Психофизиологические основы обучения

Межнейронное взаимодействие и нейронные сети

психофизиология мозг сигнальный система

В соответствии с системным подходом объединения нейронов могут приобретать свойства, которых нет у отдельных нервных клеток. Поэтому объединения нейронов и их свойства представляют особый предмет анализа в нейро- и психофизиологии. Так, например, американский исследователь В. Маункасл предлагает в качестве своеобразной "единицы" нейрофизиологического обеспечения информационного процесса "элементарный модуль обработки информации" -- колонку нейронов, настроенных на определенный параметр сигнала. Совокупность миниколонок, в каждой из которых представлен определенный параметр сигнала, образуют макроколонку, которая соответствует определенному участку внешнего пространства. Таким образом, для каждого участка внешнего мира осуществляется параллельный анализ свойств представленного там сигнала. Предполагаемая роль межнейронного взаимодействия настолько значительна, что легла в основу представления об особой функциональной единице -- "дендроне", который представляет морфофункциональную основу генерации "психона" -- элементарной единицы психического. То и другое образование носит гипотетический характер, и представляет интерес постольку, поскольку отражает настоятельную потребность исследователей мозга в выделении сопоставимых физиологических и психологических единиц анализа.

Нейронная сеть

Важной единицей функциональной активности ЦНС считается элементарная нейронная сеть. Принципы кооперативного поведения нейронов в сети предполагают, что совокупность взаимосвязанных элементов обладает большими возможностями функциональных перестроек, т.е. на уровне нейронной сети происходит не только преобразование входной информации, но и оптимизация межнейронных отношений, приводящая к реализации требуемых функций информационно-управляющей системы. Одним из первых идею сетевого принципа в организации нейронов выдвинул Д. Хебб, позднее появились работы В. Мак-Каллоха и К. Питса, посвященные сетям формальных нейронов. В отечественной психофизиологии начальным этапом в изучении нервных сетей явились работы Г.И. Полякова (1965), который с эволюционных позиций охарактеризовал принципы возникновения и функционирования нейронной сети, выделив элементарное координационное устройство как прототип сетевой "единицы".

Типы сетей

В настоящее время сетевой принцип в обеспечении процессов переработки информации получает все большее распространение. В основе этого направления лежат идеи о сетях нейроноподобных элементов, объединение которых порождает новые системные (эмерджентные) качества, не присущие отдельным элементам этой сети. По характеру организации в нервной системе чаще всего выделяют три типа сетей: иерархические, локальные и дивергентные. Первые характеризуются свойствами конвергенции (несколько нейронов одного уровня контактируют с меньшим числом нейронов другого уровня) и дивергенции (нейрон нижележащего уровня контактирует с большим числом клеток вышележащего уровня). Благодаря этому информация может многократно фильтроваться и усиливаться. Наиболее характерен такой тип сетей для строения сенсорных и двигательных путей. Сенсорные системы организованы по принципу восходящей иерархии: информация поступает от низших центров к высшим. Двигательные, напротив, организованы по принципу нисходящей иерархии: из высших корковых центров команды поступают к исполнительным элементам (мышцам). Иерархические сети обеспечивают очень точную передачу информации, однако выключение хотя бы одного звена (в результате травмы) приводит к нарушению работы всей сети. В локальных сетях поток информации удерживается в пределах одного иерархического уровня, оказывая на нейроны-мишени возбуждающее или тормозящее действие, что позволяет модулировать поток информации. Таким образом, нейроны локальных сетей действуют как своеобразные фильтры, отбирая и сохраняя нужную информацию. Предполагается, что подобные сети имеются на всех уровнях организации мозга. Сочетание локальных сетей с дивергентным или конвергентным типом передачи может расширять или сужать поток информации. Дивергентные сети характеризуются наличием нейронов, которые, имея один вход, на выходе образуют контакты с множеством других нейронов. Таким путем эти сети могут влиять одновременно на активность множества элементов, которые при этом могут быть связаны с разными иерархическими уровнями. Являясь интегративными по принципу строения, эти сети, по-видимому, выполняют централизованную регуляцию и управление динамикой информационного процесса.

