Нейрофизиологические основы психической деятельности

Основой психического мира являются сознание, мышление, интеллектуальная деятельность человека, представляющие собой высшую форму адаптивного приспособительного поведения. Психическая деятельность, по сравнению с условно-рефлекторным поведением, это качественно новый, более высокий уровень высшей нервной деятельности, свойственный человеку. В мире высших животных этот уровень представлен лишь в зачаточном виде.

В развитии психического мира человека можно выделить несколько стадий: стадия элементарной сенсорной психики — отражение мозгом отдельных явлений окружающего мира в форме ощущений; восприятие — результат отражения предмета в целом, но некоторые детали еще имеют не целостный, а расчлененный характер. Более совершенной формой конкретно-чувственного познавательного процесса является представление. Представление — образное отражение явлений или предметов и составляющих их признаков и свойств. В нейрофизиологической основе представлений лежат сложные временные связи; стадия формирования интеллекта и сознания, как в познавательной, так и созидательной творческой деятельности. Психическая деятельность человека, на этом уровне характеризуется не только количеством и качеством впечатлений, осмысленных образов и понятий, но и существенно более высоким уровнем потребностей (социальных и духовных), а не только биологических потребностей. Психическая деятельность человека состоит не только в построении более сложных нервных моделей окружающего мира (основе процесса познания), но формируются новые информации, разные формы творчества. Многие проявления психического мира человека оказываются оторванными от непосредственных раздражителей, событий внешнего мира и как будто они не имеют реальных объективных причин, но фактически начальными, запускающими их факторами являются вполне детерминированные явления и предметы, приводящие к рефлекторной деятельности. Эта идея, высказанная И. М. Сеченовым в виде тезиса «Все акты сознательной и бессознательной деятельности человека по способу происхождения — суть рефлексы», остается общепризнанной.

Многие психических процессы являются субъективными, т.к. свойства их приобретены в процессе индивидуального развития организма, но развивались они на базе объективных явлений окружающей среды. Простейшим, или базисным, психическим элементом в работе мозга является ощущение. Оно служит тем элементарным актом, который, с одной стороны, связывает нашу психику непосредственно с внешним воздействием, а с другой — является элементом в более сложных психических процессах. В акте ощущения присутствует определенный элемент сознания и самосознания.

Психическая деятельность человека во многом обусловлена способностью отвлекаться от реальной действительности, осуществлять переход от непосредственных чувственных восприятий к воображаемой действительности («виртуальная» реальность). Человеческая способность представить себе возможные последствия своих действий — высшая форма абстрагирования, которая недоступна животному. Ярким примером может служить поведение обезьяны в лаборатории И. П. Павлова: животное каждый раз гасило горевший на плоту огонь водой, которую оно приносило в кружке из находившегося на берегу бака, хотя плот находился в озере и со всех сторон был окружен водой.

Высокий уровень абстракции в психической деятельности человека определяет трудности в решении кардинальной проблемы психофизиологии — нахождении нейрофизиологических коррелятов психического, механизмов превращения материального нейрофизиологического процесса в субъективный образ. Основная трудность в объяснении психических процессов на основе физиологических механизмов деятельности нервной системы заключается в том, психические процессы недоступны прямому чувственному наблюдению, изучению. Психические процессы теснейшим образом связаны с физиологическими процессами, но нет абсолютного тождества между ними.

Вторая сигнальная система.

Высокий уровень абстрагирования у человека появляется в результате развития второй сигнальной системы: устная и письменная речь. У высших животных выработка условных рефлексов третьего и четвертого порядка является достаточно трудной задачей (эти рефлексы непрочны и быстро угасают), а у человека слово становится достаточно сильным и прочным стимулом, отражающим предметы и явления внешней среды. Одно и то же явление, предмет на разных языках обозначаются словами, имеющими разное звучание и написание, но если расшифровано смысловое значение, то реакция — восприятие будет однотипное.

Психическая деятельность это не элементарные процессы возбуждения и торможения, а системные, объединяющие многие одновременно протекающие в мозге процессы анализа и синтеза в интегрированное целое. Это функция целостного мозга, когда на основе интеграции многих нейрофизиологических механизмов мозга возникает новое качество — психика. Нервная модель стимула является нейрофизиологической основой формирования субъективного образа, который возникает на базе нервных моделей при декодировании информации и сравнении ее с реально существующим материальным объектом.

