Теория функциональных систем П. ТФС П. К. Анохина. Модель функциональной системы

Академик П.К. Анохин в фундаментальных трудах по нейрофизиологии – механизмам условного рефлекса, онтогенезу нервной системы ввел понятие системообразующего фактора (результата системы). Под результатом системы П.К. Анохин понимал полезный приспособительный эффект во взаимодействии «организм – среда», достигаемый при реализации системы.

Поведение индивида можно описать как результат определенного взаимодействия организма с внешней средой. Причем по достижении определенного результата, исходное воздействие прекращается, что делает возможным реализацию следующего поведенческого акта [Швырков, 1978]. Поэтому в системной психофизиологии поведение рассматривается с позиции будущего – результата.

На основании обобщения экспериментов П. К. Анохин пришел к выводу, что для понимания взаимодействия организма со средой следует изучать не «функции» отдельных органов или структур мозга, а их взаимодействие, то есть координацию их активности для получения конкретного результата.

В системной психофизиологии активность нейронов связывается не с какими – либо специфическими «психическими» или «телесными» функциями, а с обеспечением систем, в которые вовлекаются клетки самой разной анатомической локализации и которые, различаясь по уровню сложности и качеству достигаемого результата, подчиняются общим принципам организации функциональных систем [Анохин, 1975,1978].

Именно поэтому системные закономерности, выявленные при изучении нейронной активности у животных, могут быть применены для разработки представлений о системных механизмах формирования и использования индивидуального опыта в разнообразной деятельности человека [Александров, 2001].

В теории функциональных систем П. К. Анохина разработана концепция изоморфности иерархических уровней. Изоморфность уровней заключается в том, что все они представлены функциональными системами, а не какими-либо специальными процессами и механизмами, специфичными для данного уровня, например периферического кодирования и центральной интеграции, классического обусловливания и инструментального обучения, регуляции простых рефлекторных и сложных произвольных движений и т. п. Независимо от уровня системообразующим фактором для всех этих систем является результат, а фактором, определяющим структурную организацию уровней, их упорядоченность, - история развития.

Этот вывод согласуется с представлением о преобразовании последовательности стадий психического развития в уровни психической организации - стержнем концепции Я. А. Пономарева о превращении этапов развития явления в структурные уровни его организации. И с позицией Л. С. Выготского, считавшего, что «индивид в своем поведении обнаруживает в застывшем виде различные законченные уже фазы развития». Ж. Пиаже также подчеркивал соответствие стадий развития уровням организации поведения, полагая при этом, что формирование нового поведения означает «ассимиляцию новых элементов в уже построенные структуры».

Модель функциональной системы

Академик П.К. Анохин предложил модель организации и регулирования поведенческого акта, в которой есть место для всех основных процессов и состояний. Она получила название модели функциональной системы . Ее общее строение показано на рис. 1.

Модель функциональной системы. Рис. 1.

Суть данной концепции П.К. Анохина заключается в том, что человек не может существовать изолированно от окружающего мира. Он постоянно испытывает воздействие определенных факторов внешней среды. Воздействие внешних факторов было названо Анохиным обстановочной афферентацией . Одни воздействия для человека несущественны или даже неосознаваемы, но другие, - как правило, необычные - вызывают у него ответную реакцию. Эта ответная реакция носит характер ориентировочной реакции .

Все воздействующие на человека объекты и условия деятельности, вне зависимости от их значимости, воспринимаются человеком в виде образа . Этот образ соотносится с информацией, хранящейся в памяти, и мотивационными установками человека. Причем процесс сопоставления осуществляется, скорее всего, через сознание, что приводит к возникновению решения и плана поведения.

В центральной нервной системе ожидаемый итог действий представлен в виде своеобразной нервной модели, названной Анохиным акцептором результата действия . Акцептор результата действия - это цель, на которую направлено действие. При наличии акцептора действия и программы действия, сформулированной сознанием, начинается непосредственное исполнение действия. При этом включается воля, а также процесс получения информации о выполнении поставленной цели.

