Закономерности работы головного мозга, установленные И.П.Павловым

История развития взглядов на высшую нервную деятельность.

Методы исследования ВНД.

Связи физиологии ВНД с другими дисциплинами.

Понятие о физиологии высшей нервной деятельности как науке.

ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

ПРЕДМЕТ И МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ФИЗИОЛОГИИ

5. Особенности структурно-функциональной организации коры большого мозга – как основного субстрата ВНД.

Физиология высшей нервной деятельности изучает закономерности деятельности высшего отдела головного мозга животных и человека – коры больших полушарий.

Основными методами изучения ВНД являются: электроэнцефалография, метод вызванных потенциалов, микроэлектродный метод, молекулярные методы, стереотаксические методы, метод перерезки и выключения различных участков ЦНС.

Важнейшим методом изучения ВНД является метод условных рефлексов в сочетании с различными дополнительными исследованиями или воздействиями.

Физиология высшей нервной деятельности тесно связана с другими научными и практическими областями знаний, т.к. высшие мозговые функции привлекают внимание исследователей многих других специальностей.

Физиология высшей нервной деятельности по научным интересам очень близка к психологии. Они нередко пользуются общими методами исследования и имеют единый объект изучения – работу головного мозга. Однако изучают ее в различных аспектах. Если физиологов интересует главным образом закономерности и механизмы работы мозга как на уровне его целостной организации, так и на уровне нейронов и молекул, то психологи изучают результаты этой работы, проявляющиеся в виде образов, идей, ощущений, представлений, памяти, внимания, эмоций и других психических состояний. Для полного понимания психологических процессов, которые являются результатом работы мозга, необходимо изучение мозговых механизмов. Для этого физиология использует сведения из психологии.

Высшими функциями мозга интересуются не только медицина, педагогика, философия, т.е. науки, издавна черпавшие из физиологии мозга и психологии сведения для своего развития, но и такие науки, как общая физиология, социология, кибернетика. Физиология высшей нервной деятельности теснейшим образом соприкасается с общей нейрофизиологией, изучающей функции отдельных структур мозга и его нервных клеток, морфологией нервной системы, исследующей тонкое строение мозга, с биофизикой, биохимией, выявляющими роль физических и химических законов в работе мозга.

Первым, кто попытался рассмотреть проблему соотношения «души» и «тела» (т.е. мозга и психики, или соотношения психического и физиологического), был выдающийся философ и врач Рене Декарт (1595-1650). По Декарту, тело – это автомат, действующий по законам механики, и только при наличии внешних стимулов, т.е. рефлекторно (термин «рефлекс» был предложен спустя столетие Иржи Прохазкой). Душа, по Декарту – это особая сущность, или субстанция, состоящая из непротяженных явлений сознания, т.е. из «мыслей». Таким образом, Декарт рассматривал душу и тело как две самостоятельные, независимые субстанции. В то же время он считал, что душа влияет на деятельность тела, а тело – влияет на душу, сообщая ей сведения о внешнем мире. При этом он полагал, что такое взаимодействие осуществляется с участием шишковидной железы (эпифиза). Все воздействия внешнего мира вначале передаются нервной системой к эпифизу, в котором происходит расшифровка поступившей в мозг информации и передача этих сведений душе.

Декарт, разделив тело и душу человека, впервые поставил проблему их соотношения. Он же предложил и первый вариант ее решения, получивший впоследствии название психофизиологического параллелизма. В целом, учение Декарта, заключающееся в объяснении сущего из наличия двух противоположных начал – материального и духовного, получило название дуализма Декарта.

