Интегративные процессы в ЦНС как основа психических функций

Психические процессы, согласно современным представлениям, не локализованы в определенных структурах мозга. Они форми­руются на основе системной иерархической организации структур мозга, каждая из которых специализированно участвует в осу­ществлении определенных операций, а их взаимодействие обеспе­чивает осуществление целостной функции.

Нейрофизиологические механизмы восприятия и их возрастные особенности. Процессу восприятия принадлежит важнейшая роль в обеспечении контактов с внешней средой и в формировании познавательной деятельности. Восприятие — сложный активный процесс, включающий анализ и синтез поступающей информации.

В осуществлении процесса восприятия принимают участие раз­личные области коры, каждая из которых специализированно участвует в операциях приема, анализа, переработки и оценки по­ступающей информации. В первичных проекционных корковых зо­нах (корковый конец анализатора, по И. П. Павлову) происходит прием и анализ отдельных признаков сигнала. Во вторичных проекционных зонах информация, поступающая из определенных анализаторов, синтезируется в сложные сенсорные комплексы. В зонах перекрытия анализаторов — ассоциативных областях коры интегрируется возбуждение, приходящее из разных анализаторов, происходит его сличение с эталоном, сформированным на основе прошлого опыта. В этих областях осуществляется комплексная оценка поступающей информации, принимается решение о ее ха­рактере. Происходит опознание стимула, определение его зна­чимости.

Постепенность и неодновременность созревания областей коры в процессе онтогенеза определяют существенные особенности про­цесса восприятия в различные возрастные периоды. Определенная степень зрелости первичных проекционных корковых зон к момен­ту рождения ребенка создает условие для осуществления на уров­не коры больших полушарий приема информации и элементарного анализа качественных признаков сигнала уже в период новорож-денности. Установлено, что новорожденные способны выделять предметы из окружающего фона. Они задерживают взор на од­ном из элементов предъявляемого изображения.

В течение первых месяцев жизни усложняется анализ сенсор­ных стимулов в проекционной коре. В ЭЭГ-исследованиях форми­рования зрительного восприятия показано значительное усложне ние коркового ответа на афферентный стимул так называемого вызванного потенциала (ВП), наличие которого отмечено у ново­рожденных.

К 2—3 месяцам резко увеличивается разрешающая способ­ность зрительного анализатора. Периоды бурного развития зри­тельной функции отличаются высокой пластичностью, повышенной чувствительностью к факторам внешней среды. Они рассматрива­ются как сенситивиые периоды развития, чувствительные к на­правленным развивающим воздействиям. Это свидетельствует о необходимости раннего начала сенсорного воспитания.

По определению И. М. Сеченова, новорожденный «видит, но видеть не умеет». Восприятие, создание образа предмета связано с функцией ассоциативных областей. По мере их созревания они начинают включаться в анализ поступающей информации. В ран­нем детском возрасте до 3—4 лет включительно ассоциативные зоны дублируют функцию проекционной коры. Их вызванные от­веты по форме, временным параметрам, реактивности соответству­ют ответам проекционной зоны (см. рис. 16).

Качественный скачок в формировании системы восприятия от­мечен после 5 лет. К 5—6 годам заднеассоциативные зоны спе­циализированно вовлекаются в процесс опознания сложных изо­бражений, а в проекционной коре осуществляется более простой анализ, например выделение контура и контраста. В этом возрасте существенно облегчается опознание сложных, ранее незнакомых предметов, сличение их с эталоном. Это дает основание рассмат­ривать дошкольный возраст как сенситивный (особо чувствитель­ный) период развития зрительного восприятия. Клинические на­блюдения показали, что катаракта — помутнение хрусталика глаза, возникшая у ребенка до 5—6 лет, приводит к необратимым нарушениям зрительной функции.

В школьном возрасте система зрительного восприятия продол­жает усложняться и совершенствоваться за счет включения переднеассоциативных областей. Эти области, ответственные за принятие решения, оценку значимости поступающей информации и организацию адекватного реагирования, обеспечивают формиро­вание произвольного избирательного восприятия. Существенные изменения избирательного реагирования с учетом значимости сти­мула отмечены к 10—11 годам. Недостаточность этого процесса в начальных классах обусловливает затруднение в выделении основной значимой информации и отвлечение несущественными деталями.