Психической деятельности человека эволюционно предшествуют некоторые элементы психического поведения у высших животных. К ним относится психонервная деятельность, в результате воспроизведения образов предыдущего опыта, когда основным действенным стимулом для запускания какого-либо поведенческого акта становится не сам реальный объективный стимул окружающей среды, а «нейронный» образ этого стимула в головном мозге (И.С. Беритов). Поведенческие акты, обусловленные психонервной деятельностью, возникают при воспроизведении образа жизненно важного объекта, приводящего к удовлетворению какой-либо биологической потребности животного и человека. Например, в случае индивидуального пищевого поведения таким конечным объектом является пища. Воспроизведенный «образ» пищи проецируется в определенном месте экспериментальной комнаты. Этот образ является стимулом для движения животного к данному месту, т.к. раньше действительно пища располагалась в этом месте. В данном случае «психический» образ пищи оказывается более сильным стимулом, чем реальная пища и животное подбегает к тому месту, где раньше находилась пища, но в действительности пищи там нет и животное хорошо это видит, но «образ пищи» оказывается сильнее реальности. Образ фиксируется в памяти и извлекается оттуда для удовлетворения доминирующей биологической мотивации в данный момент. Классические условные рефлексы, требуют повторяемости, а в отличие от них психонервный образ формируется сразу после одной реализации поведенческого акта.

Кроме того, важное значение имеет экстраполяционная, или рассудочная, деятельность — это способность организма, наблюдая за течением некоторого важного события, улавливать закономерность его протекания. Когда наблюдение прерывается, организм экстраполирует, т. е. мысленно продолжает ход события, и строит свое поведение без специальной процедуры стандартного обучения. Суть эксперимента по изучению экстраполяционной способности животного обычно сводится к следующему. Животное должно находить некий прямолинейно движущийся с постоянной скоростью объект. Особенность задачи для животного состоит в том, что первоначально видимый отрезок пути затем закрывается невидимой перегородкой (ширмой), животное должно подойти к концу перегородки, представляя, исходя из сложившейся у него в мозге картины направления движения объекта. Экстраполяционная, или рассудочная, деятельность проявляется, как генетически детерминированная врожденная способность животного использовать приобретенный в течение жизни опыт в новой, незнакомой для него среде (О.С. Адрианов).

Важнейшим элементом экстраполяции является опережение, прогнозирование будущих событий как специализированная форма отражения действительности. Возможная природа феномена, опережающего отражения в структурах мозга, ответственных за высшие формы психической деятельности, по мнению П. К. Анохина, связана с разной скоростью протекания последовательных процессов в окружающей среде, природе и структурах мозга, обеспечивающих процесс отражения этой последовательности внешних явлений. Для этого необходимо четко и верно экстраполировать ход, направление движения динамического последовавательного процесса окружающей среды.

Вся жизнь человека состоит из принятия решений, непрерывной последовательности операций выбора, при этом человек постоянно сталкивается с проблемой выбора между несколькими способами поведения. Принятие решения становится обязательным моментом в жизни, поведении человека. Процесс принятия решения — производное неопределенности ситуации, в которой оно совершается. При полной определенности, когда отсутствует возможность для альтернативных действий, в сущности, и нет никакой проблемы: решение принимается однозначно, автоматически, часто даже не затрагивая сферу сознания. Процесс выбора становится проблемой лишь тогда, когда в системе человек-окружающая среда существует неопределенность для достижения определенной цели, конечного результата. Чем больше степень этой неопределенности, тем меньше оснований для однозначного решения.

