Циркадианные ритмы у человека

Схема 14.2. Структуры сознания

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

Социальный аспект сознания заключается в том, что сознание выступа­ет в качестве способности к такой переработке знания, которая обеспечи­вает направленную передачу информации от одного лица к другому в виде абстрактных символов речи как главного средства межличностной комму­никации.

Речь здесь выступает как материальная форма коммуникационного ас­пекта сознания. Сознание — знание, которое может быть передано и стать достоянием других членов общества с помощью слов, художественных произ­ведений и т. д. Для осознания явлений и предметов как окружающей сре­ды, так и внутренней жизни человека, необходимо участие речевых зон коры большого мозга, связь гностических зон новой коры с моторной ре­чевой областью в левом полушарии (у правшей ).

Сознание отличается от более низко организованных форм психической деятельности выделением своего собственного «я» из окружающего мира.

К сфере подсознания относится все то, что осознаваемо или может быть осознаваемым в определенных условиях. Это хорошо автоматизиро­ванные, глубоко усвоенные (интериоризированные) навыки. К подсозна­нию относится и интуиция, которая не связана с порождением новой ин­формации, предполагает лишь использование ранее накопленного опыта. В процессе эволюции подсознание возникает как средство защиты созна­ния от лишней работы, избыточной нагрузки.

Судя по характеру биоэлектрической активности, различия между осо­знанными и неосознаваемыми реакциями (протекают на уровне подсозна­ния) заключаются в степени глобальности активации мозга и зависят от количества вовлеченных в реакцию структур мозга.

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, нет необходимости переводить интероцептивную информацию в сферу со­знательной деятельности. Поэтому человек «ощущает» свои внутренние органы лишь в случае формирования в них некоторого патологического процесса; в состоянии нормы для физиологической регуляции внутренних органов достаточно уровня автоматизированных подсознательных рефлек­торных реакций. Подключение сознания обычно достигается активацией большого количества корковых структур, вызываемой возбуждением рети­кулярной формации мозгового ствола.

Установлено, что структуры мезэнцефалической ретикулярной форма­ции характеризуются мощным влиянием, активирующим сознание. Мини­мальный период активации мозговых структур для осознанного восприя­тия сигнала составляет 100—300 мс.

Сверхсознание как источник образования новой информации, гипотез, открытий составляет основу высшего этапа творческого процесса. Его нейрофизиологический механизм заключается в трансформации следов памяти, родственных образов и понятий, порождении на основе их ассо- 614

циации новых комбинаций, тем самым создание новых временных связей, порождаемых аналогией, законами логики (жесткой однозначной до мно­гозначной, вероятностной или даже размытой). При этом неосознавае- мость творческой интуиции является средством защиты мыслительной де­ятельности от преждевременного вмешательства сознания, от давления ра­нее накопленного консервативного опыта.

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

14.5.4. Мышление

Мышление — высшая ступень человеческого познания, процесс отраже­ния в мозге окружающего реального мира, основанный на двух принци­пиально различных психофизиологических механизмах: образовании и непрерывном пополнении запаса понятий, представлений и выводе но­вых суждений и умозаключений.

Мышление позволяет получить знание о таких объектах, свойствах и отношениях окружающего мира, которые не могут быть непосредственно восприняты при помощи первой сигнальной системы. Формы и законы мышления составляют предмет рассмотрения логики, а психофизиологи­ческие механизмы — соответственно психологии и физиологии.

Мыслительная деятельность человека неразрывно связана со второй сигнальной системой. В основе мышления различают два процесса: пре­вращение мысли в речь (письменную или устную) и извлечение мысли, содержания из определенной его словесной формы сообщения. Мысль — форма обобщенного абстрагированного отражения действительности, обу­словленного некоторыми мотивами, специфический процесс интеграции определенных представлений, понятий в конкретных условиях социально­го развития. Поэтому мысль как элемент ВНД представляет собой резуль­тат общественно-исторического развития индивида с выдвижением на пе­редний план языковой формы переработки информации.

Творческое мышление человека связано с образованием все новых поня­тий. Слово как сигнал сигналов обозначает динамичный комплекс конкрет­ных раздражителей, обобщенных в понятии, выраженном данным словом и имеющим широкий контекст с другими словами, с другими понятиями. В течение жизни человек непрерывно пополняет содержание формирую­щихся у него понятий расширением контекстных связей используемых им слов и словосочетаний. Любой процесс обучения, как правило, связан с расширением значения старых и образованием новых понятий.

Словесная основа мыслительной деятельности во многом определяет характер развития, становления процессов мышления у ребенка, проявля­ется в формировании и совершенствовании нервного механизма обеспече­ния понятийного аппарата человека на базе использования логических за­конов умозаключений, рассуждений. Первые речедвигательные временные связи появляются к концу первого года жизни ребенка; в возрасте 9— 10 мес слово становится одним из значимых элементов 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.

Глубина мыслительной деятельности, определяющая умственные осо­бенности и составляющая основу человеческого интеллекта, во многом обусловлена развитием обобщающей функции слова. В становлении обоб­щающей функции слова у человека различают несколько этапов интегра­тивной функции мозга. На первом этапе слово замещает чувственное вос­приятие определенного предмета (явление, событие), 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. 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, которых 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 др. 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», «книга», «одежда» и др.).

Этапы развития интегративной обобщающей функции слова как со­ставного элемента мыслительных операций тесно связаны с периодами развития познавательных способностей. Первый, начальный период при­ходится на этап развития сенсомоторных координаций (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 нейро- и психофизиологических механизмов мыслительной деятельности. Дальнейшее развитие ума, ин­теллекта достигается за счет количественных изменений; все основные механизмы, определяющие сущность человеческого интеллекта, уже сформированы.

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).

14.6. ВТОРАЯ СИГНАЛЬНАЯ СИСТЕМА

В процессе эволюции животного мира на этапе развития вида Homo sa­piens произошло качественное изменение системы сигнализации, обес­печивающее адаптивное поведение. Оно обусловлено появлением вто­рой сигнальной системы — возникновением и развитием речи, суть ко­торой заключается в том, что во второй сигнальной системе человека сигналы приобретают новое свойство условности — преобразуются в знаки в прямом смысле этого слова.

В первой сигнальной системе все формы поведения, включая способы и средства взаимного общения, базируются исключительно на непосредст­венном восприятии действительности и реакции на натуральные раздра­жители. Первая сигнальная система обеспечивает формы конкретно-чув­ственного отражения. При этом вначале в организме формируется ощуще­ние отдельных свойств, предметов, явлений, воспринимаемых соответст­вующими рецепторными образованиями. На следующем этапе нервные механизмы ощущений усложняются, на их основе возникают другие, бо­лее сложные формы отражения — восприятия. И только с возникновени­ем и развитием второй сигнальной системы появляется возможность осу­ществления абстрактной формы отражения — образование понятий, пред­ставлений.

В отличие от условных рефлексов животных, отражающих окружающую действительность с помощью конкретных слуховых, зрительных и других сенсорных сигналов, раздражители второй сигнальной системы отражают окружающую действительность с помощью обобщающих, абстрагирующих понятий, выражаемых словами. В то время как животные оперируют лишь образами, формируемыми на основе непосредственно воспринимаемых сигнальных раздражителей, человек с его развитой второй сигнальной сис­темой оперирует не только образами, но и связанными с ними мыслями, осмысленными образами, содержащими семантическую (смысловую) ин­формацию. Раздражители второй сигнальной системы в значительной сте­пени опосредованы мыслительной деятельностью человека.

Физическая структура знака не зависит от объекта, который он обозна­чает. Одно и то же явление, предмет, мысль могут быть выражены с помо­щью различных звукосочетаний и на разных языках. 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 первой сигна­льной системы к понятию второй сигнальной системы.

Существенное отличие словесных сигналов от естественных сигналов первой сигнальной системы обусловлено особенностями лежащих в их основе безусловных раздражителей. У животных биологическое значение воспринимаемых сигналов обусловлено только характером последующего подкрепления, при этом связь между новым сигнальным раздражителем и подкрепляющим его раздражителем каждый раз вырабатывается заново. Сигнальное значение слова определяется всем коллективным опытом лю­дей, пользующихся данной системой словесных знаков. Таким образом, информация, содержащаяся в самих словах, связана не с природой сигна­лизации явлений и предметов реальной действительности, а с отраженной, преломленной человеческим сознанием деятельностью.

Умение использовать знаковую систему языка позволяет человеку опе­рировать осознанными понятиями об окружающей среде и представлять любой предмет, любую ситуацию в форме мысленных моделей. Способ­ность оперировать абстрактными понятиями, выражаемыми произнесен­ными или написанными словами, служит основой мыслительной деятель­ности и составляет сущность высшей формы абстрактно-обобщенного от­ражения окружающей действительности. Оперирование речью (устной или письменной) дает человеку огромные преимущества в адаптивно-приспо­собительном поведении, в познании и рациональном использовании окру­жающей природы.