Векторная психофизиология. По мере развития представлений о строении и функционировании сетей разного типа наблюдается интеграция этих исследований и информационного подхода. Примером служит векторная психофизиология -- новое направление, основанное на представлениях о векторном кодировании информации в нейронных сетях. Суть векторного кодирования в следующем: в нейронных сетях внешнему стимулу ставится в соответствие вектор возбуждения -- комбинация возбуждений элементов нейронного ансамбля. При этом ансамблем считается группа нейронов с общим входом, конвертирующих на одном или нескольких нейронах более высокого уровня. Различие между сигналами в нервной системе кодируется абсолютной величиной разности тех векторов возбуждения, которые эти стимулы генерируют. Например, выполненные в этой логике исследования цветового зрения человека показывает, что воспринимаемый цвет определяется направлением фиксированного четырехкомпонентного вектора возбуждения (Е.Н. Соколов, 1995). Интенсивное развитие сетевые модели переработки информации получили в нейрокибернетике и так называемом коннекционизме. Высокий уровень абстракции и использование формального математического аппарата в этих моделях далеко не всегда опирается на реальное физиологическое содержание и в целом меняет плоскость анализа, переводя его из системы физиологических понятий в систему условных единиц с условными свойствами. Тем не менее, исследования в этой области продвигаются весьма успешно и порождают такие модели как, например, нейроинтеллект.

Системный подход к проблеме "мозг -- психика"

Несмотря на то, что исследования проблемы "мозг -- психика" с позиций системного подхода стали реальностью во второй половине ХХ в., идеи о функциональном единстве мозга и его связи с поведением и психикой начали возникать более 100 лет назад.

История проблемы. Уже в конце прошлого века, в основном в русле клинической неврологии, стали высказываться идеи о единстве функционирования частей мозга и связи этого единства с умственными возможностями человека. Так, например, Ф. Голтс (1881) утверждал, что местоположение ума следует искать во всех частях коры, точнее, во всех отделах мозга. Широкую известность получили проведенные в начале века эксперименты К. Лешли. Его концепция о структурной организации поведения основывалась на опытах, выполненных на крысах, в последние годы на обезьянах, а также на клинических наблюдениях. Он стойко придерживался взгляда, что в коре мозга нет такого поля, которое бы не принимало участия в осуществлении "интеллектуальных функций". В отечественной науке одним из первых высказал идею системной организации мозга Л.С. Выготский. Еще в 1934 г. он писал:"...функция мозга как целого... представляет собой продукт интегральной деятельности расчлененных, дифференцированных и снова иерархически объединенных между собой функций отдельных участков мозга ..." и далее: "специфическая функция каждой особой межцентральной системы заключается прежде всего в обеспечении совершенно новой продуктивной, а не только тормозящей возбуждающей деятельности низших центров, формы сознательной деятельности." (цит. по: Выготский Л.С., 1982. Т. 1). Следует подчеркнуть, что эти идеи были высказаны в то время, когда в исследованиях мозга безраздельно царила павловская физиология, сосредоточенная на изучении функциональных единиц поведения -- рефлексов и их мозговой организации. Значительно преуспев в познании относительно элементарных процессов и функций, господствовавшая физиология столкнулась, однако, с чрезвычайными трудностями, обратившись к сложным формам поведения. Тем не менее аспект целостности функционирования мозга "отпугивал" большинство физиологов своим якобы "сверхъестественным" содержанием, навязанным идеями гештальтизма. В результате, как отмечает Н.Ю. Беленков (1980) целостность мозга как предмет исследования надолго ушла из поля зрения физиологии.