Информация о результатах действия имеет характер обратной связи (обратной афферентации) и направлена на формирование установки но отношению к выполняемому действию. Поскольку информация проходит через эмоциональную сферу, она вызывает определенные эмоции, влияющие на характер установки. Если эмоции носят положительный характер, то действие прекращается. Если эмоции негативны, то в выполнение действия вносятся коррективы [Маклаков, 2001].

Теория функциональных систем П. К. Анохина. Информационный анализ и синтез

Теория функциональных систем П. К. Анохина позволяет приблизиться к решению вопроса о взаимосвязи физиологических и психических процессов и явлений. Эта теория утверждает, что психологическое и физиологическое описание поведения и деятельности – это частные описания единых системных процессов.

Свойство восприятия окружающего мира, в котором отражаемые стимулы различаются как принадлежащие отдельным подмножествам систем модели субъективного мира человека или животного, называется уровнями восприятия окружающего мира .

– структура, представленная накопленными в эволюции и в процессе общественного и индивидуального опыта человека семью подмножеством систем, в которых представлены и обособлены категории субъективной оценки индивидом среды и собственного поведения.

Психологическими исследованиями выявлено семь уровней восприятия человека, графически изображаемых в форме пирамиды: миссия, самопредставление, убеждения, способности, люди моего окружения, поведение, окружение.

Последовательность пирамидального расположения уровней восприятия на модели субъективного мира человека соответствует последовательности формирования общественного и индивидуального опыта индивида.

Уровни восприятия окружающего мира человека – структура, представленная накопленными в эволюции и в процессе общественного и индивидуального опыта человека семью подмножеством систем, в которых представлены и обособлены категории субъективной оценки индивидом среды и собственного поведения.

Чтобы эффективно функционировать в сложном социальном окружении, у людей должны были развиться интеллектуальные способности к эффективной коммуникации, обучению, а главное - к пониманию не только поступков, но и мыслей и желаний своих соплеменников. Каким образом появились у людей эти способности?

Некоторые способности в ходе эволюции человека могли развиваться быстрее других - например, социальный интеллект. Ключевое значение имеет объем кратковременной памяти, измеряемый количеством идей или концепций, с которыми «исполнительный компонент» рабочей памяти может работать одновременно. Эту важнейшую характеристику рабочей памяти называют short-term working memory capacity (ST-WMC). Многочисленные эксперименты показали, что у человека ST-WMC = 7. Большинство животных не может обдумывать комплексно, как часть единой логической операции, более одной, максимум двух идей (ST-WMC = 2) .

Речь идет, таким образом, о магистральном направлении эволюции нашего разума. Становились ли мы «вообще умнее», или у нас совершенствовались в первую очередь строго определенные, социально-ориентированные умственные способности. Экспериментальные данные свидетельствуют в пользу второй версии . Основное направление эволюции нашего разума связано с формированием речевых навыков - употреблением у трехлетних детей предложений из более чем 3 слов. Далее этот процесс продолжает развиваться по прежней «траектории», достигая уровня около семи слов примерно к 12 годам и наконец, семи идей или концепций, с которыми «исполнительный компонент» рабочей памяти может работать одновременно у взрослых людей.

Общение в коллективе и обществе способствовали формированию и функционированию дополнительных функциональных систем, связанных с речью . Одновременно с возникновением речи проходил процесс формирования внутреннего мира (субъективного мира) человека, и развивается социальное общение.

Социальное общение и индивидуальная биологическая уникальность индивидов являются необходимыми, но не достаточными признаками персонификации сообщества. Еще одно обязательное условие заключается в наличии «межиндивидуальных» отношений, т. е. отношений индивида к другим членам сообщества как к самостоятельным «персонам», имеющим не только собственный внешний облик, но и собственный внутренний мир. Способность к такого рода психофизической персонификации впервые появились у приматов и получила максимальное развитие у людей, которые могут «утонченно» воспринимать и оценивать внутренний мир (субъективный мир) окружающих как отличный от их собственного .

