Функциональные системы
статья

Функциональная система

Функциональные системы — это динамические, саморегулирующиеся организации, деятельность которых способствует получению жизненно важных для организма приспособительных результатов.

Любая функциональная система включает следующие универсальные для разных систем узловые механизмы:

1 — полезный приспособительный результат (например, формирование акта ходьбы, как одного из видов произвольных движений у человека);

2 — рецепторы результата (например, весь комплекс ощущений, получаемых организмом в процессе ходьбы: кожная, мышечная, суставная и прочая чувствительность и т.п.);

3 — обратная афферентация от рецепторов результата к центральным образованиям функциональной системы (т.е. получение информации центральными образованиями ЦНС о том, как совершается данный двигательный акт);

4 — центральная архитектура, представляющая избирательное объединение нервных элементов различных уровней (т.е. все образования ЦНС, которые имеют отношение, например, к двигательному акту);

5 — исполнительные соматические, вегетативные и эндокринные компоненты, включая организованное целенаправленное поведение.

Функциональная система может вовлекать любые структуры организма, расположенные в разных его местах. Единственным критерием полноценности этих объединений является конечный приспособительный эффект для целого организма.

Приспособительный эффект служит основным задачам выживания организма или в той или иной степени жизненно необходим для человека. Из этого очевидно, что функциональная система представляет собой разветвленную физиологическую организацию, составляющую конкретный физиологический аппарат, служащий поддержанию жизненно важных функций организма.

Каждая функциональная система представляет собой до некоторой степени замкнутую систему благодаря постоянной связи с периферическими органами и особенно за счет постоянной афферентации от этих органов. Состояние каждой функциональной системы находится в тесной зависимости от качества и количества афферентных импульсов. Эти импульсы могут быть как прямыми, т.е. являющимися стимулами к совершению действия, так и обратными афферентациями, сигнализирующими о качестве полученного результата действия.

Всякая функциональная система обладает регуляторными свойствами, присущими ей как целому и отсутствующими у ее частей.

Чрезвычайно важным является то, что регулятивные свойства функциональной системы заключаются прежде всего в том, что при любом дефекте в одной из ее частей, приводящем к нарушению полезного эффекта, происходит перестройка составляющих ее процессов.

Афферентный синтез как специфический механизм функциональной системы

Всякому эффекту, рабочему или приспособительному результату обязательно предшествует стадия синтеза разнородных по качеству возбуждений.

Школой П.К. Анохина были выделены основные формы афферентации, из которых складывается стадия афферентного синтеза.

Доминирующая мотивация. Любой поведенческий акт направлен на удовлетворение потребности организма. Если потребности нет, то нет и избирательной системы возбуждений. Она, т.е. доминирующая мотивация, подбирает информацию, необходимую для выработки решения к действию для получения соответствующего приспособительного эффекта.

Обстановочная афферентация. Этот вид раздражении относится не только к стационарной обстановке, в которой осуществляется тот или иной поведенческий акт, но включает большое число последовательных и одновременных раздражителей, которые в конечном итоге создают общую ситуацию для реализации действия. Эти раздражители создают предпусковую интеграцию возбуждения, которая позволяет организму быть готовым к осуществлению определенного действия.

Пусковая афферентация. Представляет собой стимул или условный раздражитель по И. П. Павлову

Память. Это прошлый опыт живого организма, как генетический, так и онтогенетический. Совокупность обстановочных и пусковых афферентаций тесно связана с мобилизацией из аппаратов памяти необходимых компонентов, способных сделать поведенческий акт максимально точным.

Ориентировочный рефлекс. Синтетическая обработка притекающей информации была бы неполной, если бы все время не пополнялась активным процессом ориентировочно-исследовательского рефлекса. Этот рефлекс имеет два нейрофизиологических компонента, корковый и подкорковый. Появление ориентировочного рефлекса связано с активацией гипоталамуса и ретикулярной формации, которые тонизируют кору больших полушарий мозга снизу вверх, а угашение его связано с активным корковым тормозным процессом, который идет сверху вниз.

Афферентный синтез не может иметь места без взаимодействия всех тех возбуждений, которые рождаются в рецепторных аппаратах, возникают на подкорковом уровне и затем в различных комбинациях поднимаются до клеток коры больших полушарий.

На стадии афферентного синтеза происходит тесное взаимодействие мотивационных возбуждений с возбуждениями, обусловленными действием на организм внешних обстановочных афферентаций и специальных пусковых раздражении. Это взаимодействие строится на основе доминантных взаимоотношений.