По мнению П. К. Анохина любая целенаправленная деятельность протекает в определенной последовательности и имеет несколько этапов формирования. Для возникновения такой деятельности требуется, прежде всего, наличие господствующей (доминирующей) мотивации. Все другие мотивации должны быть заторможены. Происходит трансформация внутренней потребности в системное возбуждение мозга. Этот процесс лежит в основе возникновения доминирующей мотивации. Происходит избирательное возбуждение мозга, обеспечивающих организацию поведения. Начальной фазой, или первой стадией целенаправленного акта является стадия афферентного синтеза. Оценивается окружающая ситуация (она может быть либо облегчающая, либо препятсвующая), обстановочные и пусковые раздражители. На стадии афферентного синтеза решается вопрос: «что делать, т. е. какую линию поведения выбрать». Либо поведение должно быть направлено на удовлетворение внутренней потребности, либо другое поведение, если реализации цели мешают какие-то внешние факторы. Стадия афферентного синтеза заканчивается императивной стадией принятия решения. Стадия принятия решения характеризуется тем, что в эту стадию происходит ограничение степеней свободы поведенческого акта и происходит выбор ведущей для данного момента «линии поведения». Следующая стадия — это стадия формирования акцептора результата действия. В эту стадию определяется процесс постановки цели к действию, высшую мотивацию. Доминирующая мотивация обеспечивает мобилизацию всего накопленного опыта и направляет на удовлетворение ведущей мотивации. Акцептор результата действия представляет доминирующую потребность организма, трансформированную в форму опережающего возбуждения мозга. За счет акцептора результата действия прогнозируется возможная реализация цели. Следующая стадия — стадия эфферентного синтеза. В эту стадию происходит динамическое объединение соматических и вегетативных функций (функциональная система) в целостный поведенческий акт. Стадия целенаправленного действия характеризуется тем, что в эту стадию осуществляется уже выбранный поведенческий акт для достижения какого-то результата. За счет обратной афферентации и акцептора результата действия оценивается правильность выполнения цели, вносятся коррекции в поведение и все это приводит к достижению конечного (полезного) приспособительного результата. И, наконец, последняя стадия — санкционирующая стадия поведенческого акта. В эту стадию поведения, т. е. достигнутый результат, через зрительный, слуховой, тактильный, обонятельный, вкусовой анализаторы вызывает потоки обратной афферентации, при этом происходит удовлетворение ведущей потребности и данный поведенческий акт заканчивается.

При выполнении любой сложной деятельности мозг возмещает дефицит информации использованием более тонкого и сложного аппарата оценки вероятности того или иного события. Такое усложнение работы человеческого мозга, связано с увеличением количества логических операций. Поэтому увеличение неопределенности ситуации требует увеличения времени для принятия решения.

Познание психофизиологической основы интегративной деятельности высших отделов центральной нервной системы, обеспечивающих процессы сознания, мышления, невозможно без установления физиологических механизмов принятия решения как узлового момента любой формы целенаправленного поведения. Процесс принятия решения является универсальным принципом анализа, синтеза и переработки в центральных нервных образованиях входной сенсорной информации и формирования выходной реакции. Принятие решения ключевой акт в деятельности любой достаточно сложной биологической системы. Суть процесса принятия решения сводится к нескольким моментам: восприятие, прием и обработка афферентной информации, образование, формирование альтернативных вариантов решения цели, правильный выбор альтернативного решения проблемы. Из множества альтернатив организм стремится выбрать одну, единственную, наилучшим образом обеспечивающую решение стоящей перед ним задачи. Выбор при принятии решения в значительной мере обусловлен текущей мотивацией.

Различают два основных способа принятия решения: алгоритмический и эвристический. Наличие у лица, принимающего решение, значительной информации сопровождается алгоритмическим способом принятия решения. В этом случае имеется высокая гарантия верного решения проблемы. При эвристическом способе, получение верного результата при значительном дефиците информации, не гарантируется, однако, используя эвристические приемы, можно найти рациональное решение. Ведущие мотивации избирательно повышают возбудимость только тех нейронов и рецептивных полей, которые когда-либо использовались в поведенческих актах. Обстановочная афферентация также изменяет активность рецептивных полей центральных нейронов. Сами мотивационные и обстановочные влияния, определяющие «предпусковую интеграцию» нейронного механизма принятия решения, не активируют центральные нейроны. Возбуждение последних происходит лишь на основе конвергенции на нервной клетке детонаторных влияний, определяемых функциональной организацией и топографией активируемых синапсов (П.К. Анохин, В.Б. Швырков).

Конвергенция на одном нейроне разных сенсорных потоков свидетельствует о том, что нервная клетка является достаточно сложным интегрирующим образованием, реализующим процесс принятия решения в виде генерации отдельного потенциала действия или определенной временной последовательности таких потенциалов. Обеспечение целенаправленной деятельности системы на основе процесса принятия решения немыслимо без оценки эффективности произведенного действия, что в кибернетических системах осуществляется при помощи обратной связи. Структурную основу такой обратной связи в нейронных структурах образуют коллатерали аксонов, поставляющих корковым и подкорковым нейронам точные копии, модели эфферентных возбуждений.

