Рассмотрев онтогенез сенсомоторных структур, мы обращаемся к формированию функциональных систем, описанных академиком П.К. Анохиным1. Теория функциональных систем рассматривает организм как сложную интегративную структуру, состоящую из множества функциональных систем, каждая из которых своей динамической деятельностью обеспечивает полезный для организма результат.
Системогенез является частью общего учения о функциональных системах, тесно связанных с показателями внутренней среды организма, удовлетворением биологических потребностей, результатами воздействия социальной среды. Любая целенаправленная деятельность животных и человека, с точки зрения функциональных систем, представляет собой завершающий этап деятельности. П.К. Анохин оценивает системогенез как избирательное созревание функциональных систем и отдельных составляющих их компонентов в онтогенезе. Наряду с ведущими генетическими и эмбриологическими аспектами созревания функциональных систем в пре- и постнатальном периодах развития системогенез включает в себя закономерности становления поведенческих функций. Весь процесс отражения внешнего мира живыми организмами, закрепленный в филогенезе наследственными факторами, находит свое выражение в развитии зародыша у млекопитающих. В эмбриональном периоде
1 Анохин П.К. Узловые вопросы теории функциональных систем. - М., Наука, 1980.
Зкизни происходит развитие именно тех функциональных систем, которые необходимы для осуществления жизненно важных функций новорожденного, приспосабливающих его
К внешней среде.
Основным процессом, осуществляющим подбор функциональных систем для существования в новой (внешней) среде, является ускоренное (гетерохронное) и избирательное созревание центральных и периферических структур. Эти приспособительные реакции организма наследственно закрепляются в фило- и эмбриогенезе.
Такое разновременное созревание различных структур зародыша необходимо для концентрации питательных веществ и энергии в определенных системах в заданные возрастные сроки. У человека имеется свой рано созревающий набор функциональных систем, т.е. свой системогенез. При этом система может начать функционировать, не получив еще полного развития. Для ее формирования необходимы сигналы (раздражения), поступающие из внешней среды. Последовательность созревания отделов центральной нервной системы обусловлена генетически. Спинной мозг начинает дифференцироваться раньше головного и независимо от него. Готовность нервной клетки и всего нейрона к деятельности обусловлена накоплением питательных веществ и наличием миелиновой оболочки, формированием синапсов.
В первую половину внутриутробного развития у плода происходит созревание спинного мозга. О его готовности к деятельности сигнализируют первые шевеления плода, которые появляются к 20-й неделе беременности. Постепенно движения плода становятся все более активными, что указывает на включение всего длинника спинного мозга. В головном мозге, по данным Б.Н. Клосовского, наиболее ранним онтогенетическим рецептором является вестибулярный аппарат, обеспечивающий определенное положение плода. Вестибулярный аппарат развивается усиленными темпами и к 6-7 месяцам внутриутробного развития достигает определенной зрелости. Во вторую половину беременности у плода активно формируется головной мозг, особенно его задние отделы: ствол мозга и мозжечок, который тесно связан в функциональном отношении с вестибулярной системой. В стволе головного мозга, являющегося продолжением спинного мозга, заложены ядра черепно-мозговых нервов, ретикулярная формация, проводящие пути. Во вторую половину беременности заканчивается
Формирование головного мозга плода, он приобретает полные очертания.
Акт рождения является переходом от внутриутробных условий к внеутробным и обозначается как критический период. Для наступления самого акта рождения необходимо накопление плодом достаточной энергии, чтобы продвигаться по родовым путям матери, а также включение функции блуждающего нерва, обеспечивающего деятельность дыхательной и сердечно-сосудистой систем, так как целый ряд изменений должен произойти в организме ребенка в связи с прекращением плацентарного кровообращения и переходом на легочное дыхание, самостоятельное кровообращение, пищеварение и т.д.
Ядро блуждающего нерва и ядра других черепно-мозговых нервов располагаются в стволе мозга и объединяются ретикулярной формацией - неспецифическим скоплением нервных клеток, - активизирующей и усиливающей импульсы, идущие с периферии в центр и из центра на периферию. Благодаря объединяющей и активизирующей функции ретикулярной формации образуются специальные блоки - функциональные системы для выполнения определенной деятельности.