Начало второго этапа научной разработки проблемы соотношения психического и физиологического связано с именем выдающегося отечественного физиолога И.М.Сеченова (1829-1905). Он обосновал возможность распространения принципа рефлекса как детерминистического принципа организации поведения на всю работу головного мозга. И.М.Сеченов утверждал, что психические акты носят такой же строго закономерный характер, как и акты, считающиеся чисто нервными. Он ввел представление об иерархии рефлексов, доказав, что наряду с элементарными рефлексами имеется множество сложных рефлексов. Это рефлексы с усиленным и задержанным концом, при которых происходит актуализация прошлого опыта. И.М.Сеченов полагал, что мысль – это психический рефлекс с задержанным окончанием, развивающийся по внутренней цепи ассоциированных рефлексов, а психический рефлекс с усиленным окончанием – это аффект, или эмоция. Он ввел также представление о психическом элементе – интегральной части рефлекторного процесса, благодаря которому организм может активно приспосабливаться к среде.

И.М.Сеченов в знаменитой книге «Рефлексы головного мозга», вышедшей в 1863г. (первоначальное название «Попытка ввести физиологические основы в психологические процессы») на основании собственных экспериментов на животных и наблюдений за развитием детей обосновал положение: «Все акты сознательной и бессознательной жизни по способу происхождения суть рефлексы», т.е., по И.М.Сеченову, в основе психической деятельности лежит принцип рефлекса.

Таким образом, И.М.Сеченов прочно связал понятие психического с рефлексом и обосновал невозможность отрыва психического от рефлекторной деятельности. Тем самым было предложено решение проблемы соотношения психического и физиологического, существенно отличающееся от дуализма Р.Декарта. Блестящим развитием этого направления явилось учение И.П.Павлова и его многочисленных соратников и учеников об условных рефлексах, составляющих основу психической деятельности.

В настоящее время накоплены многочисленные клинические и экспериментальные данные, которые свидетельствуют о тесной взаимосвязи между психикой и мозгом. Воздействуя на мозг, можно изменить и даже уничтожить дух (самосознание) человека, стереть личность, превратив человека в зомби. Например, этого удается достичь, вводя в организм человека различные химические вещества, в том числе наркотики, или производя электростимуляцию отдельных участков мозга, а также путем удаления определенных структур мозга. Однако в последнее время все больше появляется данных о том, что психические состояния человека тесно связаны с наличием или отсутствием определенных химических веществ в мозге. В то же время получены неопровержимые доказательства влияния психического состояния человека на деятельность всех органов и систем организма, в том числе на причастность к развитию телесных, или психосоматических заболеваний. Примером является негативное влияние стресса, которое нередко приводит к развитию злокачественной опухоли, завершающейся летальным исходом. В целом, все это свидетельствует о том, что взаимосвязь мозга и психики нельзя объяснить с позиций психофизиологического параллелизма, с позиций дуализма Декарта. Также очевидно, что отношение психики к мозгу нельзя понимать как отношение продукта к производителю, следствия к причине, поскольку продукт (психика) часто очень эффективно воздействует на своего производителя – мозг. Таким образом, между психикой и мозгом, психическим и физиологическим, вероятно, существует диалектическая причинно-следственная связь, еще не получившая полного естественнонаучного объяснения.

В настоящее время решение основной психофизиологической проблемы, т.е. соотношения психического и физиологического (души и тела) идет по четырем основным направлениям.

Первое направление развивает идеи психофизиологического параллелизма, или дуализма Декарта, полностью противопоставляя психику и мозг (душу и тело) и признавая психику и мозг как независимые сущности, не связанные между собой причинно-следственными отношениями.

Второе направление развивает представление о полной психофизиологической идентичности, т.е. о полной тождественности психического и физиологического (направление крайнего физиологического редукционизма).

Третье направление развивает представления о психофизиологическом взаимодействии психического и физиологического. Сторонники этого направления считают, что психическое и физиологическое имеет разные сущности, но между ними есть определенная степень взаимодействия и взаимовлияния.

Четвертое направление, которое наиболее типично для современного этапа разработки проблемы – это поиск диалектического единства между психикой и мозгом, психическим и физиологическим. В этом направлении можно выделить три концептуальных варианта.