Согласно теории функциональной системы П. К. Анохина, принятие решения означает перевод одного системного физиологического процесса (афферентный синтез) в другой (программа действия). Этот механизм образует критический момент интегративной деятельности, когда разнообразные комбинации физиологических возбуждений, формируемых в центральных проекционных зонах мозга под влиянием соответствующих сенсорных потоков, преобразуются в эфферентные потоки импульсов — обязательные исполнительные команды. В понятиях кибернетики нервной системы процесс принятия решения означает освобождение организма от чрезвычайно большого количества степеней свободы (выбор и реализацию лишь одной из них).

Нейрофизиологические и клинические исследования позволили установить, что лобные доли мозга являются основным субстратом, осуществляющим принятие решения при реализации целесообразных произвольных форм деятельности человек (А.Р. Лурия). Поражение лобных долей мозга, не отражается существенно на входе системы (восприятие информации), но приводит к значительным нарушениям процесса выбора альтернативного действия.

Сознание.

Сознание как заключительный этап процесса познания представляет собой сложный многоэтапный психофизиологический феномен восприятия, переработки и создания новой информации Схема структуры сознания: Опознавание (распознавание образа, построение нервной модели стимула, образа); формирование эталона (эталонной нервной модели стимула, образа); хранение (память) эталонной нервной модели стимула, образа; творчество (формирование нового знания через ассоциацию данной информации с хранящимися в памяти нервными моделями родственных образов).

Интегративная деятельность мозга человека характеризуется непрерывным анализом элементов внешнего мира, а затем происходит их синтез в виде целостного восприятия. В результате этого происходит приспособление на основе достаточно точного, верного отражения окружающей действительности в сознании человека.

Сознание человека определяют как способность отделения себя («я») от других людей и окружающей среды («не я») и адекватного отражения действительности. Базируется оно на общении между людьми, развивается на основе приобретения индивидуального жизненного опыта и связано с речью (языком). На базе потребностей, как биологических, так и социальных и идеальных, формируются подсознание (автоматизированные, неосознаваемые навыки и формы поведения), сознание (знания, передаваемые другим индивидуумам), сверхсознание (творческая активность, интуитивное поведение).

Социальная значимость сознания заключается в способности к такой переработке знания, которая обеспечивает направленную передачу информации от одного лица к другому в виде абстрактных символов речи (языка) и главного средства межличностного общения. Речь здесь выступает как материальная форма коммуникационного аспекта сознания (П.В.Симонов). Сознание — в виде знания может быть передано с помощью слов, образов, художественных произведений и т. д.

Реакции, в том числе поведенческие, реализуемые на уровне подсознания, имеют автоматизированный характер. Общебиологическая роль подсознательной обработки информации заключается в первичной фильтрации огромного количества входной информации: на уровне подсознания, например, протекает рефлекторная регуляция деятельности внутренних органов человека. Пока человек здоров, до его сознания не доходит информация от внутренних органов. Человек «чувствует» свои внутренние органы лишь при патологических процессах, в физиологических условиях регуляция функций внутренних органов происходит подсознательно в виде рефлекторных реакций. Сознание в данном случае достигается активацией корковых структур, в результате возбуждения ретикулярной формации мозгового ствола.

Установлено, что структуры мезенцефалической ретикулярной формации характеризуются мощным влиянием, активирующим сознание. Минимальный период активации мозговых структур для осознанного восприятия сигнала составляет 100−300 мсек. (время только внутрикоркового восприятия осознаваемого образа не превышает 80−150 мсек.).

Таким образом, сознание является результатом нейрофизиологических процессов, происходящих в определенных, но достаточно обширных областях мозга (кора большого мозга, таламо-кортикальные структуры, лимбическая система, ретикулярная формация ствола мозга).

Мышление.

Мышление — высшая ступень человеческого познания, процесс отражения в мозге окружающего реального мира, основанная на двух принципиально различных психофизиологических механизмах: образования и непрерывного пополнения запаса понятий, представлений и вывода новых суждений и умозаключений. За счет мышления человек получает знания о таких явлениях окружающего мира, которые не могут быть непосредственно восприняты при помощи первой сигнальной системы. Формы и законы мышления являются предметом рассмотрения логики, а механизмы формирования его удел — психологии и физиологии.