По современным представлениям, рабочая память имеет довольно сложную структуру. Центральное место в ней занимает «исполнительный компонент» (central executive component), локализованный в одном из участков префронтальной коры (а именно в полях Бродмана 9 и 46). Его главная задача - удерживать внимание на той информации, которая необходима субъекту для решения насущных задач. Сама эта информация может храниться где-то еще. Ее обычно называют кратковременной памятью (short-term memory) и рассматривают как компонент рабочей памяти.

Память, хранится не в каком-то специально выделенном для этой цели участке мозга, а распределяется по всем отделам, причем для запоминания используются те же нейроны, которые возбуждались при непосредственном переживании события (см.: Нейроны соревнуются за право участия в формировании рефлексов , «Элементы», 26.04.2007).

Субъективный мир человека (СМЧ) – структура, представленная накопленными в эволюции и в процессе общественного и индивидуального опыта человека семью подмножеством систем, в которых представлены и обособлены категории субъективной оценки индивидом среды и собственного поведения . Что позволяет «исполнительному компоненту» рабочей памяти реализовать обработку информации одновременно (параллельно) по семи подмножествам систем , активизировать фактор новизны, и привело к усиленной активации ранних генов в клетках мозга человека ; в эволюции, эти адаптивные модификации функциональных систем, обеспечили дифференциальное выживание, привели к феномену человека и новой фазе нейроэволюции .

Наша гипотеза поясняет возникновение функции безопасности в социальном общении .

У животных все основные функциональные системы представлены на двух (для обезьян не более 3) нижних уровнях модели восприятия окружающего мира, соответственно уровень окружения (с ключевым вопросом, что вокруг?) и уровень поведения (ключевой вопрос, что делаю?). Эти уровни модели восприятия окружающего мира отражают основную способность животных - приспособится к окружающей среде и тем самым выжить . При этом системы, сформированные в естественной природной среде, становятся для животных основными и необходимыми для сосуществования в естественных природных условиях. Поэтому взрослое высшее животное с системами, сформированными в искусственной среде обитания при участии человека, как правило, погибает, при помещении его в как будто бы привычные и естественные природные условия его обитания. Это, конечно, не находит объяснения у некоторых ученых, которых считают, что у животных поведение, умственная и психическая деятельность покоятся на врожденных, наследственно обусловленных инстинктах, закрепленных в генетической программе на протяжении всей эволюции.

Человек приспособлен к резким изменениям окружающей среды и его функциональные системы помимо двух нижних уровней восприятия представлены еще на пяти уровнях восприятия.

Уровни восприятия модели субъективного мира человека и соответствующие им системы, непрерывно поддерживая активным фактор новизны, позволили осуществить положительную обратную связь генерации процесса возникновения и развития языка и речи .

За счет генерации процесса возникновения и развития языка и речи, более объективной оценки окружающей среды, в процессе общественного и индивидуального опыта человека происходит выделение все большего количества подмножеств систем, в которых представлены и обособлены категории субъективной оценки индивидом среды и собственного поведения. Эти подмножества систем качественно улучшают объективную оценку окружающей среды и результатов собственной деятельности, что обеспечивает не только дифференциальное выживание, но обуславливает феномен человека и новую фазу эволюционного цикла .

Таким образом, обработка информации из внешней среды у человека идет одновременно и параллельно по семи подмножествам систем.

У большинства животных обработка информации из внешней среды идет также параллельно, но с участием не более 2 подмножеств систем. В обоих случаях этот процесс связан с реализацией встроенных систем безопасности .

Основные положения ТФС П.К. Анохина отражают представления П. К. Анохина о том, что психика возникла в эволюции потому, что психические переживания содержат обобщенную оценку ситуации, благодаря чему они выступают в качестве важных факторов поведения (П. К. Анохин, 1978). Вопрос о функциональном смысле субъективного опыта и переживаний, их роли в поведении – одна из важнейших проблем науки о мозге. Представляя собой результат синтеза информации, психические феномены содержат интегрированную оценку ситуации, способствуя тем самым нахождению поведенческого ответа. Элементы обобщения содержатся в самых простых психических феноменах, таких как ощущение. При мышлении информационный синтез включает не только соединение, но и перекомбинацию уже известных сведений, что лежит в основе нахождения решения. Это относится как к перцептивному решению, т. е. опознанию стимула, так и к выдвижению и селекции гипотез, построению моделей будущих событий .