Мозг как система систем. Широкое внедрение системного подхода в физиологию изменило методологию и логику научных исследований. В настоящее время большинство нейрофизиологов считает, что мозг представляет собой "сверхсистему", состоящую из множества систем и сетей взаимосвязанных нервных клеток. Причем выделяется два уровня существования систем (микроуровень и макроуровень) и соответственно два типа систем: микро- и макросистемы. Микроуровень представляет совокупность популяций нервных клеток, осуществляющих относительно элементарные функции. Примером микросистемы может служить нейронный модуль -- вертикально организованная колонка нейронов и их отростков (см. п. 1.4.4.). Одинаковые по своим функциям модули объединяются в макросистемы. Микросистемы сопоставимы с отдельными структурными образованиями мозга. Например, отдельные зоны коры больших полушарий, имеющие разное клеточное строение (цитоархитектонику), представляют разные макросистемы. Методология системного подхода находит свое отражение в конкретных экспериментальных исследованиях. Соответственно изучаются системы двух типов: микро- и макро-. В первом случае предметом анализа является интеграция и консолидация систем применительно к нейрональным элементам с учетом специфичности тех функций, которые выполняют нейроны в системном обеспечении поведения и психики. Во втором случае проводится исследование интегративной деятельности на уровне мозга как целого с учетом топографического фактора, т.е. специфики участия отдельных структур мозга в обеспечении тех или иных психических функций и процессов. Здесь главное место занимает регистрация биоэлектрической активности отдельных структур мозга и оценка взаимодействия активности разных отделов мозга с помощью специальных показателей (см. тему 2). Независимо от того, какой уровень представляет система: микро- или макро-, единым является общий принцип взаимодействия: при объединении (консолидации) элементов в систему возникают качества или свойства, не присущие отдельным элементам. В консолидированной системе изменение одного из элементов влечет за собой изменения всех остальных элементов, а следовательно, и системы в целом.

Системная психофизиология. Итак, в соответствии с одним из главных принципов системного подхода --принципом ЦЕЛОСТНОСТИ -- свойства целого мозга не сводимы к свойствам отдельных его частей (будь это нейроны, отделы мозга или функциональные системы). В связи с этим встает задача связать отдельные структуры, или элементы, мозга в системные организации и определить новые свойства этих организаций по сравнению с входящими в них структурными компонентами. Таким образом, применение системного подхода диктует необходимость сопоставлять психические явления не с частичными нейрофизиологическими процессами, а с их целостной структурной организацией. Новое экспериментальное направление -- системная психофизиология ставит своей задачей изучение систем и межсистемных отношений, составляющих и обеспечивающих психику и поведение человека. Основная парадигма, в контексте которой ведутся исследования этого направления (причем преимущественно на животных) связана с изучением активного приспособительного поведения, а теория функциональной системы служит их теоретической основой. Детальное описание этих исследований дано в книгах "Основы психофизиологии" (1998) и "Современная психофизиология" (1999).

Психофизиология профессиональной деятельности - это часть психофизиологии, междисциплинарной области теоретических и прикладных знаний. Ее предметом является изучение профессиональной деятельности как особой формы поведения человека, деятельности эффективной, свойственной профессионалу. Теоретические исследования направлены на выяснение духовных, психических и физических механизмов обеспечения профессиональной деятельности. Прикладная психофизиология использует полученные знания в качестве естественнонаучной основы для предсказания результатов профессиональной деятельности персонала, обоснования методов оптимизации самоуправления и внешнего управления профессиональной деятельностью. Основная задача ППД - изучение широкого круга психофизиологических, психологических и социально-психологических свойств человека, которые проявляются в конкретной деятельности, оказывают влияние на эффективность и качество этой деятельности, определяют надежность и работоспособность человека, его психическое состояние, удовлетворенность трудом и психофизиологические ресурсы. Наиболее актуальными вопросами современного состояния изучаемой науки являются: - изучение механизмов психических процессов, состояний и поведений; - изучение основных механизмов памяти, внимания и сознания; - вопросы в области кодирования информации нервной системы; - различные аспекты психофизиологической адаптации персонала к условиям проф. деятельности; - психофизиологические аспекты профессионального отбора, вопросы профессиографии и профессиограмм; - измерение и анализ физиологических и психологических рабочих нагрузок персонала; - изучение психофизиологических компонентов работоспособности персонала - влияние эргономики и технической эстетики на психофизиологические состояния персонала. Объектом изучения является персонал организации, его поведение в соответствии с правилами и требованиями, которые необходимо соблюдать для обеспечения высокоэффективной деятельности и работоспособности кадров на длительный период. Предметом изучения психофизиологии является физиологические и нейронные механизмы психических процессов, состояний и поведения.