В первые дни жизни у ребенка формируется сосательный рефлекс. Любое раздражение губ ребенка вызывает ответную реакцию. В реализации сосательного рефлекса участвуют расположенные в стволе головного мозга ядра черепно-мозговых нервов (тройничного, лицевого, вестибулярного, языко-глоточного, блуждающего и подъязычного). Объединение в одну функциональную систему осуществляет ретикулярная формация, располагающаяся также в стволовой части мозга. При выполнении сосательного действия также имеет место гетерохрония, проявляющаяся в том, что для сосания необходимы простейшие движения языком вперед-назад, смычка губ (захват соска), надувание щек, напряжение мягкого нёба, глотание.
Простейшие двигательные акты, выполняющие функцию сосания, осуществляются деятельностью не целого ядра черепно-мозгового нерва, а отдельной группой клеток в данном ядре. По мере усложнения двигательного акта (например, при переходе от сосания к употреблению пищи из чашки или при помощи ложки) включаются новые группы клеток тех же ядер, которые определяют формирование более сложной функциональной системы, в то время как ранее сформированная система (в данном случае сосательный рефлекс) ослабевает, тормозится.
Двигательное развитие ребенка обусловлено включением черной субстанции, красных ядер, четверохолмия, паллидума (более старое ядро подкорки). Таким образом, включается вся экстрапирамидная система и формируется новая сигнальная система, обеспечивающая восприятие раздражений внешней среды, переработку информации и ответную реакцию. Включение паллидума проявляется активизацией эмоциональной сферы: ребенок вначале улыбается на приятный голос или улыбку взрослого, а затем и смеется. На подкорковом уровне формируются зрительные, слуховые, чувствительные и двигательные связи.
В возрасте 4 месяцев, когда ребенок становится активнее (переворачивается с боку на бок, двигает ручками и ножками, рассматривает и прикасается к висящим перед ним игрушкам, проявляет к ним интерес), движения производятся под контролем зрения и слуха, с участием мозжечковых структур, обеспечивающих их коррекцию. Вначале отмечается мимопромахивание, затем движения становятся более координированными (ребенок захватывает игрушку). Формируется новая сигнальная система (мозжечок, рука, глаз), благодаря которой развиваются метричность и координация движений, действие на расстоянии, очень важное для последующей деятельности ребенка. В этот период восприятие комплексного раздражителя сенсорного компонента оказывает одновременное воздействие на различные анализаторы, формируя связи между ними.
К 5 месяцу включается другое ядро подкорки - стриатум, в результате деятельности которого движения становятся более плавными и целенаправленными. Движения постепенно совершенствуются (ребенок охотно захватывает игрушку, удерживает ее), формируется хватательный рефлекс и закрепляется новая функциональная система. В этот период ребенок очень активно произносит звуки, преимущественно гласные, и прислушивается к ним. Если взрослый поддерживает речевую активность и произносит звуки или слова вслед за ребенком, тот эмоционально реагирует и вступает в общение. При произнесении звуков включается двигательная система (проприорецепция от всей дыхательной и голосовой мускулатуры, слух и зрение), что обеспечивает комплексное восприятие звуков и формирование своей функциональной системы.
К б месяцам заканчивается анатомическое созревание (миелинизация) ствола, надстволья, подкорковых образований, а также формирование экстрапирамидной системы, обеспечивающей определенный уровень физического и психомоторного развития. Одним из наиболее заметных изменений в физическом развитии является возможность сидеть самостоятельно. При этом резко меняется возможность обзора окружающей обстановки (нахождение игрушек и игра с ними), совершенствуется хватательный рефлекс.
Начинают включаться первичные отделы коры головного мозга, раздражители достигают коры, появляется первичный гнозис (узнавание). Постепенно формируются связи первичных и вторичных полей в своей области мозга и связи вторичных полей из разных долей мозга. Так, первыми возникают пути между зрительной и моторной областью, образуя свою функциональную систему. Образуются связи между слуховой и моторной областями и соответственно формируется своя функциональная система для выполнения определенного действия. Рано появляются связи между зрительной и слуховой областями коры головного мозга. Большое значение приобретает в этих случаях включение сенсорных систем (слух, зрение, проприорецепция), благодаря которым формируются акустико-моторные и оптико-моторные связи, упрочиваются заученные движения (праксис).