Функция речи включает в себя способность не только кодировать, но и декодировать данное сообщение при помощи соответствующих условных знаков, сохраняя при этом его содержательное смысловое значение. В от­сутствие такого информационного моделирующего изоморфизма стано­вится невозможным использование этой формы общения в межличност­ной коммуникации Так, люди перестают понимать друг друга, если они пользуются разными кодовыми элементами (разные языки, недоступные всем участвующим в общении лицам) Такое же взаимное непонимание наступает и в том случае, если в одни и те же речевые сигналы закладыва­ется разное смысловое содержание.

Система символов, используемая человеком, отражает наиболее важ­ные перцептивные и символические структуры в системе коммуникации. Следует заметить, что овладение языком существенно дополняет способ­ность к восприятию окружающего мира на базе первой сигнальной сис­темы, составляя тем самым ту «чрезвычайную прибавку», о которой гово­рил И.П Павлов, отмечая принципиально важное различие в содержа­нии ВНД человека по сравнению с животными.

Слова как форма передачи мысли образуют единственную реально на­блюдаемую основу речевой деятельности. Смысл слов определяется струк­турой и объемом памяти, информационным тезаурусом индивида Смыс­ловая структура языка содержится в информационном тезаурусе субъекта в форме определенного семантического кода, преобразующего соответст­вующие физические параметры словесного сигнала в его семантический кодовый эквивалент. При этом устная речь служит в качестве средства не­посредственного прямого общения, письменная позволяет накапливать знания, информацию и выступает в качестве средства опосредованного во времени и пространстве общения.

В нейрофизиологических исследованиях речевой деятельности показа­но, что при восприятии слов, слогов и их сочетаний в импульсной актив­ности нейронных популяций мозга человека формируются специфические паттерны с определенной пространственной и временной характеристи­кой. Использование разных слов и частей слов (слоги) в специальных опытах позволяет дифференцировать в электрических реакциях централь­ных нейронов как физические (акустические), так и смысловые компо­ненты мозговых кодов психической деятельности.

Наличие информационного тезауруса индивида и его активное влияние на процессы восприятия и переработки сенсорной информации являются существенным фактором, объясняющим неоднозначную интерпретацию входной информации в разные временные моменты и в разном функцио­нальном состоянии человека Для выражения любой смысловой структуры существует множество разнообразных форм представлений, например предложений. Известная фраза¹ «Он встретил ее на поляне с цветами», — допускает три разных смысловых понятия (цветы у него в руках, у нее в руках, цветы на поляне) Одни и те же слова, словосочетания также могут означать разные явления, предметы (бор, ласка, коса и др.).

Рис. 14.5. Локализация цен­тральных частей анализатора словесных сигналов в коре большого мозга человека

Центр Брока (1), центр артику­ляции речи (2), центр контроля движения руки при письме (3), центр анализа речи (4), центр Вернике (5), центр письменных словесных сигналов (6), центр зрительного анализатора (7)

Языковая форма коммуникации как ведущая форма обмена информа­цией между людьми, ежедневное использование языка, где лишь немногие слова имеют точный однозначный смысл, во многом способствует разви­тию у человека интуитивной способности мыслить и оперировать неточны­ми размытыми понятиями (в качестве которых выступают слова и слово­сочетания — лингвистические переменные) Человеческий мозг в процес­се развития его второй сигнальной системы, элементы которой допускают неоднозначные отношения между явлением, предметом и его обозначени­ем, приобрел замечательное свойство, позволяющее человеку действовать разумно и достаточно рационально в условиях вероятностного, «размыто­го» окружения, значительной информационной неопределенности. Это свойство основано на способности манипулировать неточными количест­венными данными, «размытой» логикой в противоположность формаль­ной логике и классической математике, имеющим дело только с точными, однозначно определенными причинно-следственными отношениями. Та­ким образом, развитие высших отделов мозга приводит не только к воз­никновению принципиально новой формы восприятия, передачи и пере­работки информации в виде второй сигнальной системы, но и принци­пиально новой формы мыслительной деятельности, построении умоза­ключений на базе использования многозначной логики. Человеческий мозг оперирует «размытыми», неточными терминами, понятиями, качест­венными оценками легче, чем количественными категориями, числами. По-видимому, постоянная практика использования языка с его вероятно­стным отношением между знаком и его денотатом (обозначаемое им явле­ние или предмет) 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 структурами коры боль­шого мозга Двигательный центр речи, обеспечивающий устную речь, изве­стный как центр Брока, расположен у основания нижней фронтальной из­вилины (рис 14.5) При повреждении этого участка мозга наблюдаются расстройства двигательных реакции, обеспечивающих устную речь

Акустический центр речи (центр Вернике) находится в области задней трети верхней височной извилины и в прилегающей части — надкраевой

извилине. Повреждение этих областей приводит к потере способности по­нимать смысл услышанных слов. Оптический центр речи расположен в уг­ловой извилине; поражение этого участка мозга лишает возможности уз­навать написанное.

Левое полушарие ответственно за развитие отвлеченного логического мышления, связанного с преимущественной обработкой информации на уровне второй сигнальной системы. Правое полушарие обеспечивает вос­приятие и переработку информации преимущественно на уровне первой сигнальной системы.

Несмотря на указанную определенную левополушарность локализации центров речи в структурах коры большого мозга, следует отметить, что на­рушения функции второй сигнальной системы обычно наблюдаются и при поражении многих других структур коры и подкорковых образований. Функционирование второй сигнальной системы определяется работой це­лостного мозга.

Среди наиболее распространенных нарушений функции второй сигналь­ной системы различают агнозию — потерю свойства узнавания слов (зри­тельная агнозия наступает при поражении затылочной зоны, слуховая агно­зия — при повреждении височных зон коры большого мозга), афазию — на­рушение речи, аграфию — нарушение письма, амнезию — забывание слов.

Слово как основной элемент второй сигнальной системы превращается в сигнал сигналов в результате процесса обучения и общения ребенка со взрослыми. Слово как сигнал сигналов, с помощью которого осуществляют­ся обобщение и абстракция, характеризующие человеческое мышление, стало той исключительной особенностью ВНД, которая обеспечивает не­обходимые условия прогрессивного развития человеческого индивидуума. Способность произносить и понимать слова развивается у ребенка в ре­зультате ассоциации определенных звуков — слов устной речи. Пользуясь языком, ребенок меняет способ познания: на смену чувственного (сенсор­ный и моторный) опыта приходит оперирование символами, знаками. Обучение уже не требует обязательного собственного чувственного опыта, оно может происходить опосредованно с помощью языка; чувства и дейст­вия уступают место слову.

В качестве комплексного сигнального раздражителя слово начинает формироваться во второй половине первого года жизни ребенка. По мере роста и развития ребенка, пополнения его жизненного опыта расширяется и углубляется содержание используемых им слов. Основная тенденция развития слова заключается в том, что оно обобщает большое количество первичных сигналов и, отвлекаясь от их конкретного разнообразия, делает заключенное в нем понятие все более абстрактным.

Высшие формы абстракции в сигнальных системах мозга обычно ассо­циируются с актом художественной, творческой деятельности человека в мире искусства, где продукт творчества выступает как одна из разновидно­стей кодирования и декодирования информации. Еще Аристотель подчер­кивал неоднозначный вероятностный характер информации, содержащей­ся в художественном произведении. Как и всякая другая знаковая сигна­льная система, искусство имеет свой специфический код, обусловленный историческими и национальными факторами. В плане общения информа­ционная функция искусства позволяет людям обмениваться мыслями и опытом, дает возможность человеку приобщиться к историческому и на­циональному опыту других, далеко отстоящих и во временном, и в про­странственном отношении от него людей. Лежащее в основе творчества знаковое или образное мышление осуществляется путем ассоциаций, ин- 620

туитивных предвосхищений. С этим, видимо, связано и то обстоятельство, что многие авторы художественных произведений, художники и писатели обычно приступают к созданию произведения искусства в отсутствие предварительных четких планов, когда неясной представляется им конеч­ная форма продукта творчества, воспринимаемого другими людьми далеко не однозначно. Источником многогранности, многозначности такого ху­дожественного произведения служат недосказанность, дефицит информа­ции, особенно для читателя, зрителя в плане понимания произведения ис­кусства. Об этом говорил Э.Хемингуэй, сравнивая художественное произ­ведение с айсбергом: лишь небольшая часть его видна на поверхности (и может восприниматься всеми более или менее однозначно), большая и существенная часть скрыта под водой, что предоставляет зрителю и чита­телю широкое поле для воображения.