Комплексная функциональная система – комплекс избирательно вовлеченных компонентов - множество систем, у которых взаимодействие и взаимоотношение приобретают характер взаимосодействия компонентов, направленного на получение полезного результата в соотношении «организм – среда» .

Дальнейшее развитие теории функциональных систем П. К. Анохина связано с .

Функциональная система П.К. Анохина - это схематичная модель основных блоков мозга, обеспечивающих целенаправленное поведение, т.е. поведение, направленное на достижение определённой цели. Она отражает более сложный нервный механизм, обеспечивающий поведение, по сравнению с рефлекторными дугами.

Функциональная система П.К. Анохина

Для того чтобы легче было запомнить эту схему, я её несколько модифицировал по сравнению с той схемой, которая даётся в учебниках по физиологии.

Итак, запоминаем функциональную систему П.К. Анохина:

• три входа
• три блока
• три этажа в каждом блоки
• три явления на выходе
• три нововведения (АРД, обратная афферентация, параметры результата).

Внутренняя афферентация

Потребность, т.е. недостаток чего-то в организме, порождает внутреннюю афферентацию.

Внутренняя афферентация - это сенсорный (афферентный) поток импульсов от интерорецепторов, расположенных во внутренних органах, мышцах, кровеносных сосудах. Интерорецепторы (или интероцепторы) реагируют на изменения во внутренней среде организма.

В блоке мотивации во главе с миндалиной мозга из множества текущих потребностей выбирается только одна наиболее биологически значимая потребность. На её основе формируется поток мотивационного возбуждения.

Добавим к схеме П.К. Анохина представления Ю. Конорского о драйв-рефлексах. Тогда получится, что поток мотивационного возбуждения передается в систему драйв-рефлексов. Драйв - это подготовительное поведение для повышения вероятности исполнительного рефлекса.
В результате драйва организм оказывается в таком месте, или создаёт такую ситуацию, где повышена вероятность нахождения пускового раздражителя и реализации исполнительного поведения, которое даёт желаемый результат и удовлетворяет потребность.

Акцептор результата действия (АРД) = планировщик, активатор, компаратор (сравнитель) и завершатель.

• Планирует ожидаемый результат, точнее - его воспринимаемые параметры.
• Активирует программу действий для достижения этого результата.
• Сравнивает полученные параметры с ожидаемыми.
• Завершает деятельность функциональной системы при совпадении полученных параметров результата с ожидаемыми.

Наиболее совершенная модель структуры поведения изложена в концепции функциональных систем Петра Кузьмича Анохина (1898-1974).

Изучая физиологическую структуру поведенческого акта, П.К. Анохин пришел к выводу о необходимости различать частные механизмы интеграции, когда эти частные механизмы вступают между собой в сложное координированное взаимодействие. Они объединяются, интегрируются в систему более высокого порядка, в целостную архитектуру приспособительного, поведенческого акта. Этот принцип интегрирования частных механизмов был им назван принципом «функциональной системы ».

Определяя функциональную систему как динамическую, саморегулирующуюся организацию, избирательно объединяющую структуры и процессы на основе нервных и гуморальных механизмов регуляции для достижения полезных системе и организму в целом приспособительных результатов, П.К. Анохин распространил содержание этого понятия на структуру любого целенаправленного поведения. С этих позиций может быть рассмотрена и структура отдельного двигательного акта.

Функциональная система имеет разветвленный морфофизиологический аппарат, обеспечивающий за счет присущих ей закономерностей как эффект гомеостаза, так и саморегуляции. Выделяют два типа функциональных систем. 1. Функциональные системы первого типа обеспечивают постоянство определенных констант внутренней среды за счет системы саморегуляции, звенья которой не выходят за пределы самого организма. Примером может служить функциональная система поддержания постоянства кровяного давления, температуры тела и т.п. Такая система с помощью разнообразных механизмов автоматически компенсирует возникающие сдвиги во внутренней среде. 2. Функциональные системы второго типа используют внешнее звено саморегуляции. Они обеспечивают приспособительный эффект благодаря выходу за пределы организма через связь с внешним миром, через изменения поведения. Именно функциональные системы второго типа лежат в основе различных поведенческих актов, различных типов поведения.