На новый уровень поднимается и речевое развитие. Если до 6 месяцев ребенок произносил отдельные гласные звуки, эмоционально их окрашивая, то после этого критического периода ребенок начинает произносить слоговые элементы (лепет). Особенность формирования лепета состоит в том, что ребенок начинает использовать звуки родного языка. Лепет вначале бедный. Постепенно количество повторений увеличивается, удлиняется время активной речевой продукции. У ребенка отмечаются два пути слежения за речью: первый - восприятие слуховых раздражений, второй - по путям глубокой чувствительности (кинестетическим). Приходя в кору головного мозга, в ее височную и теменную области, они обеспечивают тесную связь, образуя функциональную систему, благодаря которой в последующем формируется фонематический слух и восприятие речи. В этот период приобретает большое значение речевой контакт со взрослыми, которые повторяют или сами активно произносят слоги и слова, доступные для повторения ребенком. Возникает восприятие не только собственных звуков, но и звуков речи окружающих, имеющих значение для дальнейшего развития речи.
Во втором полугодии жизни, показывая и называя предметы, окружающие формируют у ребенка связи между зрительной и слуховой областью, а затем и двигательной (когда ребенок начинает манипулировать предметами). Ощупывание предметов, игра с ними создает новую форму связей - тактильно-кинестетическую и моторную. Таким образом постепенно включаются все отделы коры головного мозга, создавая свои функциональные системы.
Речевое развитие связано с включением третичных полей, которые начинают активизироваться во втором полугодии. Вначале формируется пассивный словарь (понимание отдельных слов, связанных с каким-либо предметом). К концу первого года жизни ребенок произносит первые слова. Речевая функция тесно связана с развитием всей моторной области, на что указывает формирование локомоции (ползания). Ползание, прямостояние и хождение с поддержкой, а к одному году и самостоятельная ходьба обусловлены миелинизацией пирамидного пути и включением всех отделов коры головного мозга, принимающих участие в сложном двигательном акте. Постепенно, от первых шагов под контролем пространственно-вестибулярной системы, ходьба становится автоматизированным процессом, в котором принимают участие лобная (эфферентная), теменная (афферентная), затылочная и височная области коры головного мозга. Связи этих отделов образуют свою многоуровневую функциональную систему, постепенно усложняющуюся с возрастом. Артикуляционная моторика формируется несколько медленнее и включается в деятельность по мере развития речевого общения и нервной системы. Так заканчивается определенный этап формирования функциональных систем, объединяющихся в более крупные блоки, выполняющих сложные сенсомоторные функции, обеспечивающие дальнейшее развитие ребенка.
В течение второго года жизни ребенка общая моторная деятельность становится более активной и дифференцированной. Постепенно улучшается артикуляционная моторика, обусловливая особенности произношения звуков речи. Увеличивается пассивный и активный словарь, появляются словосочетания и короткие речевые цепи. При становлении определенной деятельности формируется своя функциональная система, в которой задействованы различные уровни нервной системы. В этот период активизируются познавательная деятельность, игровой процесс, интерес к общению, окрашенные эмоциональной реакцией. К концу второго года жизни ребенок произносит 200-300 слов, структура которых еще не упрочилась (могут присутствовать редукции слоговых элементов, упрощения и т.д.).
На третьем году жизни значительно активизируется общая моторика, улучшается обеспечивающая чистоту звукопроизношения артикуляция, появляется чувство языка, интерес к прослушиванию сказок, запоминание их и перенос в игровую деятельность, разворачивается способность к подражанию, интонационному повтору. Сенсорная активность (зрительная, слуховая, тактильно-кинестетическая) обеспечивает новый уровень формирования познавательной деятельности. Речь становится более связной, фраза развернутой, количество слов достигает 1000 (к концу третьего года жизни). Трехлетний возраст в физиологии, анатомии, невропатологии является критическим периодом, так как включаются сложные третичные поля лобной области коры, обеспечивающие связи со всеми отделами мозга. При этом префронтальная область обеспечивает переход всей деятельности человека на новый психический уровень, когда мышление становится речевым, а речь - осмысленной. Упрочиваются лексические и грамматические структуры, формируется программа высказывания, поведения, эмоционально-волевой сферы.
Система префронтальной и теменно-затылочной области коры является наиболее молодой в фило- и онтогенезе. Она созревает позже других и создает новый уровень познавательной, моторной и речевой деятельности.
После трех лет резко меняется внешний вид и физическое состояние ребенка. Дети становятся более крепкими, самостоятельными, моторно-ловкими, появляется необходимость общения в игровом процессе, увеличивается запас общих понятий. Подготовленный ребенок переходит из ясель в детский сад, в котором значительно выше требования к его психомоторным функциям. В процессе игровой деятельности расширяется круг знаний, формируется процесс познания (прослушивание и запоминание сказок, стихов и другой литературы). Определяется эмоциональное отношение к окружающей обстановке. Большое значение приобретают внимание и усидчивость, с которыми ребенок выполняет определенные задания.