Мыслительная деятельность человека реализуется второй сигнальной системой. В основе мышления лежат два основных процесса: превращение мысли в речь (письменную или устную) и извлечение мысли, содержания из определенной его словесной формы сообщения. Мысль является обобщением абстрагированного отражения действительности. Мысль, являясь элементом высшей нервной деятельности, представляет собой продукт общественно-исторического развития индивида с приобретением языковой формы переработки информации.

Слово как сигнал сигналов является основой творческого мышления человека, оно связано с образованием все новых понятий. В течение жизни человек непрерывно пополняет понятия расширением связей используемых им слов и словосочетаний. Обучения, как правило, связано с расширением значения старых и образованием новых понятий. Словесная основа мыслительной деятельности во многом определяет характер развития мышления у ребенка. Первые речедвигательные временные связи появляются к концу первого года жизни ребенка; в возрасте 9 мес. слово становится одним из значимых элементов, компонентов сложного стимула, но еще не выступает в качестве самостоятельного стимула. Соединение слов в последовательные комплексы, в отдельные смысловые фразы наблюдается на втором году жизни ребенка.

Обобщающая функция слова имеет определяющее значение для глубины мыслительной деятельности, и составляет основу человеческого интеллекта. В становлении обобщающей функции слова у человека различают следующие стадии, или этапы, интегративной функции мозга. На первом этапе интеграции слово замещает чувственное восприятие определенного предмета, обозначаемого им. На этой стадии каждое слово выступает в качестве условного знака одного конкретного предмета, в слове не выражена его обобщающая функция, объединяющая все однозначные предметы этого класса. Например, слово «кукла» для ребенка означает конкретно ту куклу, которая есть у него, но не куклу в витрине магазина, в яслях и т. д. Эта стадия приходится на конец 1-го — начало 2-го года жизни.

На втором этапе слово замещает несколько чувственных образов, объединяющих однородные предметы. Слово «кукла» для ребенка становится обобщающим обозначением различных кукол, которые он видит. Такое понимание и использование слова происходит к концу 2-го года жизни. На третьем этапе слово заменяет ряд чувственных образов разнородных предметов. У ребенка появляется понимание обобщающего смысла слов: например, слово «игрушка» для ребенка обозначает и куклу, и мяч, и кубик, и т. д. Такой уровень оперирования словами достигается на 3-м году жизни. Наконец, четвертый этап интегративной функции слова, характеризуемый словесными обобщениями второго-третьего порядка, формируется на 5-м году жизни ребенка (он понимает, что слово «вещь» обозначает интегрирующие слова предыдущего уровня обобщения, такие как «игрушка», «еда», «книга», «одежда» и т. д.).

Эти этапы развития мыслительных операций тесно связаны с этапами, периодами развития познавательных способностей. Первый начальный период приходится на этап развития сенсомоторных координации (ребенок в возрасте 1,5−2 лет). Следующий — период предоперационального мышления (возраст 2−7 лет) определяется развитием языка: ребенок начинает активно использовать сенсомоторные схемы мышления. Третий период характеризуется развитием когерентных операций: у ребенка развивается способность к логическим рассуждениям с использованием конкретных понятий (возраст 7−11 лет). К началу этого периода в поведении ребенка начинают преобладать словесное мышление, активация внутренней речи ребенка. Наконец, последний, завершающий, этап развития познавательных способностей — это период формирования и реализации логических операций на основе развития элементов абстрактного мышления, логики рассуждений и умозаключений (11−16 лет). В возрасте 15−17 лет в основном завершается формирование нейрои психофизиологических механизмов мыслительной деятельности. Дальнейшее развитие ума, интеллекта достигается за счет количественных изменений, все основные механизмы, определяющие сущность человеческого интеллекта, уже сформированы.

Для определения уровня человеческого интеллекта как общего свойства ума, талантов широко используется показатель IQ — коэффициент умственного развития, вычисляемый на основании результатов психологического тестирования.