Центральная архитектоника функциональных систем , определяющих целенаправленные поведенческие акты различной степени сложности, складывается из следующих последовательно сменяющих друг друга стадий: -> афферентный синтез, -> принятие решения, -> акцептор результатов действия, -> эфферентный синтез, -> формирование действия, и, наконец, -> оценка достигнутого результата/

АФФЕРЕНТНЫЙ (от лат. afferens - приносящий), несущий к органу или в него (напр., афферентная артерия); передающий импульсы от рабочих органов (желез, мышц) к нервному центру (афферентные, или центростремительные, нервные волокна). ЭФФЕРЕНТНЫЙ (от лат. efferens - выносящий), выносящий, выводящий, передающий импульсы от нервных центров к рабочим органам, напр. эфферентные, или центробежные, нервные волокна. АКЦЕПТОР (от лат. acceptor - принимающий).

Поведенческий акт любой степени сложности начинается со стадии афферентного синтеза. Возбуждение, вызванное внешним стимулом, действует не изолированно. Оно непременно вступает во взаимодействие с другими афферентными возбуждениями, имеющими иной функциональный смысл. Головной мозг непрерывно обрабатывает все сигналы, поступающие по многочисленным сенсорным каналам. И только в результате синтеза этих афферентных возбуждений создаются условия для реализации определенного целенаправленного поведения. Содержание афферентного синтеза определяется влиянием нескольких факторов: мотивационного возбуждения, памяти, обстановочной и пусковой афферентации.

Мотивационное возбуждение появляется в центральной нервной системе в следствии той или другой витальной, социальной или идеальной потребности. Специфика мотивационного возбуждения определяется особенностями, типом вызвавшей его потребности. Оно – необходимый компонент любого поведения. Важность мотивационного возбуждения для афферентного синтеза вытекает уже из того, что условный сигнал теряет способность вызывать ранее выработанное пищедобывательное поведение (например, побежку собаки к кормушке для получения пищи), если животное уже хорошо накормлено и, следовательно, у него отсутствует мотивационное пищевое возбуждение.

Роль мотивационного возбуждения в формировании афферентного синтеза определяется тем, что любая поступающая информация соотносится с доминирующим в данный момент мотивационным возбуждением, которое действует как фильтр, отбирающий наиболее нужное для данной мотивационной установки. Доминирующая мотивация как первичный системообразующий фактор определяет все последующие этапы мозговой деятельности по формированию поведенческих программ. Специфика мотиваций определяет характер и «химический статус» внутрицентральной интеграции и набор вовлекаемых мозговых аппаратов. В качестве полезного результата определенного поведенческого акта выступает удовлетворение потребности, т.е. снижение уровня мотивации.

Нейрофизиологической основой мотивационного возбуждения является избирательная активация различных нервных структур, создаваемая прежде всего лимбической и ретикулярной системами мозга. На уровне коры мотивационное возбуждение представлено специфическим паттерном возбуждения.

Условные и безусловные раздражители, ключевые стимулы (вид ястреба – хищника для птиц, вызывающего поведение бегства, и др.) служат толчком к развертыванию определенного поведения или отдельного поведенческого акта. Этим стимулам присуща пусковая функция. Картина возбуждения, создаваемая биологически значимыми стимулами в сенсорных системах, и есть пусковая афферентация. Однако способность пусковых стимулов инициировать поведение не является абсолютной. Она зависит от той обстановки и условий, в которых они действуют.