К этому времени у детей значительно активизируется мелкая моторика: они хорошо лепят, собирают мозаику, рисуют, правильно держат карандаш и ручку. Они достаточно хорошо ориентируются в пространстве и в схеме тела, что отражается в рисунках и игровых процессах.
К этому возрасту должна быть сформирована своя функциональная речевая система (звукопроизношение, фонематический слух, лексика и грамматика, произвольная речевая деятельность) в форме устной речи и начата подготовка к письменной (чтение и письмо). Новый сложный этап в развитии ребенка - подготовка к обучению в школе.
Таким образом, в результате ряда последовательных включений, накопления и скачков при ведущем участии высших лобных структур образуется многоуровневая функциональная система.
В процессе выполнения человеком любой двигательной деятельности, в том числе тренировочной и соревновательной, мы имеем дело не с отдельными мышцами, внутренними органами или биохимическими реакциями, а с целостным живым организмом, который представляет собой двигательную функциональную систему.
Функциональные системы пронизывают всё мироздание - от атомных и молекулярных отношений до сложных космических явлений. Но наиболее отчётливо они представлены в живых организмах.
П.К. Анохин раскрыл кибернетические принципы работы функциональных систем организма. Основные физиологические закономерности таких систем были сформулированы ещё в 1935 г., т.е. задолго до того, как были опубликованы первые работы по кибернетике. Он утверждал, что любая функциональная система организма работает по принципу саморегуляции с постоянной информацией о состоянии её конечного приспособительного результата.
Функциональная система (по П.К. Анохину) – это избирательное интегративное образование целого организма, создающееся при формировании любой его деятельности.
Системообразующим фактором функциональной системы является полезный приспособительный результат. П.К. Анохин отказался от понятия "общая система" и ограничил содержание понятия "функциональная система" в связи с тем, что отсутствие результата во всех формулировках системы делает их неприемлемыми с операциональной точки зрения. Этот дефект полностью устранён в развиваемой им теории функциональной системы.
Включение в анализ результата значительно изменяет общепринятые взгляды на систему. Всю деятельность системы и её всевозможные изменения можно представить целиком в терминах результата, что ещё более подчёркивает его решающую роль в поведении системы. Эта деятельность выражена в четырёх вопросах, отражающих различные этапы формирования системы:
1) Какой результат должен быть получен?
2) Когда именно должен быть получен результат?
3) Какими механизмами должен быть получен результат?
4) Как система убеждается в достаточности полученного результата?
В этих вопросах выражено всё то, ради чего формируется система (П.К. Анохин).
Целый организм представляет слаженную интеграцию множества функциональных систем, одни из которых определяют устойчивость различных показателей внутренней среды (гомеостазис), другие - адаптацию живых организмов к среде обитания. Одни функциональные системы генетически детерминированы, другие складываются в индивидуальной жизни на основе обучения (в процессе взаимодействия организма с разнообразными факторами среды).
3 Архитектура функциональной системы
По своей архитектуре функциональная система целиком соответствует любой кибернетической модели с обратной связью.
Функциональная система имеет однотипную организацию и включает следующие общие, притом универсальные для разных функциональных систем узловые механизмы:
полезный приспособительный результат как ведущее звено функциональной системы;
рецепторы результата;
обратную афферентацию, поступающую от рецепторов результата в центральные образования функциональной системы;
центральную архитектуру, представляющую избирательное объединение нервных элементов различных уровней;
исполнительные соматические, вегетативные и эндокринные компоненты, включающие организованное целенаправленное поведение.
Центральная архитектура функциональных систем складывается из следующих узловых стадий:
афферентный синтез,
принятие решения,
акцептор результата действия,
эфферентный синтез,
формирование самого действия,
оценка достигнутого результата.
Центральным системообразующим фактором функциональной системы является результат её деятельности. Каждый поведенческий акт, приносящий тот или иной результат, формируется по принципу функциональной системы. Результат – выражение, воплощение решения. Жизнь организма развивается от результата к результату и поэтому ни животное, ни человек никогда не задумываются над тем, с помощью какой комбинации мышц эти результаты получены.
В этом плане примечателен пример, который приводит П.К. Анохин в своих работах. "Посмотрите на котёнка, который проделывает ритмические чесательные движения, устраняя какой-то раздражающий агент в области уха. Это не только тривиальный "чесательный рефлекс". Это в подлинном смысле слова консолидация всех частей системы в результате. Действительно, в данном случае не только лапа тянется к голове, т.е. к пункту раздражения, но и голова тянется к лапе. Шейная мускулатура на стороне чесания избирательно напряжена, в результате вся голова наклонена в сторону лапы. Туловище также изогнуто таким образом, что облегчаются свободные манипуляции лапой. И даже три не занятых прямо чесанием конечности расположены таким образом, чтобы с точки зрения позы тела и центра тяжести обеспечить успех чесания".