Ни один поступок и ни одна цель поведения не могут быть сформированы без предварительного сопоставления многочисленных внутренних и внешних сигнализаций организма, т.е. без афферентного синтеза. Стадия афферентного синтеза завершается принятием решения.

Принятие решения. На этой стадии происходит выбор ведущей для данного момента “линии поведения”.

Процесс “принятия решения” неизбежно является выбором одной определенной формы поведения. Этот выбор может протекать быстро, автоматически, т.е. автоматизированным путем. Он может включать и сознание, тогда выбор совершается значительно медленнее.

Нейрофизиологические данные последних лет отчетливо показали, что к одному и тому же нейрону могут конвергировать самые разнообразные формы возбуждений. Таким образом, “принятие решения” представляет собой критический пункт, в котором происходит быстрое освобождение “избыточных степеней свободы” и организация комплекса эфферентных возбуждений, способных обеспечить вполне определенное действие.

Результат действия как самостоятельная физиологическая категория. Центральные афферентные возбуждения в комплексе формируют программу действия. Непосредственно после “принятия решения” реализуется поток эфферентных возбуждений, который обеспечивает периферическое действие в соответствии с программой действия.

Совершенно очевидно, что действие совершается не ради самого действия. Организм интересует конечный результат, т.е. соответствует ли достигнутое желаемому.

Целенаправленное поведение постоянно находится под контролем поступающих от проприорецепторов потоков обратной афферентации в процессе осуществляемого действия. Кроме того, динамически происходит оценка этапных результатов совершаемого действия.

За счет процессов постоянного сравнения этапов действия и его результатов во внешней среде, благодаря обратным афферентациям и коррекции афферентного синтеза, осуществляется достижение конечного приспособителыюго результата. Таким образом, целенаправленный поведенческий акт заканчивается последней “санкционирующей” стадией (“санкционирующая” обратная афферентация).

Обратная афферентация. Представления об обратной афферентации связаны с информацией организма о результатах совершенного действия, которая дает возможность организму оценить степень успеха выполняемого действия. Это не только проприорецепция. Эта оценка шире, она позволяет организму получить информацию о том, удовлетворяет ли его совершенное действие или это действие надо повторить, изменить и т.д.

Всю категорию обратных афферентации (по П.К. Анохину) можно разделить на две отдельные формы: поэтапная обратная афферентация, которая соответствует осуществлению определенного этапа данного поведенческого акта, и “санкционирующая” обратная афферентация, которая закрепляет наиболее успешную интеграцию афферентных возбуждений и завершает логическую функциональную единицу поведения.

Санкционирующая стадия. На этой стадии происходит оценка организмом результата своего целенаправленного действия. Иными словами, параметры достигнутого результата (через возбуждение соответствующих рецепторов) вызывают потоки обратной афферентации. Если характер обратной афферентации соответствует ранее запрограммированной модели (как бы “сличение” того, что надо получить, с тем, что вышло на самом деле), то происходит удовлетворение ведущей потребности, и поведенческий акт заканчивается.

В состав афферентного контрольного аппарата входят все параметры вероятных результатов будущего действия. По П.К. Анохину, это акцептор результата действия, по Е.Н. Соколову — модель результата действия.

Аппарат акцептора результата действия. П.К. Анохин (1968) и Е.Н. Соколов (1972) разработали представления о том, что внешнему действию всегда предшествует стадия формирования модели результата данного действия. Всякий раз создаются условия для сравнения реально достигнутых результатов с результатами, запрограммированными на основе предшествующего опыта. Это позволяет животному или человеку исправлять ошибки своей поведенческой деятельности.

Целенаправленный поведенческий акт заканчивается не просто действием, а завершается полезным приспособительным результатом, удовлетворяющим доминирующую потребность.

Согласно П.К. Анохину, именно полезный результат является подлинным системообразующим фактором.

Таким образом, функциональная система — это результат интегративной деятельности целого организма, который складывается динамически для достижения любого его приспособительного акта на основе определенных взаимоотношений, объединяющих специальные центральные и периферические образования.

Рис. 1. Схема речевой функциональной системы на высшем языковом символическом уровне перцептивной базы языка: А – стадия афферентного синтеза: ОА – обстановочная афферентация, ПА – пусковая афферентация; Б – принятие решения; В – формирование акцептора результатов автоматизированного перцептивного действия; Г-Д – получение результатов автоматизированного артикуляционного действия и автоматизированной обратной афферентации

Речевая артикуляция, как известно, осуществляется в результате деятельности сложной сенсомоторной системы, конечным итогом которой является приведение в готовность оральной, фонаторной и дыхательной мускулатуры к выполнению артикуляторной задачи сообразно интегрированной в мозгу программе.