Сигнальная система - это система условно-рефлекторных связей организма с окружающей средой. Высшая нервная деятельность животных имеет ряд качественных отличий от высшей нервной деятельности человека. В процессе эволюции сформировалась высшая нервная деятельность животных и на ее основе образовалась качественно новая высшая нервная деятельность человека.

У животных создаются лишь условия для формирования высшей нервной деятельности человека, это:

способность к выработке условных рефлексов на комплекс раздражителей. При формировании комплексов каждый отдельный раздражитель теряет свое значение, главное - это определенные отношения между раздражителями способность различать похожие комплексы;

у животных имеется высокая способность к обобщению условно-рефлекторной деятельности. Проявляется в генерализации условного рефлекса;

способность к выработке условного рефлекса высшего порядка, т. е. у высших животных можно выработать рефлекс на базе других условных рефлексов;

способность к выработке цепей условных рефлексов.

В процессе эволюции человек обретает социальную деятельность, на основе которой формируется его высшая нервная деятельность. "Особенность высшей нервной деятельности человека в том, что в процессе эволюции возникла прибавка к его психической и умственной деятельности - 2-я сигнальная система" (Павлов).

Характеристика первой сигнальной системы и ее морфологический субстрат

1-ая сигнальная система - система условнорефлекторных реакций на конкретный раздражитель. Она есть у животных и человека. Проявляется в формировании условных рефлексов на каждый конкретный (предметный) раздражитель из внешней и внутренней среды. Осуществляется за счет коры головного мозга. Морфологический субстрат 1-ой сигнальной системы - вся кора головного мозга за исключением мозгового отдела речевого анализатора.

1-ая сигнальная система формируется за счет деятельности различных сенсорных систем организма. Отправной пункт - возбуждение периферических рецепторов. За счет возбуждения сенсорных систем в коре головного мозга возникает определенные ощущения на основе которых формируется чувствительные образы, обеспечивающие восприятие окружающей среды. 1-ая сигнальная система обеспечивает конкретное, предметное мышление.

Вторая сигнальная система. Ее морфологический субстрат

2-ая сигнальная система - система речи - система условно-рефлекторных связей на речевой раздражитель. Обеспечивает восприятие и воспроизведение речи.

Эта система функционирует как речедвигательный анализатор, состоящий из 3-х отделов:

периферический - рецепторы звукопроизносящих органов (мышцы ротовой полости, гортань);

проводниковый - 3-х нейронный: 1- в черепно-мозговых ганглиях; 2 - в образованиях ствола мозга; 3 - в зрительных буграх;

мозговой отдел анализатора - в левом полушарии (у праворуких) - состоит из 3-х компонентов:

моторный центр Брока в нижних отделах лобной доли, куда проецируется мышцы звукопроизносящего аппарата;

центр Вернике - сенсорный - в височной доле - обеспечивает восприятие речи;

центр восприятия письменной речи - в затылочной области коры головного мозга.

Субстрат 2-ой сигнальной системы - мозговой отдел речедвигательного анализатора. Эта система возбуждается под действием речевых раздражителей, т. е. для нее адекватный раздражитель - слово. За счет деятельности 2-ой сигнальной системы в коре головного мозга возникают абстрактные образы, т. е. абстрактное мышление.

Особенности 2-ой сигнальной системы по сравнению с 1-ой сигнальной системой:

высокая степень - иррадиации возбуждения;

высокая частота протекания условных рефлексов и их быстрая перестройка;

легкость возникновения процессов торможения.

Взаимодействие первой и второй сигнальной систем

Первая и вторая сигнальные системы взаимодействуют между собой.

2-ая сигнальная система формируется на базе 1-ой сигнальной системы и в нормальных условиях регулирует деятельность 1-ой сигнальной системы.

По мнению Иванова-Смоленского в процессе становления сигнальных систем различают 4 этапа:

1 этап. Н-Н. Есть лишь 1-ая сигнальная система. На непосредственный раздражитель возникает непосредственная ответная реакция. Есть у животных и ребенка 1-го месяца жизни.