Взаимодействие, взятое в его общем виде, не может сформировать системы из "множества компонентов". Следовательно, и все формулировки понятия "система", основанные только на "взаимодействии" и на "упорядочении" компонентов, оказываются сами по себе несостоятельными. Результат является неотъемлемым и решающим компонентом системы, создающим упорядоченное взаимодействие между всеми другими её компонентами.
Упорядоченность во взаимодействии множества компонентов системы устанавливается на основе степени их содействия в получении целой системой строго определённого полезного результата. "Главное качество биологической самоорганизующейся системы и состоит в том, - пишет П.К. Анохин, - что она непрерывно и активно производит перебор степеней свободы множества компонентов, часто даже в микроинтервалах времени, чтобы включить те из них, которые приближают организм к получению полезного результата "
Компонент функциональной системы входит в её состав, только если он вносит свою долю содействия в получение полезного результата.
Результат следует рассматривать в двух аспектах. С одной стороны , результат есть конечный итог управленческого цикла. С другой стороны , результат – начало нового цикла, сигнал к новому анализу ситуации, новым операциям и т.д.
Поведение функциональной системы определяется достаточностью или недостаточностью достижения результата : в случае его достаточности организм переходит на формирование другой функциональной системы с другим полезным результатом, представляющим собой следующий этап в череде результатов. В случае недостаточности полученного результата возникает активный подбор новых компонентов и, наконец, после нескольких "проб и ошибок" находится совершенно достаточный приспособительный результат.
Каждый поведенческий результат имеет физические, химические, биологические, а для человека – социальные параметры, по которым постоянно происходит его оценка организмом. Параметры результата регистрируются соответствующими рецепторами, генетически настроенными на получение информации только определённой формы.
Результаты, образующие различные функциональные системы, могут проявляться на молекулярном, клеточном, гомеостатическом, поведенческом, психическом уровнях и при объединении живых существ в популяции и сообщества. Отсюда понятно, что целостный организм объединяет множество слаженно взаимодействующих функциональных систем, часто принадлежащих к разным структурным образованиям и обеспечивающих своей содружественной деятельностью гомеостазис и адаптацию к окружающей среде.
Объединение компонентов в функциональную систему строится не по анатомическому признаку, а по признаку достижения приспособительного результата деятельности организма.
Состав функциональной системы не определяется топографической близостью структур или их принадлежностью к какому-либо разделу анатомической классификации. В неё могут быть ИЗБИРАТЕЛЬНО вовлечены как близко, так и отдалённо расположенные структуры организма. Она может вовлекать дробные разделы любых цельных в анатомическом отношении систем и даже частные детали отдельных целых органов. В то же время, в различные функциональные системы избирательно включаются одни и те же органы своими различными степенями свободы.
Компонентами любой функциональной системы являются не органы и ткани, а функции, являющиеся производными "деятельности" тех или иных органов и тканей. Образно говоря, морфологический субстрат представляет только клавиатуру рояля, на которой различные функциональные системы разыгрывают разнообразные мелодии, удовлетворяющие различные потребности человека.
Функциональная система - динамическая совокупность органов и тканей, относящихся к различным анатомо-физиологическим структурам и объединившихся для достижения определенной приспособительной деятельности (полезного приспособительного результата).
В основе функциональной системы лежит принцип возвращения к норме той или иной величины. Каждая функциональная система возникает в том случае, если какая-либо величина отклоняется от нормы. Функциональная система - это временное образование, до достижения определенного результата.
Цель работы функциональной системы - возвращение величины к норме.
Организм человека - совокупность различных функциональных систем. Из всех функциональных систем в данный момент есть одна - доминирующая.
Каждая функциональная система состоит из 4-х звеньев:
1. центральное звено - совокупность нервных центров, регулирующих ту или иную функцию;
2. исполнительное звено - органы и ткани, которые работают для достижения результата (сюда включаются поведенческие реакции);
3. обратная связь (афферентация) - после работы второго звена возникает вторичный поток импульсов от рецепторов в центральную нервную систему, идет информация об изменении той или иной величины;
4. полезный результат - для достижения которого и работает функциональная система.