14.7. ПРИНЦИП ВЕРОЯТНОСТИ И «РАЗМЫТОСТИ» В ВЫСШИХ ИНТЕГРАТИВНЫХ ФУНКЦИЯХ МОЗГА

Эффективность адаптивного поведения человека в значительной степе­ни обусловлена уникальной способностью его мозга предвидеть, прогно­зировать наступление определенных событий, а значит, соответствую­щим образом подготовиться к ним. Образование условного рефлекса — один из ведущих приемов формирования приспособительного поведе­ния животного и человеческого организма — представляет собой физио­логический феномен преобразования неопределенной информации в определенную, т.е. реакцию на уменьшение неопределенности в среде.

Прогнозирование на основе прошлого опыта не может быть абсолют­ным, прогнозирование всегда носит вероятностный характер. Под вероят­ностным прогнозированием понимается предвосхищение будущего, осно­ванное на усвоении вероятностной структуры прошлого опыта и восприя­тии информации о реально существующей ситуации. На основе вероятно­стного прогноза осуществляется подготовка к таким действиям, которые в наибольшей степени способствуют достижению цели.

Способность к вероятностному прогнозу является результатом эволю­ции живых организмов в условиях вероятностно организованной среды. Прогнозы живого организма направлены на оптимизацию результатов его действий. Поскольку в естественных условиях организм сталкивается с множеством различных случайных воздействий, для построения рацио­нального прогноза необходима соответствующая статистическая обработка этих сигналов. Современные теории вероятностного обучения основаны на представлении о предсказании статистических закономерностей и вы­боре оптимальных стратегий поведения при обучении субъекта распозна­ванию вероятностной структуры раздражителей.

Поведенческие реакции организма в соответствии с вероятностным прогнозом позволяют ему резко уменьшить число ошибочных реакций, следовательно, являются эффективным средством активного приспособле­ния к окружающей среде.

В условиях неопределенного прогноза организм выполняет работу по подготовке к нескольким возможным действиям. Это соответствует ориен­тировочной реакции организма на неопределенность ситуации. Чем боль­ше неопределенность прогноза, тем больше физиологических систем вы­нужден подготовить к действию организм, тем более сильную ориентиро-

вочную реакцию мы наблюдаем. Напротив, условнорефлекторную реак­цию следует рассматривать как ответ, организуемый на базе индивидуаль­ного опыта человека и позволяющий прогнозировать появление в буду­щем некоторой определенной ситуации. Условнорефлекторная реакция организма проявляется всегда в ситуации определенного прогноза, ориен­тировочная реакция — в условиях неопределенного прогноза.

Характерной особенностью многих приобретаемых навыков является то, что они формируются в условиях стохастической внешней среды, ког­да вероятность одновременного наступления во времени и в пространстве двух разных стимулов почти всегда меньше единицы, и тем не менее через некоторое время в центральных нервных структурах, отвечающих за опре­деленные поведенческие реакции, формируется функциональная связь. Это в полной мере относится к механизму образования условного рефлек­са, наиболее распространенной ситуацией образования которого в реаль­ных условиях жизни живого организма является положение, когда вероят­ность подкрепления условного стимула безусловным почти никогда не до­стигает единицы, а сама последовательность подкрепляемых условных стимулов носит случайный характер.

Вероятностный компонент реакции занимает значительное место на всех этапах условнорефлекторного акта, состоящего из ряда последовате­льно протекающих процессов в периферических, афферентно-эфферент­ных и центральных ассоциативных системах.

Вероятностная природа закономерностей формирования условнореф­лекторной деятельности хорошо проявляется в опытах с нерегулярным подкреплением условного стимула безусловным. Результаты образования условных рефлексов, выработанных на раздражения, подкрепленные сте­реотипно или стохастически, указывают на отсутствие сколько-нибудь су­щественных различий в скорости формирования этих приспособительных ответов. В экспериментах по выработке двигательных условных рефлексов с частичным подкреплением установлено, что рефлекс вырабатывается тем лучше, чем выше вероятность подкрепления условного раздражителя безусловным.

Решение многих задач повседневной жизни человека, связанных с хра­нением и воспроизведением информации, как правило, происходит при нечетких условиях, в ситуациях, недоступных точному количественному описанию. Одним из перспективных методических подходов к анализу и познанию неточно определенных, трудноформализуемых систем является теория «размытых» множеств и «размытых» алгоритмов, представляющая собой логическое развитие концепции вероятностного детерминизма яв­лений и процессов в сложных и сверхсложных системах. Теория «размы­тых» множеств и «размытых» алгоритмов в сущности является попыткой создания концептуальной основы для оперирования «размытыми» поняти­ями, «размытыми» представлениями в количественном или квазиколиче- ственном плане.

В жизни человека число проблем, решаемых с большой точностью, на­много меньше, чем тех, которые могут решаться лишь приблизительно. Неопределенность в системе, известная под названием «размытость», иг­рает существенную роль в человеческом сознании, так как большинство явлений реального мира являются размытыми, одни в большей, другие в меньшей степени. Умение правильно решать неформализуемые пробле­мные ситуации в основном обусловлено способностью человеческого моз­га оперировать неколичественными терминами, нечеткими понятиями. Оперирование нечеткими понятиями является не слабостью, а силой, од- 622

ним из самых больших приобретений человека, возникших в процессе эволюции живого мира. Решение, принятое приблизительно, грубо, но во­время, предпочтительнее вывода, который взвешен, выверен, вычислен, но отстал от событий. Человек наращивает нечеткость понятий, когда же­лает проявить осторожность и не делать опрометчивых суждений. Усиле­ние расплывчатости — часто используемый людьми прием, когда другими способами вообще невозможно решение стоящей перед ним задачи.

Принцип «размытости» лежит в основе многих форм сознательной ин­теллектуальной деятельности, в особенности в процессах распознавания образов, в логических операциях мышления, в устной и письменной речи и др. Видимо, вопросы точной оценки, абсолютного измерения имеют скорее теоретическое значение, а в практической деятельности человека необходима лишь приблизительная оценка ситуации, отдельных составля­ющих ее компонентов. Мозг человека допускает такую неточность, коди­руя информацию, достаточную для решения задачи элементами теории «размытых» множеств, при помощи которых он лишь приблизительно оценивает исходные данные.

В повседневной жизни человек постоянно сталкивается с ситуациями, когда стратегия его поведения не может, а возможно, и не нуждается в точной регламентации. Об этом хорошо сказал Н. Винер, подчеркнувший, что главное из преимуществ человеческого мозга перед вычислительной машиной заключается в его способности оперировать нечетко очерченны­ми понятиями. Если бы человек использовал для решения проблемных ситуаций точные алгоритмы, то во многих случаях его работа сделалась бы невозможной, так как решение сложных информационных задач при по­мощи таких алгоритмов требует чрезвычайно большого объема информа­ции, огромных объемов памяти и длительного времени для переработки информации.

Замечательное свойство человеческого мозга оперировать нечеткими, плохо формализованными понятиями во многом обусловлено ролью в его жизни такой ведущей формы описания информации, каким являются ес­тественные языки. Известно, что отличительной особенностью человече­ского языка является неоднозначное отношение между знаком и обозна­чаемым им предметом. Система языков как различная форма кодирования информации составляет весьма протяженную шкалу, один конец которой занят «тяжелыми» языками, другой — «мягкими». В «тяжелых» языках каждый знак имеет четкое и определенное значение различных математи­ческих или логических операций. Напротив, в «мягких» языках вероятно­стная структура содержания, обозначаемого данным языком, проявляется особенно хорошо. Крайним образцом «мягкого» языка может служить язык абстрактного искусства. На языковой шкале кодирования и декоди­рования информации современный разговорный или письменный язык занимает среднее положение.

14.8. МЕЖПОЛУШАРНАЯ АСИММЕТРИЯ

I

 Одним из основных принципов функционирования полушарий большо­го мозга является асимметрия.

Межполушарная асимметрия определяется двумя моментами: 1) асим­метричной локализацией нервного аппарата второй сигнальной системы и 2) доминированием правой руки как мощного средства адаптивного поведения человека. Этим и объясняется, что первые представления о функциональной роли межполушарной асимметрии возникли тогда, ког­да удалось установить локализацию центров речи (моторный — центр Брока и сенсорный — центр Вернике в левом полушарии). Перекрестная проекция видов сенсорной чувствительности и нисходящих пирамидных путей в сочетании с левосторонней локализацией центра устной и пись­менной речи определяет доминирующую роль левого полушария в пове­дении человека. Экспериментальные данные подтверждают представле­ние о доминирующей роли левого полушария мозга в реализации функ­ций второй сигнальной системы, в мыслительных операциях, в творче­ской деятельности с преобладанием форм абстрактного мышления. Мож­но считать, что люди с левополушарным доминированием относятся к мыслительному типу, а с правополушарным доминированием — к худо­жественному.