Влияние обстановочной афферентации на условный рефлекс наиболее отчетливо выступило при изучении явления динамического стереотипа. В этих опытах животное тренировали для выполнения в определенном порядке серии различных условных рефлексов. После длительной тренировки оказалось, что любой случайный условный раздражитель может воспроизвести все специфические эффекты, характерные для каждого раздражителя в системе двигательного стереотипа. Для этого лишь необходимо, чтобы он следовал в заученной временной последовательности. Таким образом, решающее значение при вызове условных рефлексов в системе динамического стереотипа приобретает порядок их выполнения. Следовательно, обстановочная афферентация включает не только возбуждение от стационарной обстановки, но и ту последовательность афферентных возбуждений, которая ассоциируется с этой обстановкой. Обстановочная афферентация создает скрытое возбуждение, которое может быть выявлено, как только подействует пусковой раздражитель. Физиологический смысл пусковой афферентации состоит в том, что, выявляя скрытое возбуждение, создаваемое обстановочной афферентацией, она приурочивает его к определенным моментам времени, наиболее целесообразным с точки зрения самого поведения.

Решающее влияние обстановочной афферентации на условнорефлекторный ответ было показано в опытах И.И. Лаптева – сотрудника П.К. Анохина. В его экспериментах звонок утром подкреплялся едой, и тот же звонок вечером сопровождался ударом электрического тока. В результате было выработано два разных условных рефлекса: утром – слюноотделительная реакция, вечером - оборонительный рефлекс. Животное научилось дифференцировать два комплекса раздражителей, различающихся только временным компонентом.

Афферентный синтез включает также использование аппарата памяти. Очевидно, что функциональная роль пусковых и обстановочных раздражений в известной мере уже обусловлена прошлым опытом животного. Это и видовая память, и индивидуальная, приобретенная в результате обучения. На стадии афферентного синтеза из памяти извлекаются и используются именно те фрагменты прошлого опыта, которые полезны, нужны для будущего поведения.

Таким образом, на основе взаимодействия мотивационного, обстановочного возбуждения и механизмов памяти формируется так называемая интеграция или готовность к определенному поведению. Но, чтобы она трансформировалась в целенаправленное поведение, необходимо воздействие со стороны пусковых раздражителей. Пусковая афферентация – последний компонент афферентного синтеза.

Процессы афферентного синтеза, охватывающие мотивационное возбуждение, пусковую и обстановочную афферентацию, аппарат памяти, реализуются с помощью специального модуляционного механизма, обеспечивающего необходимый для этого тонус коры больших полушарий и других структур мозга. Этот механизм регулирует и распределяет активирующие и инактивирующие влияния, исходящие из лимбической и ретикулярной систем мозга. Поведенческим выражением роста уровня активации в центральной нервной системе, создаваемым этим механизмом, является появление ориентировочно-исследовательских реакций и поисковой активности животного.

Завершение стадии афферентного синтеза сопровождается переходом в стадию принятия решения, которая и определяет тип и направленность поведения. Стадия принятия решения реализуется через специальную и очень важную стадию поведенческого акта – формирование аппарата акцептора результатов действия. Это аппарат, программирующий результаты будущих событий. В нем актуализирована врожденная и индивидуальная память животного и человека в отношении свойств внешних объектов, способных удовлетворить возникшую потребность, а также способов действия, направленных на достижение или избегание целевого объекта. Нередко в этом аппарате запрограммирован весь путь поиска во внешней среде соответствующих раздражителей.

Предполагается, что акцептор результатов действия представлен сетью вставочных нейронов, охваченных кольцевым взаимодействием. Возбуждение, попав в эту сеть, длительное время продолжает в ней циркулировать. Благодаря этому механизму и достигается продолжительное удержание цели как основного регулятора поведения.

До того как целенаправленное поведение начнет осуществляться, развивается еще одна стадия поведенческого акта – стадия программы действия или эфферентного синтеза . На этой стадии осуществляется интеграция соматических и вегетативных возбуждений в целостный поведенческий акт. Эта стадия характеризуется тем, что действие уже сформировано, но внешне оно еще не реализуется.

Следующая стадия – это само выполнение программы поведения . Эфферентное возбуждение достигает исполнительных механизмов, и действие осуществляется.

