннейшего уравновешивания внешнего мира, которое воплощают собой высшие животные. Часть же центробежная — просто исполнительная...».

Акцептор действия — тоже часть воспринимающего или афферентного отдела, и только тогда, когда с периферии в центр придут сведения о результатах совершенного поступка, акцептор действия может оценить их и дать сигнал, что сделанное соответствует намерению или что надо исправить ошибку. В зависимости от того, какие последствия будет иметь в «центральной станции» обратная сигнализация о результатах действия (иначе она называется обратной афферентацией), начинается следующий этап нашего поведения. Вы испытываете голод и направились в столовую пообедать. В то же мгновение формируется акцептор действия, т. е. происходит «настройка» на столовую, со всем комплексом ощущений, связанных для вас с этим понятием. Допустим, что по рассеянности вы вместо столовой попали в ванную комнату: тотчас же афферентные связи возвращают в кору раздражения, вызванные видом, запахом, температурой и т. д. ванной комнаты. Они, эти раздражения, совершенно очевидно не совпадают с теми, которые заранее образовали «контрольный аппарат» — акцептор действия. Обратная афферентация послала в центр сигнал, что реальные раздражения не соответствуют вашему намерению, вашему заранее заготовленному комплексу возбуждений. И вы исправляете ошибку — поворачиваетесь и идете в столовую. Обратная афферентация — это и есть то четвертое звено, которое замкнуло рефлекторную дугу.

Без обратной афферентации, без сигналов, оценивающих результаты произведенного действия, ни человек, ни животное не могли бы приспособиться к вечно изменяющимся условиям среды, а стало быть, не могли бы существовать. Никогда не происходила бы компенсация нарушенных функций, и это, быть может, наиболее ярко и отчетливо подтверждает существование и акцептора действия, и обратной афферентации, разработанных профессором Анохиным и его сотрудниками.

Представьте себе человека, которому в результате ранения ампутировали ногу. Ему надо научиться ходить на костылях. Когда врач разрешает ему впервые подняться с больничной койки, человек становится на единственную ногу и хватается руками за любую точку опоры. Он качается, не может удержать равновесия, падает. С периферии, в данном случае от нервных рецепторов равновесия среднего уха, в «центральную станцию» по афферентным проводам приходит тревожный сигнал: нарушена одна из важных функций — равновесие, надо во что бы то ни стало ее восстановить. И начинаются поиски наиболее устойчивого положения тела, совершается множество мучительных ошибок, и всякий раз в кору мозга приходит сигнал: эффект не достигнут, надо искать дальше. Но вот, наконец, наступает благословенный момент: человек сделал первые успешные шаги по палате. И сейчас же в мозг бежит информация об этих первых успехах, о конце приспособительной реакции, о восстановлении утраченной функции.

Не будь обратной сигнализации, ничего этого не могло бы быть: кора головного, мозга «не знала» бы ни о самом нарушении, ни о том, в каком направлении надо действовать, ни о том, что цель достигнута. Человек или животное погибали бы от малейших повреждений или изменений условий жизни — они не могли бы к ним приспособиться. Обратная афферентация — обязательный конечный этап любого поведенческого акта, последнее звено в любом рефлексе.

Понятными стали теперь для Анохина многие совершенно неясные прежде явления. Почему, например, при нарушении какой-либо функции весь организм мобилизуется и действует в одном направлении — в направлении восстановления этой функции? Почему человек или животное в состоянии обнаружить ошибку в поведении и немедленно исправить ее? Почему мы опознаем из многих предметов именно тот, который ищем? Почему, когда мы говорим длинную фразу, слова в ней не «разбегаются» по пути и смысл, бывает именно тот, который мы в нее вкладываем?

Потому что акцептор действия, образующийся до совершения действия, всегда стоит на страже целесообразности всего, что мы сознательно или бессознательно совершаем. Потому что обратная афферентация всегда сигнализирует о том, что именно мы совершили или чего не смогли совершить. Вот каким образом функционирующий организм «сам себя регулирует» — при помощи замкнутого кольца между нервным центром и периферией.

В результате многих экспериментов профессор Анохин и сформулировал тот самый принцип, о котором говорил в начале нашей беседы: поведение целостного организма развивается не по линейной схеме дуги рефлекса, а по четко отграниченным этапам: одни из них опережают развитие рефлекторного действия (формирование цели, акцептор действия), другие — замыкают информацию о результатах уже совершившегося (обратная афферентация, сличение результатов с заданным).