Структурно-функциональное созревание лобных областей про­должается в подростковом возрасте и определяет совершенствова­ние системной организации процесса восприятия. Заключительный этап развития воспринимающей системы обеспечивает оптималь­ные условия для адекватного реагирования на внешние воздей­ствия.

Нейрофизиологические механизмы внимания и их формирова­ние с возрастом. Внимание является одной из важнейших психо­физиологических функций, обеспечивающих оптимизацию процес­сов воспитания и обучения. Так же как восприятие, внимание — сложный системный акт, в котором принимают участие различные структуры мозга. Внимание повышает уровень активации коры больших полушарий. К системе структур, участвующих в этом процессе, относятся структуры, вызывающие генерализованную ак­тивацию коры больших полушарий — ретикулярная формация среднего мозга, локальную активацию — лимбическая система и высшие корковые центры регуляции и контроля — лобные области коры больших полушарий. Генерализованная активация опосредует процессы непроизвольного внимания. С механизмами локаль­ной активации связано осуществление произвольного внимания. Существует тесная двухсторонняя связь процессов внимания и восприятия. С одной стороны, внимание, активируя определенные области коры больших полушарий, оптимизирует восприятие, соз­дает условия для избирательного включения различных областей коры в этот процесс. С другой стороны, внимание осуществля­ется на основе анализа и обработки всей поступающей информа­ции. Поэтому формирование процесса внимания с возрастом свя­зано как со структурно-функциональным созреванием активирую­щей системы мозга, так и с созреванием корковых структур, участ­вующих в анализе и обработке информации.

Признаки непроизвольного внимания обнаруживаются уже в период новорожденности в виде элементарной ориентировочной реакции на экстренное применение раздражителя. Эта реакция еще лишена характерного исследовательского компонента, но она уже проявляется в определенных изменениях электрической ак­тивности мозга, вегетативных реакциях (изменение дыхания, ча­стоты сердцебиения).

Критическим периодом в формировании непроизвольного вни­мания является 2—3-месячный возраст — ориентировочная реак­ция приобретает черты исследовательского характера.

В грудном, так же как и в младшем дошкольном возрасте корковая генерализованная активация представлена усилением тета-ритма, отражающего повышенную активность структур связанных с эмоциями. Особенности активационных процессов определяют специфику произвольного внимания в этом возрасте внимание маленького ребенка привлекают в основном эмоциональные раздражители. По мере формирования системы речи, формируется социальная форма внимания, опосредованная речевой инструкцией. Однако вплоть до 5-летнего возраста эта форма внимания легко оттесняется непроизвольным внимание!* возникающим на новые привлекательные раздражители

Существенные изменения корковой активации, лежащей в основе внимания, отмечены в 6-7-летнем возрасте обнаруживается зрелая форма корковой активации в виде генерализованной блокады альфа-ритма. Существенно возрастает роль речевой ин­струкции в формировании произвольного внимания Вместе с тем в этом возрасте еще велико значение эмоционального фактора Качественные сдвиги в формировании нейрофизиологических механизмов внимания отмечены в 9-10 лет. Структурно-функциональное созревание лобных областей коры обеспечивает органи­зацию процессов локальной регулируемой активации в соответ­ствии с принятием решения на основе проанализированной инфор­мации или словесной инструкции. В результате этого в деятель­ность избирательно включаются определенные структуры мозга активность других затормаживается и создаются условия для наи­более экономичного и адаптивного реагирования

В начале подросткового периода (12-13 лет) нейроэндокринные сдвиги, связанные с началом полового созревания приво­дят к изменению корково-подкоркового взаимодействия ослаблению корковых регулирующих влияний на активационные процессы — ослабляется внимание, нарушаются механизмы произ­вольной регуляции функции. К концу подросткового периода с за­вершением полового созревания нейрофизиологические механиз­мы внимания соответствуют таковым взрослого.