Благодаря аппарату акцептора результатов действия, в котором программируется цель и способы поведения, организм имеет возможность сравнивать их с поступающей афферентной информацией о результатах и параметрах совершаемого действия, т.е. с обратной афферентацией. Именно результаты сравнения определяют последующее построение поведения, либо оно корректируется, либо оно прекращается как в случае достижения конечного результата.

Следовательно, если сигнализация о совершенном действии полностью соответствует заготовленной информации, содержащейся в акцепторе действия, то поисковое поведение завершается. Соответствующая потребность удовлетворяется. И животное успокаивается. В случае, когда результаты действия не совпадают с акцептором действия и возникает их рассогласование, появляется ориентировочно-исследовательская деятельность. В результате этого заново перестраивается афферентный синтез, принимается новое решение, создается новый акцептор результатов действия и строится новая программа действий. Это происходит до тех пор, пока результаты поведения не станут соответствовать свойствам нового акцептора действия. И тогда поведенческий акт завершается последней санкционирующей стадией – удовлетворением потребности.

Таким образом, в концепции функциональной системы наиболее важным ключевым этапом, определяющим развитие поведения, является выделение цели поведения . Она представлена аппаратом акцептора результатов действия, который содержит два типа образов, регулирующих поведение, - сами цели и способы их достижения. Выделение цели связывается с операцией принятия решения как заключительного этапа афферентного синтеза.

Изучая психофизиологическую структуру поведенческого акта, П.К. Анохин пришел к выводу о том, что рефлекс характеризует двигательный или секреторный ответ определенной структуры, а не организма в целом. В этой связи он выдвинул гипотезу о существовании функциональных систем, определяющих ответ всего организма на любые стимулы и лежащих в основе поведения.

По П.К. Анохину, функциональная система-это динамическая саморегулирующая организация, временно объединяющая различные органы, системы и процессы, которые взаимодействуют для получения полезного приспособительного результата в соответствии с потребностями организма. В основе функциональной системы лежит положение о том, что именно конечный (приспособительный) результат определяет комбинирование частных механизмов в функциональную систему. Каждая функциональная система возникает для достижения полезного приспособительного результата, необходимого для удовлетворения той или иной потребности организма. Таким образом, полезный приспособительный результат есть основной системообразующий фактор.

Выделяют три группы потребностей, в соответствии с которыми формируются три вида функциональных систем: внутренние -для сохранения гомеостатических показателей; внешние (поведенческие) -для адаптации организма к внешней среде; и социальные - для удовлетворения социальных потребностей человека.

С этих позиций организм человека есть совокупность различных функциональных систем, которые формируются в зависимости от возникающих потребностей организма. В каждый данный момент времени одна из них становится ведущей, доминирующей.

Функциональная система отличается способностью к постоянной перестройке, к избирательному вовлечению мозговых структур для осуществления меняющихся поведенческих реакций. При нарушении функции в какой-то части системы происходит срочное перераспределение активности во всей системе. В результате включаются дополнительные механизмы, направленные на достижение конечного приспособительного результата.

В структуре функциональной системы выделяют несколько функциональных блоков (рис. 13.3):

• 1) мотивация;
• 2) принятие решения;
• 3) акцептор результата действия;
• 4) афферентный синтез;
• 5) эфферентный ответ;
• 6) полезный результат системы;
• 7) обратная афферентация.

Афферентный синтез - это процесс анализа и интеграции различных афферентных сигналов. В это время решается вопрос о том, какой результат должен быть получен. Все афферентные сигналы можно разделить на четыре компонента:

1. Мотивационное возбуждение. Любой поведенческий акт направлен на удовлетворение потребностей (физиологических, познавательных, эстетических, и т.д.). Задача афферентного синтеза-отбор из огромного количества информации наиболее значимой, соответствующей доминирующей потребности. Эта потребность является мотивом для организации соответствующей поведенческой реакции. Возбуждение, формирующееся в центрах функциональной системы для реализации доминирующей потребности, называется мотивационным. Оно создается благодаря избирательной активации структур коры головного мозга со стороны таламуса и гипоталамуса и определяет «что организму нужно?».