2 этап. С-М. На словесный раздражитель - непосредственная реакция. ("Брысь" - уход.) Есть у детей.

3 этап. М-С. Становление речи. На непосредственный раздражитель - словесная реакция (ребенок на 2-ом году жизни).

4 этап. С-С. На сложный раздражитель - словесная реакция.

2-ая сигнальная система на базе 1-ой сигнальной системы, обеспечивая особый уровень высшей нервной деятельности человека, делает возможным существование человека в социальной среде.

Третья сигнальная система - это сознательное использование нервной системы или её части при взаимодействие между человеком и окружающим миром. Согласно квантовой психологии такие феномены как «соотношение неопределенностей Гейзенберга», «Принцип дополнительности Бора», «дискретность», «вероятность», «влияние наблюдателя на наблюдаемое» обнаруживаются в физиологии нейронов мозга и нервных сплетений. Научившись контролировать резонансы нервной системы, человек приобретает критерий взаимодействия Психика-Бытие вне первой и второй сигнальной системы (вне традиционных органов чувств и обобществления на основе памяти), а так же приобретает квантово-механические органы труда.

Третья сигнальная система - это то же что антропорегуляция (психорегуляция или саморегуляция) у русских космистов, или в древнем человеческом наследии - это контроль и управление чакрами (нервными узлами), микроскопическими орбитами (даосская традиция)..

Понятие третья сигнальная система введено после определений первая и вторая сигнальная система. Последние понятия выдвинуты И. П. Павловым (1932) для определения принципиальных различий в работе головного мозга животных и человека.

Мозг, в широком смысле нервная система, животного большей частью отвечает лишь на непосредственные зрительные, звуковые и другие раздражения или их следы; возникающие ощущения составляют первую сигнальную систему.

Человек же обладает помимо того способностью анализа и синтеза, осуществляемый корой больших полушарий головного мозга, для обобщения посредством слова (математическими символами, образами художественных произведений) бесчисленные сигналы первой сигнальной системы в виде понятий. По определению И.П. Павлова формируется в высших отделах центральной нервной системы и связано с тем, что только человек способен формировать отвлечённый от обстоятельств образ.

Например, слово «лимон». Ярко представьте, какой он кислый и жёлтый. Вспомните, как вы морщились, когда ели лимон. Если объём слюны у вас увеличился, то это работа второй сигнальной системы.

В настоящее время в изучении ТСС преобладает накопление фактов, характеризующих значение психического резонанса определенной части нервной системы, и вскрытие уровня взаимодействия между человеком и окружающим миром. Установлено, что ТСС развивается как результат выработки системы безмолвных психических состояний цели, что качественно отличается от воздействия словесных или образных сигналов. При активности ТСС наблюдаются стойкие изменения амплитуды, частоты и длительности электрических разрядов в нервных клетках определённых пунктов нервной системы.

Перспектива развития третьей сигнальной системы -- это результат сознательного управления психическими резонансами центральной и периферической нервной системы, и развитие биополя нервной системы.

Понятие третьей сигнальной системы (ТСС) и квантовой подход позволяет произвести общую классификацию психических явлений, а так же объяснить необычные психические явления, как телекинез, телепатия (посыл и прием мысли), телепортация, левитация, материализация, многоликость, многорукость, интуиция, ясновидение, яснослышание и прочее, что делает человека соразмерным бесконечной архитектуре бытия.

Список литературы

1. Анохин П.К. Очерки по физиологии функциональных систем. М.: Медицина, 1975.

2. Выготский Л.С. Собр. соч.: В 6 т. Т. 1. О психологических системах. М.: Педагогика, 1982. С. 109-131.

3. Естественнонаучные основы психологии / Под ред. А.А. Смирнова, А.Р. Лурия, В.Д. Небылицына. М.: Педагогика, 1978.

4. Иваницкий А.М., Стрелец В.Б., Корсаков И.А. Информационные процессы мозга и психическая деятельность. М.: Наука, 1984.

5. Основы психофизиологии / Под ред. Ю.И. Александрова. М., 1998.

Размещено на Allbest.ru