Физиологические механизмы памяти. Важнейшим свойством нервной системы является способность накапливать хранить и воспроизводить поступающую информацию. Накопление инфор­мации происходит в несколько этапов. В соответствии с этапами запоминания принято выделять кратковременную и долговремен­ную память. Если информация, хранящаяся в кратковременной памяти (например, номер телефона только что прочитанный или услышанный), не передается в долговременную память то она быстро стирается. В долговременной памяти информация хранится длительно в доступном для извлечения виде. Следы памяти или энграммы, упрочняются каждый раз по мере извлечения процесс упрочения энграмм по мере их воспроизведения называется консолидацией следов памяти. Предполагается, что механизмы кратковременной и долговременной памяти различны. Кратковременная, или оперативная, память связывается с обработкой информации в нейронных сетях; предполагается, что ее меха­низмом может быть циркуляция импульсных потоков по замкну­тым нейронным цепям. Долговременная память, очевидно, связана со сложными процессами синтеза белка в нейронах высших от­делов ЦНС. Запоминание, хранение и извлечение наиболее акту­альной в данный момент информации из памяти является ре­зультатом сложного динамического взаимодействия различных структур мозга.

В операциях по запечатлеванию и извлечению следов памяти принимают участие нейроны различных областей коры, лимбической системы и таламуса. Клинические наблюдения показали, что при поражении одного из основных отделов лимбической системы — гиппокампа утрачивается память на недавние собы­тия, но сохраняется память на давно прошедшее.

Деятельность нейронов заднеассоциативных отделов коры тес­но связана с хранением и извлечением следов памяти. При раз­дражении височной доли во время операции возникают четкие картины прошлого, в точности воспроизводящие обстановку вспо­минаемого события.

Качественной особенностью памяти человека, отличающей ее от памяти животных, даже высших приматов, является то, что человек способен запоминать не столько все подробности инфор­мации, сколько общие положения. В прочитанном тексте взрос­лый человек запоминает не словесную формулировку, а содер­жание. Это свойственная человеку словесно-логическая абстракт­ная память.

Механизмы памяти претерпевают значительные изменения с возрастом. Память, основанная на хранении следов возбуждения в системе условных рефлексов, формируется на ранних этапах развития. Относительная простота системы памяти в детском воз­расте определяет устойчивость, прочность условных рефлексов, выработанных в раннем детстве. По мере структурно-функцио­нального созревания мозга происходит значительное усложнение системы памяти. Это может привести к неравномерному и неодно­значному изменению показателей памяти с возрастом. Так, в младшем школьном возрасте объем памяти достоверно возрастает, а скорость запоминания уменьшается, увеличиваясь затем к под­ростковому возрасту. Созревание высших корковых формаций с возрастом определяет постепенность развития и совершенствова­ния словесно-логической абстрактной памяти.

Мотивации и эмоции, их значение в целенаправленном поведе­нии. Мотивация — активные состояния мозговых структур, побуж­дающие совершать действия (акты поведения), направленные на удовлетворение своих потребностей. Мотивации создают необходи­мые предпосылки поведения. Мотивации могут создаваться как биологическими потребностями (например, пищевая мотивация), так и высшими познавательными потребностями.

В формировании мотиваций и эмоций важная роль принадлежит лимбической системе мозга. Функции лимбической системы много образны. При раздражении электрическим током гипоталамуса н миндалевидного тела или удалении поясной извилина у животных наблюдаются реакции ярости, агрессивного поведения рычание, расширение зрачков. Двустороннее разрушение миндалевидного тела вызывает снижение двигательной активности; реакций ярости и агрессии при этом наблюдать не удается. При удаление миндалевидного тела у человека, по медицинским показаниям снижается эмоциональная активность типа страха, гнева ярости

Деятельность лимбических структур регулируется лобными от делами коры больших полушарий, с функцией которых связаны формирование высших познавательны потребностей эмоционального состояния на основе проанализированной в коре больших полушарий информации, оценки ее значимости. Эмоции изменяют состояние всего организма. Отрицательные эмоции плохо влияют на здоровье, угнетают человека он становится вялым, рассеянным, апатичным.