Поиски однозначных, достаточно обоснованных корреляций между уровнем умственных способностей человека, глубиной мыслительных процессов и соответствующими структурами мозга все еще остаются малоуспешными. Даже такой, казалось бы, интегральный и объективный показатель, как масса головного мозга, не является определяющим. Так, многие выдающиеся умы отличались значительными различиями в общей массе мозга (мозг И. С. Тургенева весил 2012 г, И. П. Павлова — 1653 г, Д. И. Менделеева — 1571 г, А. Ф. Кони — 1100 г).

Вторая сигнальная система.

В процессе эволюции на этапе развития вида Homo sapiens произошло качественное видоизменение системы сигнализации. Обусловлено это появлением второй сигнальной системы — речи. В первой сигнальной системе все формы поведения, средства взаимного общения, базируются на непосредственном восприятии натуральных, конкретных раздражителей — конкретно-чувственное восприятие. При этом вначале формируется ощущение отдельных свойств предметов, явлений (форма, размеры предметов, последовательность явлений). На следующем этапе нервные механизмы ощущений усложняются, возникают более сложные формы отражения — восприятия. И только за счет второй сигнальной системы появляется возможность осуществления абстрактной формы отражения — образование понятий, представлений.

Раздражители второй сигнальной системы отражают окружающую действительность с помощью обобщающих, абстрагирующих понятий, выражаемых словами. Животные оперируют лишь образами, выработанными условными рефлексами. За счет второй сигнальной системы человек оперирует не только образами, но и связанными с ними мыслями, содержащими смысловую информацию. Раздражители второй сигнальной системы в значительной степени опосредованы мыслительной деятельностью человека. Одни и те же явления могут быть выражены с помощью различных звукосочетаний и на разных языках, но словесные сигналы совмещают в себе два свойства: смысловое (содержание) и физическое (звучание в устной речи, очертание букв и слов — в письменной). С помощью слова осуществляется переход от чувственного образа к понятию, представлению, т. е. от первой сигнальной системы ко второй.

У животных биологическое значение сигналов зависит от последующего подкрепления. У людей, сигнальное значение слова определяется всем коллективным опытом. Информация, содержащаяся в самих словах, связана с абстрактными понятиями, служит основой мыслительной деятельности. Речь дает человеку огромные преимущества в его познавательной и трудовой деятельности. В отсутствие такого информационного изоморфизма становится невозможным использование этой формы межличностного общения. Люди, перестают понимать друг друга, если они пользуются разными языками, недоступными всем участвующим в общении лицам. Такое же взаимное непонимание может быть тогда, если в одни и те же речевые сигналы закладывается разное смысловое содержание.

Человеческий мозг в процессе развития его второй сигнальной системы приобрел замечательное свойство, позволяющее человеку действовать разумно и достаточно рационально в условиях вероятностного, «размытого» окружения, значительной информационной неопределенности. Это свойство основано на способности, оперировать «размытой» логикой в отличие от формальной логики и классической математики, имеющим дело только с точными причинно-следственными отношениями. Развитие высших отделов мозга приводит не только к развитию принципиально новой формы восприятия, но к возникновению принципиально новой формы мыслительной деятельности. Человеческий мозг оперирует «размытыми», неточными терминами, понятиями (иногда одно и то же понятие может быть обозначено разными словами. Например: вода, родник, ручей, пруд и т. д., т. е. в данном случае везде речь идет о воде). По-видимому, постоянная практика использования языка с его вероятностным отношением между знаком и обознчаемым им явлением или предметом послужила прекрасной тренировкой для человеческого ума в манипулировании нечеткими понятиями. Именно «размытая» логика мыслительной деятельности человека, основанная на функции второй сигнальной системы, обеспечивает ему возможность эвристического решения многих сложных проблем, которые невозможно решать обычными алгоритмическими методами.

Функция речи осуществляется определенными структурам коры большого мозга. Двигательный центр устной речи, известный как центр Брока, расположен у основания нижней фронтальной извилины. При повреждении этого участка мозга наблюдаются расстройства двигательных реакций, обеспечивающих устную речь. Акустический центр речи (центр Вернике) находится в области задней трети верхней височной извилины и в прилегающей части — надкраевой извилине (gyrus supramarginalis). Повреждение этих областей приводит к потере способности понимать смысл услышанных слов. Оптический центр речи расположен в угловой извилине (gyrus angularis), поражение этого участка мозга лишает возможности узнавать написанное.