По данным современной нейро- и психофизиологии, левое полушарие большого мозга у человека специализируется на выполнении вербальных символических, правое — на обеспечении и реализации пространственных, образных функций. В этом проявляется важнейшая форма функциональ­ной асимметрии мозга — асимметрия психической деятельности. Повреж­дения левой височной области коры приводят обычно к существенным на­рушениям в моторной реализации функции языка: наблюдаются элементы заикания, нечеткое произношение и т.д.; повреждения в правой височной области приводят к нарушению в четкости образного восприятия и пред­ставления внешних стимулов, явлений, предметов; при стимуляции этой зоны у больных возникают очень яркие образы, воспоминания. Установ­лено, что правое полушарие быстрее обрабатывает информацию, чем ле­вое. Результаты пространственного зрительного анализа раздражителей в правом полушарии передаются в левое полушарие в центр речи, где про­исходят анализ смыслового содержания стимула и формирование осознан­ного восприятия.

Человек с преобладанием правого полушария предрасположен к со­зерцательности и воспоминаниям, он тонко и глубоко чувствует и пере­живает, но медлителен и малоразговорчив. Доминирование левого полу­шария ассоциируется у человека с большим словарным запасом, актив­ным его использованием, с высокой двигательной активностью, целеуст­ремленностью, высокой способностью экстраполяции, предвидения, про­гнозирования. Отмечены определенные различия и в типах мыслитель­ных операций у людей с доминированием правого или левого полуша­рия. В процессах обучения правое полушарие реализует процессы дедук­тивного мышления (вначале осуществляются процессы синтеза, а затем анализа). Левое полушарие преимущественно обеспечивает процессы ин­дуктивного мышления (вначале осуществляется процесс анализа, а затем синтеза).

Во многих исследованиях установлены феноменологические особенно­сти межполушарной асимметрии в динамике образования условного реф­лекса, формирования определенного навыка. Несмотря на то что межпо­лушарное взаимодействие препятствует совершенствованию, укреплению условного рефлекса, на начальных стадиях это взаимодействие принимает определенное участие в образовании условного рефлекса. При этом благо­даря активации тормозных влияний симметричных зон коры через мозо­листое тело стимулируется образование условнорефлекторной связи; в случае закрепления рефлекса доминирующее полушарие мозга тормозит проявления условнорефлекторной памяти.

Рис. 14.6. Межполушарные взаимоотношения (по В.Л. Бианки).

 

Кора: вверху — ассоциативная, внизу — проекционная; полушария: слева — левое, справа — правое; стрелки: жирные стрелки — доминирующие влияния, тонкие — недоминирующие, белые стрелки — облегчающие влияния, прерывистые — тормозящие; 1,5 — транскалло­зальные влияния; 2, 7, 10 — восходящие афферентные влияния; 3,8— дивергенция возбуж­дения; 4 — конвергенция; 6 — экстракаллозальные влияния; 9 — межзональные транскалло­зальные влияния; 11 — межзональные внутриполушарные влияния; 12, 13 — транскалло­зальные облегчающие влияния; 14, 15 — транскаллозальные тормозящие влияния; 16 — экс­тракаллозальные облегчающие влияния; 17 — экстракаллозальные тормозящие влияния.

Синтетическая доминантная модель межполушарных взаимоотношений базируется на принципах симметрии и доминанты (рис. 14.6). В проекци­онных зонах коры преимущественно реализуется принцип гомотопично- сти, а в ассоциативных — гетеротопичности. Главная роль транскаллозаль­ных коммуникаций в проекционных зонах заключается в обмене сенсор­ной информацией, а в ассоциативных — в регуляции уровня возбудимости симметричных областей. Гомотопические связи в корковых структурах об­разуют как бы канву, на которой внутриполушарные влияния выписывают свой асимметричный узор.

Функциональная межполушарная асимметрия, реализующая в своей динамике принцип доминанты, рассматривается как саморегулирующаяся система с обратной тормозной связью. Эта система состоит из связанных между собой первичных и вторичных доминантных очагов, образующихся и поддерживающихся за счет восходящих внутриполушарных и межполу­шарных потоков возбуждения. При этом в доминирующем полушарии под влиянием восходящих внутриполушарных и межполушарных, а также гу­моральных воздействий формируется стойкий очаг повышенной возбуди­мости, способный к суммированию возбуждения, обладающий известной инерционностью и оказывающий тормозящее действие на недоминирую- шее полушарие. Передача межполушарных влияний осуществляется глав­ным образом по мозолистому телу, но определенное значение имеют и эк- стракаллозальные пути. В соответствии с индуктивно-дедуктивной гипоте­зой правое полушарие осуществляет дедуктивную обработку информации, а левое — индуктивную (в правом полушарии доминируют процессы син­теза, а в левом — процессы анализа). В общем виде схема межполушарно­го взаимодействия сводится к следующей последовательности аналити­ко-синтетической деятельности полушарий большого мозга. Сначала пра­вое полушарие посредством дедуктивного метода (от общего к частному, от синтеза к анализу) оперативно оценивает ситуацию, затем левое полу­шарие на основе индуктивного метода (от частного к общему, от анализа к синтезу) вторично формирует представление об общей закономерности и разрабатывает соответствующую стратегию поведения. Результаты этого процесса передаются в противоположное полушарие в основном по систе­ме волокон мозолистого тела.

Как образно подчеркивал В. Л. Бианки, левое полушарие обладает «за­конодательной властью, а правое — исполнительной», левое полушарие определяет цели, а правое реализует их выполнение.

14.9. ОСНОВЫ ХРОНОФИЗИОЛОГИИ

Роль фактора времени в деятельности живых систем изучает область ес­тествознания — хронобиология. Фундаментальным понятием хронобио­логии является хроном — закон, или правило, времени.

Это полный объем алгоритмически предсказуемой временной структу­ры, генетически закодированной физиологической функции или системы, которая может быть синхронизирована с окружающей средой и может из­меняться в эволюции. Следовательно, хроном — это генетически обуслов­ленная, развившаяся в процессе эволюции закодированная временная структура многочастотных ритмов, периодов роста развития и зрелости, развития как функции возраста с выраженными изменениями в начальном и позднем периодах жизни человека. Частью хронобиологии является хро­нофизиология — наука о временной зависимости физиологических процес­сов. В состав хронобиологии входит и хрономедицина с разделами хронопа­тология, хронофармакология, хронотерапия.

Объектом изучения хронофизиологии являются биологические часы — механизмы отсчета времени живым организмом. Различают два рода био­логических часов: оценку астрономического времени — биологические ритмы и измерение промежутков времени — аутохронометрию. Изучение организации функций во времени, их ритмичности имеет большое тео­ретическое и практическое значение для всех сторон жизни здорового и больного человека.

14.9.1. Биологические ритмы

Древняя форма отсчета времени в живых организмах в известной мере закреплена генетически. Биологическим ритмом (биоритм) называют автоколебательный процесс в биологической системе, характеризую­щийся последовательным чередованием фаз напряжения и расслабле­ния. Биоритмология (наука, изучающая биоритмы) использует матема­тическую теорию колебаний.

Характеристику каждого биоритма можно изобразить графически в виде хронограммы. Принцип построения хронограммы суточного измене­ния частоты сердечных сокращений представлен на рис. 14.7. Как видно, хронограмма имеет синусоидальный характер. В ней различают: 1) период; 2) фазу напряжения; 3) фазу расслабления; 4) амплитуду напряжения; 5) амплитуду расслабления; 6) акрофазу; 7) размах данного биоритма.

Любая точка хронограммы (фаза) обозначает результирующий эффект противоположных физиологических механизмов, лежащих в основе обеих фаз — напряжения и расслабления. В данном примере речь идет о комп­лексах механизмов, учащающих работу сердца (возбуждение симпатиче­ских нервов, секреция катехоламинов мозговым веществом надпочечни­ков) и замедляющих работу сердца (возбуждение парасимпатического от­дела нервной системы, понижение тонуса центров симпатико-адреналовой системы и др.).