Каждая функциональная система обладает 2-мя свойствами:
1. динамичность - каждая функциональная система - это образование временное. Различные органы могут входить в состав одной функциональной системы, одни и те же органы могут входить в состав различных функциональных систем;
2. саморегуляция - функциональная система обеспечивает поддержание на постоянном уровне различных параметров без вмешательства из вне. Все функциональные системы работают по принципу опережения. При отклонении от нормы величины импульсы поступают в центральное звено, и там формируется эталон будущего результата. Затем начинает работать 2-е звено. Как только полученный результат будет соответствовать эталону, то функциональная система распадается.
Выделяют два типа функциональных систем. Функциональные системы первого типа обеспечивают само регуляцию функционирования систем организма, направленных на возможность его существования в данных условиях среды. Функциональные системы второго типа обеспечивают приспособительный эффект через изменение поведения. Именно этот тип функциональных систем лежит в основе различных поведенческих актов.
Согласно П.К. Анохину, функциональная система второго типа состоит из следующих стадий:
Афферентный синтез; стадия принятия решения; стадия акцепторов результата действия; эфферентный синтез (программа действия); само действие; оценка достигнутого результата.
Афферентный синтез представляет собой объединение всей сенсорной информации, поступающей в мозг. Его содержание определяется мотивационным возбуждением, памятью. Любая информация, поступающая информация соотносится с доминирующим в настоящее время мотивационным возбуждением. Пусковая афферентация определяет то возбуждение, которое будет формироваться в сенсорной системе под влиянием внешнего биологически значимого раздражителя. Распределение раздражителей во времени и пространстве определяет обстановочную афферентацию (при изменении последовательности действий (обстановки) условный рефлекс может не проявляться). Функциональная роль пусковых и обстановочных афферентаций обусловлена прошлым опытом человека, хранящегося в виде памяти. На основе взаимодействия мотивационного, обстановочного возбуждения и памяти формируется так называемая интеграция или готовность к определенному поведению. Чтобы она трансформировалась в определенное целенаправленное поведение требуется воздействие со стороны пусковых раздражителей (пусковая афферентация). Внешним проявлением афферентного синтеза, обусловленного влияниями лимбической системы и ретикулярной формации на кору, является активизация ориентировочно-исследовательского поведения.
Завершение этой стадии сопровождается переходом в стадию принятия решения, которая определяет тип и направленность поведения, этот этап реализуется через формирование аппарата акцепторов результата действия, программирующий результаты будущих событий.
Эфферентный синтез или стадия программа действия осуществляет интеграцию соматических и вегетативных возбуждений в целостный поведенческий акт. Эта стадия характеризуется тем, что действие уже сформировано как нервный процесс, но внешне оно еще не реализуется.
На основании этой программы происходит конкретное действие, результаты которого благодаря наличию обратной афферентации сопоставляются с акцептором результатов действия. В случае достижения желаемого результата действие прекращается, в противном случае в программу поведения вносятся соответствующие корректировки.
Теория функциональных систем , предложенная П.К.Анохиным, постулирует принципиально новый подход к физиологическим явлениям. Она изменяет традиционное “органное” и открывает картину целостных интегративных функций организма.
Возникнув на основе теории условных И.П.Павлова, теория функциональных систем явилась ее творческим развитием. Вместе с тем в процессе развития самой теории функциональных систем она вышла за рамки классической рефлекторной теории и оформилась в самостоятельный принцип организации физиологических функций. Функциональные системы имеют отличную от рефлекторной дуги циклическую динамическую организацию, вся деятельность составляющих компонентов которой направлена на обеспечение различных приспособительных результатов, полезных для организма и для его взаимодействия с окружающей средой и себе подобными. Любая , согласно представлениям П.К.Анохина, имеет принципиально однотипную организацию и включает следующие общие, притом универсальные для разных функциональных систем периферические и центральные узловые механизмы:
- Полезный приспособительный результат как ведущее звено функциональной системы;
- результата;
- Обратную афферентацию, поступающую от рецепторов результата в центральные образования функциональной системы;
- Центральную архитектонику, представляющую избирательное объединение функциональной системой нервных элементов различных уровней;
- Исполнительные соматические, вегетативные и эндокринные компоненты, включающие организованное целенаправленное .
С общетеоретической точки функциональные системы представляют саморегулирующиеся организации, динамически и избирательно объединяющие и периферические органы и ткани на основе нервной и для достижения полезных для системы и организма в целом приспособительных результатов. Полезными для организма адаптивными результатами являются в первую очередь обеспечивающие различные стороны метаболических процессов гомеостатические показатели, а также находящиеся за пределами организма результаты поведенческой деятельности, удовлетворяющие различные биологические (метаболические) организма, потребности зоосоциальпых сообществ, социальные и духовные потребности человека.