В функциональной системе экспрессивной речи роль организующего фактора играют кинестетические и слуховые афферентации, полученные от результата действия, т.е. устной речи. Это подтверждает известное высказывание И.П. Павлова о том, что особое значение для развития речи имеют кинестетические раздражения речевых органов. Именно поэтому И.П. Павлов считал кинестезию базисом, или “базальным компонентом речи”.

Одной из составляющих афферентного синтеза в функциональной системе является филогенетическая и онтогенетическая речевая память. Первая представлена в речевой системе врожденной программой артикуляторных движений. В период гуления и первых стадий лепета (примерно до 6-ти месяцев жизни) эта программа реализуется независимо от состояния слуха детей. Для ее осуществления необходима целостность и достаточная зрелость анатомо-физиологических связей. Внешние раздражители (слуховые, зрительные) не влияют на ее выполнение. В этот период происходит самовозбуждение системы и циркуляции возбуждения без стимуляции извне (слепые и глухие дети также имеют период гуления и лепета). На этом этапе развития ребенок способен произносить разнообразные звуки, которые не входят в систему родного языка.

На ранней стадии онтогенеза речи идет диффузная отработка фонаторно-дыхательных механизмов, лежащих в основе устной речевой. Филогенетически заложенная большая “степень свободы” произносимых в этом возрасте звуков является предпосылкой к овладению в дальнейшем фонетической системой любого языка.

Собственно онтогенез речевой функции (формирование онтогенетической речевой памяти) начинается с поздних этапов лепета, когда для дальнейшего развития речи становятся необходимыми слуховые афферентации, связанные с родным языком. Для овладения речью ребенку нужен слуховой (в особенности) и зрительный контакт с человеком. Присущее раннему этапу лепетного “языка” большое разнообразие генетически обусловленных звуков уменьшается. Часть голосовых рефлексов угашается, другая часть — подкрепляется и упрочивается при подражании окружающим людям, появляются новые артикуляторные комплексы, образуя со временем систему речедвигательных рефлексов.

Известно, что восприятие речевых сигналов идет через фонемы — элементарные структуры слова. Усвоение фонемного состава слова связано с образованием в речедвигательной памяти устойчивой “фонемной решетки” (Н.И. Жинкин, 1952).

В последующем возрастном периоде, от полутора до шести лет, идет интенсивное накопление словаря и овладение грамматически оформленной речью в процессе общения.

Овладение языком предполагает точную дифференциацию всех элементов слышимой, произносимой или читаемой речи (фонем, артикулом, графем), и этот анализ неизбежно связан с речедвигательным произнесением слов вслух, шепотом или про себя. Правомерно считать, что именно в дошкольном возрасте у детей, благодаря постоянной кинестезической и слуховой оценке (обратная афферентация) результата действия перебираются все степени свободы и оставляются только те, которые содействуют получению данного результата (П.К. Анохин, 1968), т.е. фонетическому эталону родного языка.

У здоровых детей в 6 лет, несмотря на хорошее развитие экспрессивной речи, сформированы лишь основные параметры речеобразовательных механизмов: речедвигательные программы действия остаются непрочными, легко нарушаются при усложнении задачи, координаторные взаимоотношения моторно-дыхательных компонентов речи неустойчивы, то есть речевой моторный акт является недостаточно автоматизированным. К 10-ти годам моторно-дыхательные компоненты речевой функциональной системы становятся более координированными, избирательными и экономичными.

Функциональная система речевой деятельности является наиболее сложной и важной в системе поведенческой деятельности человека.

Представление о функциональной системе речи, знание о том, как формируется программа речевых движении, какое значение имеют специфические и неспецифические афферентации, позволяют более глубоко рассмотреть патогенез речевых нарушений и, в частности, заикания.

Рассмотрение патогенетических механизмов заикания через призму представлений о функциональной системе также дает возможность проанализировать нарушение программы действия на стадии афферентного синтеза и выделить то его звено, которое ведет к патологическому результату действия.

Знание о том, как на стадии афферентного синтеза с введением новых афферентаций можно изменить программу действия, а следовательно, и качество устной речи, как результата действия, позволяет по-новому проанализировать механизм коррекционных воздействий при заикании.