Период — это время, необходимое для завершения одного полного цик­ла ритмического процесса. Фазы напряжения и расслабления характеризуют усиление и спад функции в течение суток. Амплитуда — разница межд} максимальной и минимальной выраженностью функции в дневное (амп­литуда напряжения) и ночное (амплитуда расслабления) время. Размах — разница между максимальной и минимальной выраженностью функций i рамках всего суточного цикла. Акрофаза — время, на которое приходите» наивысшая точка данного биоритма. Если в повторных измерениях био­ритма положение акрофазы меняется, то диапазон отклонений рассматри­вается в качестве зоны блуждания фазы. При согласованности ритмов гово­рят о синхронизации, а в случае рассогласования во времени — о десинхро низации, которую нередко сопровождает патологический синдром — де синхроноз. Поддержание ритмических процессов зависит от задатчико! времени (синхронизаторов) — физических или социальных. Например, че редование света и темноты служит задатчиком суточных ритмов.

Ритмичность биологических процессов —• неотъемлемое и универсаль ное свойство живой материи на всех уровнях ее существования — от моле кулярного до организменного, популяционного, биогеоценотического Живые организмы в течение многих миллионов лет живут в условиях рит мических изменений геофизических параметров среды. Основной смыс: временной организации состоит в согласованности течения ритмически: процессов внутри организма с ритмами вне его. Биоритмы — это эволю ционно закрепленная форма адаптации, определяющая выживаемость ор ганизмов путем приспособления их к ритмически меняющимся условия» среды обитания. Закрепленность этих биоритмов обеспечила опережаю щий характер изменения функций. Это означает, что физиологически процессы начинают меняться еще до того, как произойдут соответствую щие изменения в окружающей среде. Грубое нарушение ритмических про цессов чревато опасностью развития патологии, а их прекращение несо вместимо с жизнью.

801

Рис. 14.7. Структура хронограммы на примере циркадианного ритма частоты сер­дечных сокращений (ЧСС).

На абсциссе — время суток (фаза); на ординате — ЧСС (уд/мин). 1 — временной период (сутки), 2 — фаза напряжения (день), 3 — фаза расслабления (ночь), 4 — амплитуда напря­жения, 5 — амплитуда расслабления, 6 — акрофаза, 7 — размах, 8 — зона блуждания фазы. Точки — результаты отдельных измерений. Пунктирная хронограмма и светлые точки — по­вторное измерение (остальные объяснения в тексте).

 

Классификация биологических ритмов. К настоящему времени у челове­ка и животных описано около 1000 биоритмов, что продиктовало необхо­димость их классифицировать.

По выполняемой функции биоритмы делят на физиологические — рабо­чие циклы функционирования клеток, органов и систем организма и цир- каритмы — группу из четырех биоритмов, близких к геофизическим цик­лам: суткам, сезону, месяцу и году. Их назначение — приурочивать биоло­гическую активность к благоприятному времени.

По величине периода выделяют следующие виды ритмов.

Микроритмы (от долей секунды до 30 мин): осцилляции на молекуляр­ном уровне (синтез и распад АТФ, образование молекулярных комплексов и др.), периодичность перистальтики кишечника, частота дыхания.

Ритмы средней частоты (от 30 мин до 28 ч) — ультрадианные (до 20 ч) и циркадианные (околосуточные — 20—28 ч) ритмы: чередование сна и бодрствования, суточные изменения температуры тела, работоспособно­сти, мочеобразования, артериального давления. Циркадианный ритм — основной ритм физиологических функций человека.

Мезоритмы (длительностью от 28 ч до 6—7 дней): циркасептальные рит­мы (около 7 дней); с этими ритмами связана работоспособность человека, и в практику издавна вошла традиция выходного дня в конце каждой недели.

Макроритмы (от 20 дней до года): циркануальные, или окологодовые, ритмы; в эту группу входят сезонные и околомесячные (циркасинодиче- ские) ритмы.

Мегаритмы (длительностью в десяток или многие десятки лет): этому виду колебаний подчинены некоторые инфекционные процессы (эпиде­мии); примером мегаритма может служить и волнообразное изменение физического развития людей на протяжении многих веков (чередование процессов акселерации и ретардации).

Известны многолетние биологические ритмы. Так, через 5—6 лет у че­ловека наблюдаются подъемы творческой активности, индивидуальной ре- 628

зультативности спортсменов через 2 года, у спортсменок — через год Описан трехлетний волновой процесс становления эндокринных функций у детей с 7 до 13 лет. Тот же ритм установлен для иммунных процессов i организме. Перечень подобных процессов, имеющих большой не толью теоретический, но и клинический интерес, достаточно велик (Ф.И. Кома ров, С.И. Рапопорт). Описана зависимость критерия здоровья от времен! и года рождения.

Циркадианные ритмы у человека

Термины «циркадианный» и «циркануальный» предложены в 1959 г Ф. Халбертом. «Цирк» (от лат. circus — круг) в данном случае означав' «около» или «вокруг», так как точного совпадения с сутками или длитель н остью года нет.

Между перечисленными типами биоритмов существуют переходы. Есл! выявляется ритм более короткий, для его обозначения прибавляют при ставку «ультра», если более длительный — «инфра». К примеру, циркади анный ритм — околосуточный, а более короткий (однако не микро ритм) — ультрадианный, более длительный — инфрадианный.

Подавляющее большинство физиологических процессов в организм» человека связано со световым режимом, изменяется закономерно в тече ние суток. Циркадианный ритм представляет собой суммарный результа' действия эндогенного осциллятора (колебательная система, самостоятель но поддерживающая эндогенный ритм благодаря замкнутой внутри отри цательной обратной связи) и экзогенных влияний.

Температура тела на протяжении суток изменяется на 0,6—1,0 °C (см главу 11) и не зависит от того, спит или бодрствует человек. Температур! тела зависит от активности человека и влияет на продолжительность сна В наблюдениях в условиях длительной изоляции человека (проживание 1 пещере) со свободнотекущими ритмами отмечено, что если засыпани» совпадает с минимальной температурой тела, то сон длится 8 ч; если че ловек засыпал при относительно высокой температуре тела, то длитель ность сна могла достигать 14 ч. В нормальных условиях люди с нормаль ным 24-часовым циклом бодрствование — сон обычно засыпают с пони жением и просыпаются с подъемом температуры тела, не замечая этого Человек со времени существования вида Homo sapiens имел высокую ак тивность в дневное время суток. Этим можно объяснить то, что со време нем суток связана интенсивность основного обмена — он выше днем чем ночью.

От времени суток зависят интенсивность мочеобразования и концент рация в крови регулирующих этот процесс гормонов. У здорового челове ка на дневное время приходится акрофаза экскреции воды, электролитов продуктов азотистого обмена; на ночное время — экскреция аммиака i Н⁺ Клубочковая фильтрация днем выше, чем ночью, канальцевая реаб сорбция воды выше ночью, чем днем. Акрофазы экскреции различны: компонентов мочи несинхронны.

Не менее выражена циркадианная ритмичность деятельности сердеч но-сосудистой системы. В ночное время снижаются частота сердечноп ритма, артериальное и венозное давление. Причем максимальное и мини мальное значения систолического и диастолического артериального давле ния у людей в определенные часы суток выходят за пределы принятых з. норму величин, т.е. существуют «нормы» артериального давления в зави симости от времени суток. Это относится ко многим принятым за кон­станты параметрам физиологических функций.

В деятельности органов дыхания также выражены циркадианные изме­нения частоты и глубины дыхания, легочной вентиляции, объемов и емко­стей легких с акрофазой в дневное время. При этом акрофазы сопротивле­ния воздушному потоку в бронхах максимальны угром и вечером, а растя­жимости легких наблюдают в 9 и 13 ч.

Характерные изменения претерпевает система крови: кроветворение в красном костном мозге наиболее интенсивно утром, селезенка и лимфати­ческие узлы наиболее активны в 17—20 ч. Максимальная концентрация гемоглобина в крови наблюдается с II до 13 ч, минимальная — в ночное время. Циркадианность характерна для числа эритроцитов и лейкоцитов в крови. Установлено, что максимальный подъем количества лимфоцитов приходится на период от 24 до 9 ч, а минимальное содержание — в 18 ч, и эта картина зеркально противоположна (инверсна) суточному распределе­нию числа сегментоядерных нейтрофилов.

Показатели иммунитета человека колебательно изменяются. Это спра­ведливо по отношению к активности естественных киллеров (лимфоци­ты), к противоопухолевому иммунитету. На протяжении суток в организме имеются периоды наибольшей чувствительности к канцерогенам (факто­ры, вызывающие раковые заболевания), опухолевым клеткам и периоды максимальной резистентности, когда защитные силы организма оптималь­но сбалансированы. Известно, что ритмы деления клеток во многих злока­чественных опухолях находятся в противофазе по отношению к ритмам нормальных тканей.

Моторная и секреторная деятельность пищеварительного тракта нато­щак и после стимулирования приемом пищи существенно ниже в ночное, чем в дневное, время. Имеется циркадианная ритмичность резорбтивной активности пищеварительного тракта, пищеварительных и непищевари­тельных функций печени.