Это нелинейное динамическое образование и было названо функциональной системой. Новый принцип дал ключ к пониманию механизма любой деятельности человека или животного, он лежит в основе всей деятельности центральной нервной системы и обязателен для всех физиологических процессов живого организма.

Вместе с тем он позволяет расшифровать те замечательные определения, которые И. П. Павлов дал для саморегулирующейся системы — организма, говоря о ней: «..сама себя поддерживающая, восстанавливающая, поправляющая и даже совершенствующая...».

Завеса еще только приподнята, и множество загадок предстоит решить: что же представляет собой сам акцептор действия — какую-либо специальную группу клеток коры головного мозга или периодически возникающую функцию, этих клеток? Каков механизм деятельности нашего «контролера», на каких физиологических законах он основан?

И все-таки завеса постепенно поднимается, и исследователи вырывают у природы одну тайну за другой. Все работы лаборатории Анохина посвящены выяснению общих закономерностей деятельности центральной нервной системы, самых сложных ее форм. Причем, пожалуй, самое характерное — и не удивительно, ведь Анохин ученик Павлова, — это подход к организму как к единому функциональному целому.

Вот почему одной из основных тем этой лаборатории оказалось изучение формирования функциональных систем у зародыша человека и животных. Тридцать пять лет наблюдений и исследований Анохина и его сотрудников показали, что именно так надо ставить вопрос — о развитии у эмбриона этих систем, а не отдельных органов. В результате этих исследований возникла новая теория, которую Петр Кузьмич назвал теорией «системогенеза».

Сотрудники и ученики Анохина, занимающиеся этой темой, проследили за развитием эмбрионов у новорожденных детенышей курицы, грача, морской свинки, кошки, обезьяны и даже за развитием живого плода человека, начиная с двух с половиной месяцев существования зародыша.

На этих примерах легче всего понять, что же такое оргаиизм как саморегулирующая система, с первых моментов жизни точнейшим образом приспособленная к условиям своего существования.

Совершенно беспомощным, голым, слепым появляется из яйца грачонок. Но уже через пять минут после появления иа свет он способен поднимать голову и широко раскрывать клюв. Ведь для того чтобы выжить, нужно есть. И грачонок не просто все время сидит с раскрытым клювом — авось что-нибудь перепадет! Он раскрывает его только «на звук «к-а-ар-р-», на легкое дуновение ветра от материнских крыльев, на покачивание гнезда, когда грачиха или грач-отец садятся в него.

И для того чтобы грачонок мог выжить, к моменту появления на свет у него оказываются полноценно развитыми как раз те клетки слухового аппарата, которые воспринимают крик матери; и как раз те нервные окончания на шее и затылке, которые чувствуют дуновение воздуха; и как раз те мышцы шеи, клюва, передних и задних конечностей и все те нервные связи, с помощью которых он может «сесть» в гнезде, опираясь «а крылья и ноги, поднять голову, вытянуть шею, раскрыть клюв и т. д. Имешю не органы целиком, а только избирательно те их части, которые нужны в первые минуты и часы жизни. Все остальное у новорожденного грачонка недоразвито и формируется уже после рождения.

Грачонок не в состоянии сам клевать корм, он может только проглатывать его, когда заботливая мать буквально вкладывает своему голому детенышу еду в рот. А у цыплят дело обстоит по-другому: цыпленок не сидит в гнезде, родившись, он сам в состоянии клевать зерна, для чего должен твердо стоять на ногах и даже с первой минуты существования уметь бегать. Цыпленок рождается покрытый теплым пухом, сразу же, освободившись от скорлупы, вскакивает на ноги. Поразительный пример такой «пригонки» функциональной зрелости новорожденного применительно к среде его обитания — кенгуру. Детеныши кенгуру рождаются на тринадцатый день после зачатия еще совершенно несозревшими. Однако в их нервной системе полностью готовы к действию те клеточные элементы, которые обеспечивают им быстрое движение передними лапами; они могут пробраться в сумку матери и спрятаться там для окончательного дозревания. Момент рождения — самый критический момент во всей жизни живого существа. Подготовка к этому моменту начинается в раннем развитии зародыша, с тем чтобы в ту минуту, когда новорожденный столкнется с огромным разнообразием внешней среды, с новой обстановкой, специфической именно для его существования, он был полностью готов встретить их во всеоружии. В этом и заключается биологический смысл эмбрионального периода развития. Не будь такой заведомой подготовки, ни один новорожденный — от червя до человека — не мог бы избежать моментальной гибели.