1. Психическое тождественно физиологическому, но не любому физиологическому, а только процессам высшей нервной деятельности. В рамках данной концепции, психическое рассматривается как особая сторона, как свойство физиологических процессов мозга или процессов высшей нервной деятельности.

2. Психическое – это особый (высший) класс, или вид нервных процессов, обладающий свойствами, не присущими всем остальным процессам в нервной системе, в том числе процессам ВНД. Эта концепция рассматривает психическое как особые (психонервные) процессы, которые связаны с отражением объективной реальности и которые отличаются субъективным компонентом, т.е. наличием внутренних образов и их переживанием.

3. Психическое, хотя и обусловлено физиологической (высшей нервной) деятельностью мозга, однако оно не тождественно ей. Иначе говоря, психическое не сводимо к физиологическому как идеальное к материальному, или как социальное к биологическому.

До работ И.П.Павлова в физиологии, отсутствовал четко выделенный раздел по исследованию соотношения психического и физиологического. Отдельные работы физиологов рассматривались чаще всего в рамках психологии. Начиная с работ И.П.Павлова, проблема соотношения психического и физиологического начинает развиваться физиологическими методами в рамках «физиологии высшей нервной деятельности». Этот термин был предложен И.П.Павловым для обозначения той области физиологии, которая занимается исследованием физиологических основ психической деятельности. И.П.Павлов и его последователи проводили изучение физиологических основ психической деятельности человека и животных, стоящих высоко на эволюционной лестнице. Как известно, этими животными стали собаки. Результаты исследований условно-рефлекторной деятельности собак позволили создать фундамент физиологии высшей нервной деятельности. Однако постепенно обозначились существенные ограничения у такого подхода, которые обусловлены тем, что мозг человека имеет очень существенную прибавку, которую И.П.Павлов обозначил как «вторая сигнальная система» и которая принципиально отличает человека от всех представителей животного мира. Иначе говоря, физиологические процессы, лежащие в основе целенаправленной деятельности человека, в основе человеческого мышления, речи, памяти и эмоциональных реакций, невозможно изучить на животных. В связи с этим на протяжении последних 50 лет на стыке психологии и физиологии стало развиваться новое научное направление – «психофизиология», изучающая физиологические основы психической деятельности и поведения человека.

В настоящее время существуют две самостоятельные дисциплины: «Физиология ВНД» и «Психофизиология». С одной стороны, это означает, что полное слияние физиологии ВНД и психофизиологии не состоялось, а с другой – указывает на признание обоих разделов физиологии.

Согласно учению И.П.Павлова различают высшую нервную деятельность и низшую нервную деятельность. Низшая нервная деятельность – это совокупность нейрофизиологических процессов, обеспечивающих осуществление безусловных рефлексов и инстинктов.

Высшая нервная деятельность – это совокупность нейрофизиологических процессов, обеспечивающих сознание, подсознательную переработку информации и приспособительное поведение в окружающей среде.

Поведение животного, а тем более человека, нельзя рассматривать как простые ответы на раздражения внешней и внутренней среды. Мозг работает по своим законам, позволяющим ему анализировать и перерабатывать поступившую информацию, сопоставлять ее с имеющимися сведениями и потребностями организма, и на основе этого сложного синтеза находить формы поведения, наиболее благоприятные для данных условий.

Головной мозг располагается в полости черепа, его принято делить на три отдела: задний (продолговатый мозг, мост, мозжечок), средний и передний (промежуточный мозг и большие полушария).

Рис. 1. Схема строения головного мозга: 1 – продолговатый мозг; 2 – мост; 3 – средний мозг; 4, 5, – промежуточный мозг (4 – таламус, 5 – гипоталамус); 6 – мозжечок; 7 – кора больших полушарий

Большие полушария состоят из белого вещества, покрытого снаружи серым веществом, или корой. Кора головного мозга представляет собой многослойную нейронную ткань с множеством складок общей площадью в обоих полушариях примерно 2200см². В состав коры головного мозга входит 10⁹-10¹⁰ нейронов и множество глиальных клеток, общее число которых неизвестно.