Существенны циркадианные колебания концентрации гормонов в крови. Акрофаза для кортизола приходится на 6 ч утра. В это время отмечается минимальная концентрация тиреотропного гормона. Акрофаза для инсу­лина отмечается около полудня, для ренина, соматотропина, пролактина и тиреотропина — в ночные часы, тестостерона — в ночные и утренние часы. Кортикотропин (АКТГ) выделяется из гипофиза максимально во второй половине ночи. С ритмами гипоталамо-гипофизарной системы связаны колебания функции периферических эндокринных желез, но мак­симум уровня их секреторной активности отстает на 2—3 ч от выделения гипофизарных гормонов. Важно, что циркадианность характерна не толь­ко для секреции гормонов, но и реактивности к ним различных клеток и тканей.

Наличие циркадианной активности различных физиологических систем и органов рассматривается как один из диагностических критериев состо­яния здоровья, а нарушение ритмичности в форме ее отсутствия или иска­жения — как показатель предпатологии и патологии. Например, у боль­ных гипертонической болезнью акрофазы минутного и систолического объемов сердца и АД передвинуты с дневного времени на ночное; выраже­на инверсия ритма уровня кетостероидов, возбудимости зрительных цент­ров и ряда других функциональных показателей. У больных язвенной бо­лезнью ночью не снижаются артериальное кровяное давление, уровень моторики и секреции желудка. Описано нарушение ритмичности экскре­ции с мочой ряда гормонов и электролитов при сахарном диабете.

Умственное и физическое утомление существенно изменяет ритми» ность физиологических процессов. Это явление десинхроноза рассматр! вается как обязательный компонент стресса.

Выраженность ритмологических проявлений зависит от индивидуал] ных, в том числе типологических, особенностей человека, выработанно! стереотипа времени сна и бодрствования и др. Специалисты, занимающр еся физиологией труда, считают, что максимальная работоспособность ( соответственно активность) существует в два временных периода: с 10 л 12ис16до18ч,в14ч отмечен спад работоспособности, есть он и в в< чернее время. Однако у большой группы людей (50 %) повышена работе способность в утреннее время («жаворонки») или в вечернее и ночное вр< мя («совы»). Считается, что «жаворонков» больше в среде рабочих и сл] жащих, а «сов» — среди представителей творческих профессий. Впрочем есть мнение, что «жаворонки» и «совы» формируются в результате мной летнего, предпочтительно утреннего или вечернего, бдения. Во всяко случае эти особенности следует учитывать при индивидуализации режиь, труда, отдыха, приема пищи, что может повысить функциональную рез; льтативность.

Представляет интерес вопрос о том, как изменяются циркадианнь ритмы человека в условиях добровольной изоляции от внешнего мир Были проведены наблюдения за людьми, длительно (до полугода и боле< находящимися в пещере и организующими свою активность и сон незавг симо от дня и ночи на поверхности Земли. У таких добровольцев в первь дни и недели оценка длительности суток могла укорачиваться (редко) удлиняться (часто) При последующей изоляции «сутки» испытуемого ст; бильно удлинялись, приближаясь к 24,8-часовым «лунным суткам». В pt зультате этого французский спелеолог Мишель Сиффр последний 179- день своего пребывания в пещере оценил как 151-е сутки, считая кажды «сутки» за цикл бодрствование — сон.

В естественных условиях ритм физиологической активности человек синхронизирован с его социальной активностью, обычно высокой днем низкой ночью. Сочетание акрофаз многих функций в одно и то же врем суток позволило организму увеличить потенциал своей работоспособност при одновременной экономичности физиологической регуляции.

При перемещении человека через временные пояса (особенно быстр на самолете через несколько временных поясов) наблюдается десинхронг зация функций. Она проявляется в усталости, раздражительности, рас стройстве сна, умственной и физической угнетенности; иногда наблюдг ются расстройство пищеварения, изменение АД. Эти явления возникают результате десинхронизации циркадианных, астрономических и социал! ных ритмов. Человек, покидая место своего постоянного жительства, ка бы несет с собой на новое место свой привычный ритм.

Через некоторое время эти ритмы согласуются, но для разных напрас лений перемещения человека и разных функций это время будет неодинм ковым. При перелетах в западном направлении биологические часы отстм ют по отношению к 24-часовому солнечному циклу, и для приспособлю ния к распорядку дня на новом месте должна произойти фазовая задержи биологических часов. При перелете в восточном направлении происходи их ускорение. Организму легче осуществить фазовую задержку, чем ускс рение, поэтому после перелетов в западном направлении ритмы синхрс низируются быстрее, чем при перелете в обратном направлении. Люд имеют существенные индивидуальные различия в скорости синхронизм ции ритмов при перемещениях. Скорость синхронизации прямо завись от того, как скоро прилетевший на новое место человек включится в ак­тивную деятельность и сон по местному времени, насколько он в этом за­интересован.

Если поездка недлительная и предстоит скорое возвращение, то не сто­ит перестраивать на местное время свои биологические часы, так как предстоит их быстрая возвратная «перенастройка». Это небезвредно для организма человека, если такие «перенастройки» частые, например у пи­лотов дальних авиалиний.

Одним из видов десинхронизации биологического и социального рит­мов активности является работа в вечернюю и ночную смену на предпри­ятиях с круглосуточным режимом работы. Обычно рабочие и служащие этих предприятий работают одну неделю в утреннюю, вторую — в вечер­нюю и третью — в ночную смену. При переходе с одной смены на дру­гую происходит десинхронизация биоритмов, и они не полностью вос­станавливаются к следующей рабочей неделе, так как на перестройку биоритмов человека в среднем необходимо примерно 2 нед. У работни­ков с напряженным трудом (например, авиадиспетчеры, авиапилоты, во­дители ночного транспорта) и переменной сменностью работы нередко наблюдается десинхроноз. У этих людей отмечаются различные виды па­тологии, связанные со стрессом, — язвенная болезнь, артериальная ги­пертензия, неврозы, требующие индивидуальной профилактики и кор­рекции.

Исследования связи эндогенных биоритмов с экзогенными датчиками ритмов в изолирующих человека от внешней среды камерах показали воз­можность «укоротить» сутки до 18 ч, постепенно изменяя продолжитель­ность фаз сна и бодрствования. Попытка «сжать» сутки до 16 ч оказалась безуспешной, и у испытуемых проявлялись различные, в основном психи­ческие, расстройства. «Удлинение» суток в условиях камеры испытуемыми переносилось несколько легче и функциональные расстройства у них от­мечались при навязывании «суток» длительностью 40 ч и более.

Существенная зависимость функционального состояния человека от времени суток дает объяснение многим явлениям, в том числе преимуще­ственной приуроченности приступов астмы, стенокардии, внезапной смерти к ночному времени.

Показаны циркадианные изменения реактивности организма человека, его органов и систем по отношению к токсинам и ряду фармакологиче­ских веществ. Описаны хронофармакологические эффекты противотре- вожных, антидепрессивных препаратов, сердечно-сосудистых средств, гис­тамина, этанола и ряда других экзогенных и эндогенных веществ. Это яв­ление нашло применение в практической медицине при использовании разных дозировок препаратов в дневное и ночное время. Например, бе­та-адреноблокаторы и блокаторы кальциевых каналов в целом успешнее снижают АД и меняют сердечный ритм при назначении в утренние и дневные часы по сравнению с вечерними и ночными.

Короткопериодные ритмы у человека. Микроритмы и ультрадианные ритмы достаточно распространены у человека и имеют разную периодич­ность для различных функций.

Минутный периодизм обнаружен в биоэлектрической активности бодр­ствующего и спящего мозга. Современными методами удается выделить колебания сверхмедленных потенциалов с периодом до десятков минут. Такие флюктуации лучше выражены при монотонной операторской деяте­льности и легко дезорганизуются под действием внешних раздражителей. Сходный колебательный режим показан в импульсной активности нейро­нов различных областей головного мозга и в неэлектрических процессах е частности в характере выброса медиаторов, интенсивности потребление кислорода тканями, латентности двигательного ответа, позного мышечно­го тонуса, сердечного ритма, АД, почечной экскреции, перистальтики же­лудка и кишечника, физической работоспособности, психических функ­ций: памяти, восприятия, процессов обучения. Наиболее регулярные ко лебания психических процессов обнаруживают у лиц, занятых сменно! работой, либо при психопатологии.