Положительные эмоции, выражением которых является улыбка, смех, увеличивают интенсивность энеогетических процессов. Соответственно возрастают потенциальные возможности организма. Более тонко работает интеллектуальная сфера, особенно четко воспринимаются воздействия внешней среды облегчается память. Роль эмоций особенно велика в детском возрасте, когда доминируют процессы корковой эмоциональной активации. У детей очень велика потребность в новизне. Удовлетворение потребностей в новизне способствует положительным эмоциям, и те, в свою очередь, стимулируют деятельность ЦНС. Согласно представлению П. В. Симонова, эмоция, компенсируя недостаток сведении, необходимых для достижения цели обеспечивает продолжение действий, способствует поиску новой информации и тем самым повышает надежность живой системы Тесная связь эмоций с потребностями определяет необходимость учета возрастных особенностей эмоциональной сферы ребенка в процессе воспитания. Воспитание способно существенно влиять даже на биологические, врожденные потребности, изменять степень и формы их проявления. Еще более велика роль воспитания в формировании социально обусловленных, в том числе и познавательных, потребностей. Расширение сферы потребности с помощью целенаправленных воспитательных мероприятий, тесно связанных с эмоциями на этапе развития, который характеризуется повы­шенной эмоциональной активацией, будет способствовать расширению диапазона внешних воздействий, привлекающих внимание, и тем самым приведет к совершенствованию познавательных процессов и целенаправленной деятельности ребенка.

Созревание высших отделов ЦНС в младшем школьном возрасте расширяет возможность формирования познавательных потребностей и способствует совершенствованию регуляции эмоций.

Эмоции детей из-за слабости контроля со стороны высших отделов ЦНС неустойчивы, их внешние проявления несдержанны. Ребенок легко и быстро плачет и так же быстро от плача может перейти к смеху. От радости ребенок громко смеется, кричит, машет руками. С возрастом сдержанность эмоциональных проявлений возрастает. В этом немалую роль играют воспитательные воздействия, направленные на совершенствование внутреннего тор­можения. Сдержанности ребенок учится у взрослых, и здесь так важно, чтобы взрослые являли образец в этом отношении.

В организации учебно-воспитательного процесса следует учитывать, что положительные эмоции повышают общий уровень функционирования нервных структур в обеспечении их мобилиза­ционной готовности к восприятию информации из внешнего мира.

Опытным учителям известно, что эмоциональное изложение материала обостряет внимание учеников и повышает интерес к учебе. Каждый из нас хорошо знает: когда настроение хорошее, то и работа спорится. А как нужны положительные эмоции спортсмену, как они помогают ему бороться и побеждать!

Врачи утверждают, что люди веселые, жизнерадостные реже болеют, а в периоды побед раны у солдат заживают быстрее и лучше.

Нейрофизиологические механизмы сна и бодрствования.

Необ­ходимое условие жизнедеятельности человеческого организма — чередование бодрствования и сна.В состоянии бодрствования человек активно взаимодействует с внешней средой, воспринимает сигналы окружающего мира и отвечает адекватными реакциями. Сон — это состояние, характе­ризующееся значительным ослаблением связей с внешним миром. Сон играет роль восстановительного процесса. Во время сна снижается интенсивность обменных процессов, мышечный тонус, уменьшается частота сердечных сокращений. Сон необходим для нормальной умственной деятельности. При длительном сокраще­нии сна снижается умственная работоспособность, повышается раздражительность, могут наступить отклонения психики.

Работами И. П. Павлова и его учеников показано, что сон и внутреннее торможение по своей природе являются единым про­цессом. Внутреннее торможение во время бодрствования охваты вает лишь отдельные группы клеток, а во время сна иррадиирует по коре больших полушарий и на нижележащие отделы головного мозга, обеспечивая необходимый покой и возможность восста­новления. И. П. Павлов расценивал сон как охранительное тор­можение, распространившееся в высших отделах нервной систе­мы. Он писал: «Клетки больших полушарий в высшей степени чувствительны к малейшим колебаниям внешней среды и долж­ны быть тщательно оберегаемы от перенапряжения, чтобы не дой­ти до органического разрушения. Таким охранительным сред­ством для клеток больших полушарий и является торможение» (Павлов И. П. Поли. собр. соч.—М., 1951.—Т. III.—Кн. 2.— С. 392).