Функциональные системы строятся прежде всего текущими потребностями живых существ. Они постоянно формируются метаболическими процессами. Кроме того, функциональные системы организма могут складываться под влиянием специальных факторов окружающей организм среды. У человека это в первую очередь факторы социальной среды. Механизмы также могут быть причиной формирования функциональных систем, особенно поведенческого и психического уровней.
Совокупная деятельность множества функциональных систем в их взаимодействии определяет сложные процессы гомеостазиса организма и его взаимодействия со средой обитания.
Функциональные системы представляют, таким образом, единицы интегративной деятельности организма.
Теорию функциональных систем предложил еще в 30-х годах 20 века П. К. Анохин, т. к. рефлекторная теория не объясняла сложное поведение человека.
Под функциональной системой понимается динамическая саморегулирующаяся организация, избирательно объединяющая центральную нервную систему, периферические органы и ткани в целях достижения полезного для организма приспособительного результата (П. К. Анохин, 1975 г.). Например, система речеобразования, которая формируется в онтогенезе, а защитная - внутриутробно.
Системообразующим фактором является конечный приспособительный результат. Например, у марафонца, а это длина дистанции, требующая длительного, устойчивого функционирования ЦНС, ЖВС, КТС, СД; у гимнастов - сложно-координационные упражнения, требующие совершенной системы управления (ЦНС), а в опоре на руки - развития мышц верхних конечностей, пояса мышц верхних конечностей и туловища, вестибулярной системы.
Каждая функциональная система, вне зависимости от сложности, имеет однотипную центральную организацию:
афферентный синтез
принятие решения
акцептор результата действия
принятие решения акцептора результата действия, эффекторного синтеза и оценка достигнутого результата действия.
Афферентный синтез является первой стадией формирования любой функциональной системы и обусловлен доминирующей на данный момент мотивацией, обстановочной афферентацией (воздействием на организм внешних факторов-рев трибун, жара, холод, ветер, дождь).
Доминирующая мотивацияформируется на основе ведущей потребности, при участии мотивационных центров гипоталамуса (рекорд, первое место, приз, слава). Доминирующая мотивация активирует память, в которой заложена программа всей функциональной системы, участвующей в достижении результата.
На фоне мотивации, обстановочной афферентации и памяти действует пусковая афферентация (пусковой стимул, условный сигал - свисток, табло, флажок).
Этап афферентного синтеза обеспечивает постановку цели, достижению которой будет посвящена реализация функциональной системы.
Принятие решения является второй стадией функциональной системы. По физиологической сути - означает выбор единственной линии эффективного действия, направленного на реализацию ведущей потребности организма (например, обеспечение кислорода).
Акцептор результата действия является третьей стадией формирования функциональной системы, в которой происходит программирование основных параметров потребного результата, и на основе обратной афферентации о достигнутых параметрах реального результата осуществляется их постоянное сопоставление, сравнение и оценка. Информация о них поступает в акцептор благодаря обратной афферентации, которая позволяет исправить ошибки или довести акты (движения) до совершенных (сигналы от работающих мышц).
Акцептор результата действия - это идеальный образ (эталон) будущих результатов действия. Морфофункционально - это нервный комплекс, куда приходят возбуждения афферентной (чувствительной) и эффекторной (двигательной) природы.
Стадия эфферентного синтеза начинается одновременно со стадией акцептора результата действия. Она состоит из программы действия, эфферентного возбуждения и заканчивается действием. В этой стадии возбуждение конвергирует (т. е. сходится) на те же промежуточные нейроны сенсомоторной коры, куда поступают афферентные возбуждения, несущие информацию о параметрах реального результата (v, L, F, t).
Если результаты не соответствуют прогнозу, то возникает реакция рассогласования, активирующая ориентировочно-исследовательскую реакцию. На ее основе формируется новый, более полный афферентный синтез, принимается более адекватное решение, что приводит к формированию более совершенной программы.
Нейроны, участвующие в формировании функциональной системы, расположены во всех структурах ЦНС.
При достижении желаемого полезного результата в акцепторе результатов действия формируется реакция согласования, если поступает афферентация, сигнализирующая об удовлетворении мотивации.
Оценка достигнутого результата начинается непосредственно после совершения действия, т. к. параметры о его результатах с помощью обратной афферентации (связи) анализируются акцептором результата действия. После этого функциональная система перестает существовать.