Микроритмы обладают индивидуальной вариабельностью и непостоян ством амплитудно-частотных характеристик. Поэтому они имеют большую прогностическую ценность и могут быть использованы в клиническо! практике (например, для определения индивидуальной фармакологиче ской чувствительности), спортивной медицине, космонавтике, а также эксперименте. Современным методом подобных исследований являете: моделирование на мелких лабораторных животных короткопериодны флюктуаций поведения: естественных (выявляющихся, например, в про цессе принудительного плавания) и искусственных — в результате воздей ствия на мозг некоторых психотропных средств.

У людей в течение суток несколько раз (с ультрадианной ритмично стью) повышается и снижается содержание гормонов в крови. С периодо! 90—100 мин претерпевает изменения электрическая активность коры бо льшого мозга. Этим колебаниям ЭЭГ тоже соответствуют изменения ряд психических процессов, в том числе внимания, мотивации, сна. Показан ультрадианная синхронность изменений ЭЭГ и периодической моторно активности пищеварительного тракта.

Человек принимает пишу несколько раз в сутки, что связано с пищевг рительными возможностями его желудочно-кишечного тракта. Такой пр? ем пищи периодически активирует все висцеральные системы организм; повышает интенсивность обмена веществ и является причиной ультрадг энной ритмичности ряда физиологических процессов. Прием пищи явле ется не единственным фактором, влияющим на ультрадианный ритм фг зиологических функций.

Инфрадианные ритмы прослежены у животных в виде сезонных изм< нений функций (зимняя спячка, сезонные изменения эндокринных, в то числе половых, функций и т.д.).

У человека описано свыше 50 физиологических процессов, обладаюпп сезонной периодичностью. В их числе — приуроченные к временам го; флюктуации умственной и физической работоспособности, состояне внутренних органов, обмена веществ. Подобно животным человек демо1 стрирует наибольшую физиологическую активность в весенне-летний п риод, а минимальную — в зимний сезон. Правда, созданная людьми Д! своего комфортного существования искусственная внешняя среда, сбала: сированное питание, наличие социальных задатчиков времени делают i менее зависимыми от климатических воздействий. Все это несколько н велирует сезонные колебания функций. Однако в случае критических с стояний, особенно при заболеваниях, эти флюктуации дают о себе знэте особой отчетливостью.

Установлено, например, что тяжелые формы полиомиелита развиваю ся чаще в летне-осенний период. Заболеваемость ревматизмом повышае ся осенью и зимой. Наиболее вероятно обострение язвенной болезни ж лудка и двенадцатиперстной кишки весной и осенью. Обострения типе тонической болезни чаще наблюдаются в зимние месяцы. Прогрессиру: щая стенокардия напряжения редко возникает летом, тогда как в янва|

апреле и октябре отмечают три пика развития заболевания. Инфаркт мио­карда более вероятен в осенне-зимний период года. Показана возмож­ность сезонной профилактики болезней (Ф.И. Комаров, С.И. Рапопорт). С ритмами солнечной активности А.Л. Чижевский справедливо связывал «эхо солнечных бурь» — ряд заболеваний человека. Примером инфрадиан- ного ритма с месячным периодом у человека является менструальный цикл женщин, составляющий около 28 сут.

14.9.2. Аутохронометрия

Внутренний отсчет интервалов времени, или аутохронометрия, является более поздним и физиологически более сложным (по сравнению с био­ритмами) эволюционным приобретением. Благодаря механизмам син­хронизации различных физиологических процессов в строго определен­ные временные интервалы организм имеет возможность формировать адекватный ответ практически в любой момент своего существования.

Эта сторона деятельности биологических часов у людей благодаря вы­сокой кортиколизации функций позволяет не только измерять промежут­ки времени, но и осуществлять сопоставление настоящих, прошлых и бу­дущих временных интервалов, а также оценивать последовательность со­бытий. Человек может фиксировать и воспроизводить без измерительных приборов, руководствуясь лишь субъективным «чувством времени», самые разные интервалы. Временная пунктуальность лежит в основе успеха и ре­зультативности практически любого вида деятельности.

Оцениваемые временные отрезки не суммируются с текущими биоло­гическими ритмами, а измеряются однократно, каждый раз заново, неза­висимо от величины промежутка времени. Таким образом отсчитываются как интервалы длиной в несколько секунд, минут, часов, так и продолжи­тельность собственной жизни.

Аутохронометрия предопределяется прежде всего генотипическими особенностями, что роднит ее с биоритмами. При всей субъективности оценки длительности временного отрезка его абсолютная величина (на­пример, индивидуальная минута у человека) достаточно характерна для каждого индивидуума и, обнаруживая колебания под действием ряда пере­менных факторов, тем не менее в среднем сохраняется на одном и том же уровне.

Полагают, что механизм работы биологических часов первого рода (аутохронометрия) отчасти основан на различных периферических микро­ритмах — непроизвольных движениях тела, мигании, сердцебиении, дыха­тельных и пищеварительных флюктуациях, интенсивности метаболизма. На уровне клетки отсчет времени связывают с процессами транспорта ионов через мембраны. Популярна гипотеза, согласно которой исходным измерителем времени является скорость взаимодействия молекул РНК и ДНК в клетке, а также «хрононгипотеза» о наличии в структуре ДНК уча­стка, контролирующего ритмические процессы.

Однако перечисленные процессы — лишь «секундные стрелки» биоло­гических часов, внешнее выражение внутреннего отсчета времени, за ко­торым скрываются глубинные механизмы аутохронометрии. Основной ис­точник эндогенного управления биологическими часами представлен со­дружественной деятельностью ряда структур головного мозга и нейроэн­докринными аппаратами.

Внутренний отсчет интервалов времени, при всей его общности с рит мическими процессами (в основном короткопериодного диапазона), явля ется приобретенной функцией, обладающей условнорефлекторной приро дой.

Выработка условного рефлекса на время, введенная в эксперименталь ную практику еще И.П. Павловым, является общепринятым приемом, по зволяющим определять способность организма к отсчету интервалов вре мени.

По образному выражению хронобиолога А.М. Алпатова, данный реф леке представляет собой своеобразные «песочные часы» — затухающи, следы прошлых возбуждений. Он основан на каком-либо безусловно» рефлексе, проявляющемся через одинаковые отрезки времени. В результа те каждый раз по истечении данного интервала как бы сама по себе возни кает реакция «на чистое время», вызывающаяся ранее действием безуслов ного раздражителя.

Главной особенностью условного рефлекса на время у человека являет ся активное участие в механизмах его выработки второй сигнальной систе мы, создающей условия для обобщения и абстрагирования времени. По. влиянием непосредственных (наличных) ритмических раздражителей вы рабатывается способность самопроизвольно (без участия первосигнальны стимулов) воспроизводить заданный интервал времени. Это происходи путем самоприказов, при активирующем влиянии нервной системы и ак туализации «эталонов времени», хранящихся в долгосрочной и кратко срочной памяти. Поэтому современные исследования чувства времени лю дей проводят с использованием компьютерных программ, позволяющих высокой точностью измерять искажение самостоятельного воспроизведе ния временного интервала.

Степень искажения астрономического времени служит мерилом адапта ционных возможностей человека. Показано, что люди с высокой адапта цией к нагрузкам (физическим, интеллектуальным, эмоциональным и др. способны «растягивать» время. Их минута, например, чаще превышав физическое время, достигая порой 80—85 с. Лица с низкими адаптивным) способностями нередко отсчитывают минуту в более быстром темпе (37- 55 с). Кроме того, если у хорошо адаптирующихся лиц суточный рит» длительности субъективной минуты выражен, то у плохо адаптирующих ся — его практически нет. Различия в среднесуточной величине индивиду альной минуты у них лежат в пределах всего 4 % [Моисеева Н.И. и др. 1985].

Из этих фактов видно, что нормальная аутохронометрия тесно связан с циркадианным ритмом и базируется на нем.

Немаловажным сопутствующим показателем уровня невротическо) тревожности и состояния психического здоровья в целом является соот ношение в оценке разных временных промежутков. В норме бблыпие от резки времени, как правило, недооцениваются, а меньшие переоценива ются, либо наблюдается субъективное «растягивание» большинства ин тервалов.

Оценка времени изменяется в зависимости от эмоционального состоя ния человека, возраста, типологических особенностей, уровня восприятия интенсивности обменных процессов, фазы менструального цикла (у жен шин), геофизических факторов. Субъективное ощущение того, что «врем то — мчится, то — длится» обусловлено наличием интересной задачи, час той сменой впечатлений и событий либо монотонной стереотипной дея тельностью.

14.9.3. Регуляция биологических часов млекопитающих

Понимание механизмов управления биоритмами и аутохронометрией, безусловно, кардинальная проблема хронофизиологии и хрономедицины. За последние годы в данной области достигнут существенный прогресс, хотя многие моменты остаются неясными. Наиболее подробно разработан вопрос о регуляции околосуточных и других циркаритмов.