Вот почему у зародыша прежде всего развиваются не вообще органы, а целые системы, способные обеспечить те функции, которые дают ему возможность бороться за существование именно в первые дни после рождения. Особенно интересны (наблюдения за развитием зародышей человека и ребенком в первые дни его жизни. Родившийся младенец уже умеет сосать материнское молоко — эта способность у него врожденная. Все необходимые для акта сосания мышцы и нервы развиваются у него еще во чреве матери. Мы уже представляем себе, как это происходит.

Но вот действительно загадочное свойство, объяснения которому никто не находил. Если в самую первую кормежку дать ребенку не молоко, а, например, аскорбиновую кислоту, он попытается вытолкнуть изо рта соску и — как это смешно выглядит у только что родившегося малыша! — сделает гримасу неудовольствия. Стоит заменить кислоту молоком, как ребенок немедленно и с видимым удовольствием начнет сосать.

Спрашивается, откуда такая кроха знает, что ей положено глотать молоко, а аскорбиновую кислоту выплевывать? Ведь она еще ни разу в жизни не пробовала молока! Объяснить это явление развитием или недоразвитием мышц или нервов, разумеется, нельзя. Что же тут происходит?

То же, что и у взрослого человека: акцептор действия «ждет» молока, на которое он «настроен». Получив сигнал, что в рот попала аскорбиновая кислота, он дает знать, что принимать ее не следует, это нецелесообразно. Но ведь акцептор действия образуется на основании предыдущего опыта, а у впервые сосущего соску младенца никакого опыта еще нет. Есть. Очень долгий опыт — около ста девяноста миллионов лет. Опыт всех поколений не только детей, но и детенышей всех млекопитающих животных, когда-либо рождавшихся на Земле и предшествовавших появлению человека. Опыт этот стал врожденным, бесконечно передаваясь от родителей к детям в течение многих веков. Акцептор действия с самого начала «земного» существования ребенка имеет специально «молоковую» настройку и, опережая первый миг кормления, готов только к принятию молока, а не какой-либо, совсем не похожей на него жидкости.

Таким же врожденным стал некогда условный рефлекс у собаки — «делать стойку», или у кошки — прыгать на звук, напоминающий царапанье мыши, и т. д. И. П. Павлов говорил: «Если условный рефлекс не изменяется «в веках, он становится безусловным».

В сущности, что такое условный рефлекс? Это специальная реакция организма не на настоящее, а по поводу будущего: на звонок у собаки выделяется слюна, в предвкушении будущей кормежки; вой тигра заставляет бежать оленя, в предвидении опасности; сообщение о хорошей погоде в воскресенье создает радостное настроение, в ожидании будущих удовольствий. А, предвидеть будущее — свойство одного из аппаратов мозга — акцептора действия; стало быть, именно он, этот своеобразный «контролер», и есть основа упорядоченного поведения животного и человека. Не будь его, жизнь превратилась бы в сплошной хаос. Это свойство предвидеть будущее профессор Анохин назвал «опережающим возбуждением». Совсем недавно введенный им термин получил прямое доказательство в эксперименте.

Оказалось, что существуют особые нервные клетки, способные к такого рода предвидениям. Существование этих клеток было доказано не в лаборатории физиолога и вовсе не в связи с акцептором действия. Более того, исследователи, которые натолкнулись на этот факт, и не подозревали, какое он имеет отношение к загадкам физиологии высшей нервной деятельности...

На сей раз исследователями были физики, математики и конструкторы, которые поставили задачу создать один из видов кибернетической машины, обладающей свойством узнавания. За модель они взяли глаз лягушки. И установили, что в глазу есть различные группы клеток: одни из них дают электрический импульс на появление «в поле зрения» предмета, но совершенно безразличны к исчезновению его; другие, наоборот, фиксируют «уход» предмета; третьи реагируют только на его движение. Эти клетки, реагирующие только на движение предмета, оказались совсем необычными: первая клеточка этой группы дает электрический импульс от непосредственного раздражения, все остальные — дают «вспышки» импульсов заранее, предвидя дальнейшее движение предмета.

Это уже не просто логическое заключение — это то, что можно непосредственно увидеть на специальном приборе, то, что точнейшим образом рассчитано математически, иными словами — абсолютно доказанный факт.

М. И. ЯНОВСКАЯ "ТАЙНЫ МОЗГА" Беседы с академиком АМН СССР профессором П. К. АНОХИНЫМ

 

Сайт создан в 2012 г. © Все права на материалы сайта принадлежат его автору!
Копирование любых материалов сайта возможно только с разрешения автора и при указании ссылки на первоисточник.
Яндекс.Метрика