Согласно К. В. Судакову (1978), по своей структуре каждая функциональная система представляет собой циклическую, замкнутую саморегулирующуюся организацию. Примерами могут служить функциональные системы, определяющие уровни массы крови, число форменных элементов, кровяного давления, рН крови, содержание сахара в крови и т. д. Эти функциональные системы обусловлены внутренними, генетически обусловленными механизмами саморегуляции.
Другие функциональные системы, например, система дыхания, наряду с внутренними, имеют относительно активный внешний механизм саморегуляции. Например, недостаточное количество кислорода в атмосфере города.
В третью группу выделяют системы с активным внешним звеном саморегуляции. Например, ориентировка в пространстве. Функционирование этих систем определяется психической и поведенческой деятельностью человека. Такие функциональные системы формируются во время производственной и спортивной деятельности.
С эволюционных позиций выделяют: морфофункциональные, гомеостатические, нейродинамические и психофизиологические системы.
Цель гомеостатических функциональных систем состоит в поддержании относительно постоянными важнейших характеристик организма:
температура тела
энергетические запасы
концентрация рН
Важнейшим структурным элементом нейродинамических и психофизиологических функциональных систем является кора головного мозга и в первую очередь - ее отделы, связанные с формированием второй сигнальной системы.
Функциональные системы постоянно создаются на основе текущих потребностей организма. С целью достижения полезного для организма приспособительного результата различные функциональные системы производят избирательное объединение различных органов, тканей и их комбинации. Например, в функциональную гомеостатическую систему, обеспечивающую оптимальную температуру тела, включаются легкие, почки, потовые желез, ЖКТ, ССС, НС, ЖВС.
Число функциональных систем в жизнедеятельности человека очень велико, т. к. формируются они в соответствии с потребностями обеспечения конкретных целевых задач в трудовой и спортивной деятельности. Например, исходя из функциональной системы спортивной деятельности, доминирующая мотивация, обусловленная конечной целью (спортивный результат), определяет потребность спортсмена выполнять спортивное задание (прыжок, забег, подъем штанги) и формирует установку на ее выполнение.
Обстановочная и пусковая афферентация представляют собой воздействие на организм внешних конкретных условий выполнения задания (температура, влажность, ветер, солнце, атмосферное давление) и внутренних факторов (здоровье, работоспособность).
Память спортсмена позволяет сопоставить желание и возможность выполнения упражнения с учетом личного опыта. Формируется образ упражнения (у гимнастов), который включает конечную цель, систему двигательных программ, знание механических свойств снарядов.
Одновременно с образом формируется программа действий, происходит мобилизация и активация функций и систем организма, которым предстоит обеспечить жизнедеятельность и эфферентное возбуждение.
В процессе выполнения упражнения (например, бега) идет постоянное сопоставление ожидаемого результата и текущей деятельности (скорость бега). Если они не совпадают, то через аппарат эмоций происходит экстренная мобилизация физиологических резервов. Функциональная система реорганизуется и приводит в соответствие с текущей ситуацией путем избыточной активации физиологических функций.
Таким образом, под функциональной системой понимается такая форма организации внутренней деятельности организма, которая обеспечивает достижение стоящей перед субъектом цели и корректирует при этом свою структуру и свои функции в соответствии с данными текущего контроля за промежуточными результатами.
Функциональные состояния. Под функциональным состоянием (организма) понимается совокупность различных характеристик физиологических и психофизиологических процессов, определяющих уровень активности функциональных систем организма, определяющих жизнедеятельность, работоспособность и поведение человека.
Все элементарные процессы организма можно объединить в физиологические, психологические и поведенческие. На физиологическом уровне выделяют: двигательный и вегетативный компоненты. На психологическом-характеристики основных психических процессов. На поведенческом-количественные и качественные характеристики деятельности (м, с, км, образы и т. д.).
Функциональное состояние представляет собой динамическую картину изменений отдельных функций и систем. В то же время функциональная система обладает достаточно высокой степенью устойчивости, допуская в определенных пределах колебание параметров отдельных функций. В спорте это -спортивная форма, переходное состояние и утомление.
Применительно к физиологии труда и спорта понятие «функциональное состояние» необходимо для определения возможности человека выполнить конкретный вид профессиональной или спортивной деятельности.
Классификация функциональных состояний строится по надежности, цели деятельности, степени напряженности регуляторных механизмов гомеостаза, адекватности ответной реакции.