В коре выделяют 6 слоев (I-VI), каждый из которых состоит из пирамидных и звездчатых клеток (рис. 2). Главная особенность пирамидных клеток заключается в том, что их аксоны выходят из коры и оканчиваются в других корковых или иных структурах. Название звездчатых клеток также обусловлено их формой; их аксоны оканчиваются в коре, т.е. речь идет о корковых интернейронах.

В I-IV слоях воспринимаются и обрабатываются поступающие в кору в виде импульсов сигналы. Покидающие кору эфферентные пути формируются преимущественно в V-VI слоях. Деление коры на различные поля проведено К.Бродманом (1909) на основе цитоархитектонических признаков (формы и расположения нейронов). Многие из полей характеризуются функциональными и нейрохимическими особенностями. К.Бродман выделил 11 областей, включающих 52 поля:

1) постцентральную область (поля 1, 2, 3 и 43);

2) прецентральную область (поля 4 и 6);

3) лобную область (поля 8, 9, 10, 11, 12, 44, 45, 46 и 47);

4) островковую область (поля 13, 14, 15 и 16);

5) теменную область (поля 5, 7, 40 и 39);

6) височную область (поля 20, 21, 22, 36, 37, 38, 41, 42 и 52);

7) затылочную область (поля 17, 18 и 19);

8) поясную область (поля 23, 31, 24, 32, 33 и 25);

9) ретросплениальную область (поля 26, 29 и 30);

10) гиппокампову область (поля 27, 28, 34, 35 и 48);

11) обонятельную область (поле 51).

Кора больших полушарий состоит из четырех долей: лобной, теменной, височной и затылочной (рис. 3). В них расположены первичная двигательная и сенсорная области, двигательные и сенсорные области высокого порядка (второго, третьего и т.д.) и ассоциативная (неспецифическая) кора.

Открытый И.П.Павловым метод условных рефлексов позволил путем сопоставления раздражений с ответными реакциями на них обнаружить определенные правила работы мозга. Было установлено шесть правил работы головного мозга.

1. Регулирующая функция головного мозга осуществляется спомощью двух процессов – возбуждения и торможения. Возбуждение включает исполнительные органы в работу, торможение активно прекращает их деятельность.

Рис. 2. Полусхематичное изображение слоев коры головного мозга (по К. Brodmann, Vogt, с изменениями): а – основные типы нервных клеток (окраска по Гольджи); б – тела нейронов (окраска по Нисслю); в – общее расположение волокон (миелиновых оболочек). Слои пронумерованы от поверхности вглубь. Приведены две наиболее распространенные системы нумерации

Рис. 3. Четыре основные доли коры головного мозга (лобная, височная, теменная и затылочная)

2. Образовавшийся очаг возбуждения или торможения не остается на одном месте, а распространяется на другие области (иррадиация).

3. Распространение возбуждения или торможения ограничивается наведением противоположного процесса, который заставляет возникший очаг стягиваться к пунктам своего первоначального возникновения. Такое стягивание возбуждения или торможения к исходному пункту было названо концентрацией.

4. Каждый из двух процессов способен наводить противоположный процесс. Возбуждение в одних пунктах коры вызывает торможение в других, и наоборот. В одном и том же пункте после окончания одного процесса следует противоположный: возбуждение сменяется торможением, торможение – возбуждением. Способность одного процесса вызывать противоположный называют взаимной индукцией возбуждения и торможения.

5. Высшие нервные центры обладают способностью расчленять поступающую информацию на отдельные элементы и затем соединять их снова в целое (анализ и синтез раздражений).

6. Формирование ответных реакций и систем из них строится по тому же принципу: они расчленяются на элементы, из которых затем воссоздается целостное действие, способное достичь определенного биологически полезного эффекта (анализ и синтез ответных действий).

Перечисленные правила позволяют объяснять многие явления высшей нервной деятельности животных и человека.

Дата добавления: 2014-01-07