В настоящее время установлено существование в стволовой части головного мозга образований, оказывающих влияние на наступление сна и бодрствования. Поддержание состояния бодр­ствования связано с функцией ретикулярной формации ствола моз­га. Ретикулярная формация, получая сигналы из всех сенсорных систем по неспецифическим афферентным волокнам, оказывает ге-нерализованное активирующее влияние на кору больших полуша­рия. Перерезка мозга выше ретикулярной формации и прекраще­ние тем самым восходящих активирующих влияний вызывает у животного непрерывный сон. Наступление сна связывается также с возбуждением определенных структур мозга, так называемых центров сна, расположенных в базальных отделах переднего моз­га, таламуса и задней части ретикулярной формации. Эти струк­туры находятся в реципрокных отношениях с восходящей активи­рующей ретикулярной формацией. Их раздражение подавляет ак­тивность ретикулярной формации, и наступает глубокий сон. Повреждение центров сна вызывает бессонницу.

Таким образом, смена функциональных состояний определяет­ся сложным взаимодействием различных структур мозга.

Электроэнцефалограмма сна. Медленноволновой и быстрый сон. Для изучения уровня и характера активности высших отде­лов ЦНС при разных функциональных состояниях широко используется метод регистрации биотоков мозга.

Наиболее глубокий сон характеризуется наличием высокоам­плитудного медленного дельта-ритма. Этот медленноволновой сон характеризуется снижением всех функций организма, отсутствием сновидений и быстрых движений глаз. Хотя это и глубокий сон, но человек может быстро проснуться при действии особо важных для него раздражителей, например при звуке шагов, детском плаче, скрипе дверей; при этом он может не просыпаться от гром­ких, но привычных и безразличных для него раздражителей. И. П. Павлов объяснял это явление наличием в коре больших полушарий на фоне общего торможения «бодрствующих» центров, которые он назвал сторожевыми пунктами.

При изучении электрической активности мозга во время сна было замечено, что периодически через каждые 80—90 мин мед­ленные ритмы в электроэнцефалограмме сменяются быстрыми, высокочастотными ритмами, сходными с ритмами бодрствующего мозга. В это время регистрируются быстрые движения глаз, уве­личивается частота пульса и дыхания. Это периоды так назы­ваемого парадоксального сна. Несмотря на то, что в парадок­сальном сне регистрируются такие же ритмы, как при активном бодрствовании, восприятие внешних сигналов резко угнетено. И разбудить человека еще труднее, чем во время медленноволнового сна. Наиболее важной особенностью парадоксального сна является наличие сновидений. Предполагается, что характерные для этой фазы сна «активные» ЭЭГ отражают нейродинамические процессы, связанные со сновидением. Периодическое воз­никновение во время ночного сна парадоксального сна объясня­ется функционированием определенной нейрохимической системы. Разрушение так называемого голубого ядра, содержащего боль­шое количество медиатора норадреналина и расположенного в нижней части ретикулярной формации ствола, приводит к выпа­дению стадии парадоксального сна.

В целом ночной сон складывается из циклов, а каждый цикл из пяти стадий: одной — быстрого и четырех — медленного сна. | Эти периоды образуют биологический ритм продолжительностью 1,5 ч.

Как выяснилось, быстрый сон, хотя и составляет одну часть стадий сна, крайне необходим организму человека. Если взрослого человека лишить быстрого сна в течение только одной ночи, то появляется резкая раздражительность. Более длительное от­сутствие быстрого сна может привести к расстройству психики.

В процессе развития ребенка изменяется соотношение между продолжительностью бодрствования и сна. Прежде всего умень­шается продолжительность сна. Продолжительность суточного сна новорожденного 21 ч, во втором полугодии жизни ребенок спит 14 ч, в возрасте 4 лет—12 ч, 10 лет—10 ч. Потребность в су­точном сне у взрослого составляет 7—8 ч.

Становление электроэнцефалографической картины сна про­исходит на ранних этапах развития. Все стадии сна, включая па­радоксальный сон, выражены уже у грудных детей.