Пейсмекеры биологических ритмов. С появлением клеточной организа­ции живой материи возникла необходимость координации физико-хими­ческих процессов, протекающих в отдельных компонентах клетки, подчи­нению их ритмам окружающей среды. На ранних этапах эволюции ритми­ческие процессы многоклеточных организмов регулировались специфиче­скими химическими веществами — «цитогормонами».

Эта форма регуляции ритмов сохраняется в организме млекопитаю­щих животных и человека. Наиболее отчетливо она видна на самых ран­них стадиях пренатального онтогенеза. Дробление яйцеклетки происхо­дит ритмично во времени и в количественном отношении. Такая ритмич­ность обеспечивается химической регуляцией: сразу же после слияния генетического материала материнского и отцовского организма в зиготе начинается синтез ацетилхолина и стероидных гормонов, аналогичных гормонам взрослого организма. Если искусственно нарушить синтез этих веществ, то дробление прекращается вследствие нарушения его ритмич­ности.

По мере усложнения организации живых организмов возникало все больше и больше эндогенных водителей ритмов, или пейсмекеров (от англ, pacemaker — делающий шаг), в разных органах и тканях. Примерами мо­гут служить иерархически организованная проводящая система сердца, пейсмекеры дыхательного центра продолговатого мозга, перистальтики и сегментации тонкой кишки, пейсмекер, вызывающий мышечную дрожь.

Естественно, что целостность организма могла быть обеспечена только в случае синхронизации этих многочисленных пейсмекеров между собой, а также в случае согласованности их с ритмическими изменениями внеш­ней среды. Эта важнейшая биологическая задача, по существу являющаяся частью основного направления эволюции — развития механизмов адапта­ции, была решена путем формирования двух взаимосвязанных регулятор­ных систем — нервной и эндокринной. При этом нервная система взяла на себя функцию взаимосвязи ритмической активности организма с пери­одическими изменениями окружающей среды, а эндокринная система оказалась «вставленной» между нервными механизмами и периферически­ми органами.

Центральный нервный механизм, обеспечивающий циркаритмику мле­копитающих, представлен деятельностью ряда структур головного мозга, объединенных в многокомпонентную иерархическую систему. В соответ­ствии с мультиосцилляторной теорией циркадианной организации, сфор­мулированной Питтендраем (1984), данная система складывается из мно­жества пейсмекеров, находящихся друг с другом в определенных суборди­национных отношениях.

Первичным пейсмекером признано парное образование переднего гипо­таламуса — супрахиазматическое ядро (СХЯ), способное генерировать им­пульсы не только в целостном организме, но и в условиях in vitro. Разру­шение СХЯ приводит к поломке большинства циркадианных и других ритмов. Впервые это заметил К. Рихтер в конце 60-х годов XX века в опы­тах на крысах. Клинические наблюдения свидетельствуют о том, что у че- 636

ловека при поражении этого ядра опухолью происходят глубокие наруше­ния ритма сна и бодрствования.

По нервным путям от сетчатки глаза, ядер шва среднего мозга и ряда других мозговых образований в СХЯ поступает информация о режиме освещенности, питания, социальном окружении. В ответ на пришедшие сигналы СХЯ подстраивает под них свою активность, чтобы в дальнейшем регулировать околосуточную ритмику. Однако роль ядра заключается не столько в навязывании ритма всему организму, сколько в согласовании по частоте и фазе подчиненных ему ритмов, которые зарождаются во вторич­ных пейсмекерах. Из таких структур-посредников с хронофизиологических позиций наиболее изучены базальные ганглии, гиппокамп, некоторые ядра гипоталамуса (Э.Б. Арушанян, 2000). Каждый вторичный осциллятор при организации циркаритмики подчинен СХЯ и в свою очередь способен самостоятельно задавать эндогенную ритмику короткопериодного диапа­зона. Базальные ганглии в основном обеспечивают двигательный компо­нент околосуточной ритмики условнорефлекторного поведения, гиппо­камп и ядра лимбической системы — его эмоционально-мотивационную составляющую, ядра гипоталамуса — работу эндокринных желез и вегета­тивных функций. Вторичные пейсмекеры связаны не только с соответст­вующим исполнительным аппаратом, но тесно взаимодействуют с первич­ным осциллятором и между собой.

В указанных пейсмекерных механизмах особое место занимают сопря­женные антагонистические отношения СХЯ с эпифизом. Эпифиз («третий теменной глаз») оценивают как нейроэндокринный трансдуктор, т.е. ор­ган, передающий информацию об освещенности среды от нервной систе­мы к эндокринной. Иначе говоря, эпифиз образует «мостик» между пер­вичным ритмоводителем нервного происхождения (СХЯ) и эндокринны­ми механизмами согласования ритмов.

Основной гормон эпифиза — мелатонин — поступает в гипоталамус. Таким образом, через мелатонин СХЯ связано с гипоталамическими ней­росекреторными клетками, вырабатывающими нейрогормоны и регулиру­ющими гормональную секрецию аденогипофиза. Мелатонин при этом ограничивает активность СХЯ, препятствуя «ускорению хода биологиче­ских часов» и делая рисунок суточных колебаний поведения более четким. В случае же удаления эпифиза биологические часы начинают «спешить», т.е. СХЯ, лишенные эпифизарного сдерживающего контроля, задают рит­мику, несколько более частую по сравнению с фотопериодизмом.

Мозговая регуляция аутохронометрии. В опытах на крысах, кошках и собаках установлено, что внутренний отсчет интервалов времени (во вся­ком случае у этих животных) регулируется теми же мозговыми структура­ми, которые являются пейсмекерами биологических ритмов. Клинические исследования подтверждают, что у человека при опухолевых и других по­ражениях гиппокампа, базальных ганглиев, эпифиза наблюдаются резкие искажения ориентации в текущем времени. Кора большого мозга, где формируется представление о временной структуре событий, имеет прин­ципиальное для аутохронометрии значение лишь при ее взаимодействии с нижерасположенными отделами.

Однако результаты экспериментов свидетельствуют о том, что суборди­национные отношения между аппаратами мозга при организации отсчета отрезков времени складываются несколько иначе, чем при управлении биоритмами. Способность к выработке условного рефлекса на время по­сле стереотаксического разрушения большого количества отделов голов­ного мозга экспериментальных животных сохраняется, за исключением лишь нескольких мозговых субстанций. Если удален эпифиз либо повреж­дены базальные ганглии, аутохронометрический навык значительно осла­бевает. В случае разрушения гиппокампа — исчезает бесследно. А при по­вреждении СХЯ, наоборот, улучшается. К такому же оптимизирующему эффекту приводят инъекции мелатонина. Следовательно, специфической мозговой структурой, ответственной за аутохронометрию, является гиппо­камп. Эпифиз и базальные ганглии, вероятно, служат вторичными аппара­тами, регулирующими внутренний отсчет времени. СХЯ, столь необходи­мое для ритмических процессов жизнедеятельности, напротив, обладает отрицательными (антихронотропными) свойствами по отношении к чувст­ву временнбй пунктуальности.

Эта, на первый взгляд, парадоксальная ситуация объяснима природой обеих сторон деятельности биологических часов — биоритмов и аутохро­нометрии. Очевидное единство двух хронофизиологических феноменов, обеспечивающих временное поведение в целом, оборачивается их опре­деленной противоположностью. Колебательные процессы (биологические ритмы) отличаются большей стабильностью и упорядоченностью, тогда как аутохронометрия, напротив, требует дестабилизации поведения, даю­щей возможность выбора из хаотического разнообразия реакций того оп­тимального ответа, который был бы адекватен постоянно меняющимся условиям среды. Вот почему ритморганизующая структура — СХЯ — ока­зывается ведущим пейсмекером биоритмов и «мешает» оперативному срабатыванию чувства времени. И наоборот, без гиппокампа — типично­го ритмдезорган и затора — не обходится внутренний отсчет отрезков вре­мени.

Таким образом, в естественных условиях обеспечивается плавная гар­моничная адаптация живого организма к меняющимся временным факто­рам среды. Когда происходит приспособление к периодическим явлениям (фотопериодизм, сезонная динамика и пр.) мозговые осцилляторы обеспе­чивают синхронность течения большинства физиологических реакций, т.е. проявляют определенную стабильность. В случае же, когда на первый план встает необходимость оперативной (непериодическая) фиксации и воспроизведения временных промежутков, вероятно, теми же функцио­нальными системами создаются условия для дезорганизации ритмики, а значит, для обеспечения нормальных аутохронометрических процессов с целью опережающего достижения оптимально полезного для организма результата.

 

---

Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 68; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!