Рис.13.3.

Например, изменение параметров внутренней среды при длительном неупотреблении пищи приводит к формированию комплекса возбуждений, связанных с пищевой доминирующей мотивацией.

• 2. Обстановочная афферентация - второй компонент афферентного синтеза. Она представляет собой поток нервных импульсов, вызванных множеством раздражителей внешней или внутренней среды, предшествующих или сопутствующих действию пускового раздражителя, т.е. она определяет, «в каких условиях находится организм». Например, обстановочная афферентация будет нести информацию о том, где находится испытывающий чувство голода человек, какую деятельность он выполняет в данный момент и т.д.
• 3. Аппарат памяти в структуре афферентного синтеза обеспечивает оценку поступающей информации путем сопоставления ее со следами памяти, имеющими отношение к данной доминирующей мотивации. Например, находился ли человек ранее в этом месте, были ли здесь источники пищи и т.д.
• 4. Пусковая афферентация-это комплекс возбуждений, связанных с действием сигнала, который является непосредственным стимулом для запуска той или иной реакции, т.е. в нашем примере это вид пищи.

Адекватная реакция может осуществляться лишь при действии всех элементов афферентного синтеза, что создает предпусковую интеграцию нервных процессов. Один и тот же пусковой сигнал в зависимости от обстановочной афферентации и аппарата памяти может вызвать разную реакцию. В нашем примере она будет различной при наличии и отсутствии у человека денег на приобретение пищи.

В основе нейрофизиологического механизма этой стадии лежит конвергенция возбуждений разной модальности к нейронам коры головного мозга, преимущественно лобных отделов. Большое значение в осуществлении афферентного синтеза играет ориентировочный рефлекс.

Принятие решения - это узловой механизм функциональной системы. На этом этапе формируется конкретная цель, к которой стремится организм. При этом возникает избирательное возбуждение комплекса нейронов, обеспечивающее возникновение единственной реакции, направленной на удовлетворение доминирующей потребности.

Организм имеет множество степеней свободы в выборе реакции. Именно при принятии решения происходит торможение всех степеней свободы, кроме одной. Например, когда человек хочет есть, он может купить еду, или поискать более дешевую, или пойти обедать домой. При принятии решения на основе афферентного синтеза будет избран единственный вариант, наиболее отвечающий всему комплексу информации о данной ситуации.

Принятие решения - это критический этап, который переводит один процесс (афферентный синтез) в другой -программу действий, после чего система приобретает исполнительный характер.

Акцептор результата действия - один из наиболее интересных элементов функциональной системы. Это комплекс возбуждений элементов коры и подкорки, обеспечивающий прогнозирование признаков будущего результата. Он формируется одновременно с реализацией программы действий, но до начала работы эффектора, т.е. опережающе. Когда действие осуществляется и афферентная информация о результатах этих действий переходит в ЦНС, эта информация в данном блоке сравнивается со сформированной ранее «моделью» результата. Если возникает несоответствие между моделью результата и результатом, полученным в действительности, в реакцию организма вносятся поправки до тех пор, пока запрограммированный и полученный в действительности результат не совпадут (причем коррекция может касаться и модели результата). В нашем примере, съев порцию пищи, человек может продолжать испытывать чувство голода и тогда он будет искать дополнительную пищу для удовлетворения пищевой потребности.

Эфферентный синтез - процесс формирования комплекса возбуждений в структурах ЦНС, обеспечивающий изменение состояния эффекторов. Это приводит к изменению деятельности различных вегетативных органов, включению желез внутренней секреции и поведенческих реакций, направленных на достижение полезного приспособительного результата. Эта комплексная реакция организма весьма пластична. Ее элементы и степень их вовлеченности могут варьировать в зависимости от доминирующей потребности, состояния организма, обстановки, предыдущего опыта и модели желаемого результата.

Полезный приспособительный результат-изменение состояния организма после совершения деятельности, направленной на удовлетворение доминирующей потребности. Как говорилось выше, именно полезный результат является системообразующим фактором функциональной системы. При совпадении полезного результата с акцептором результата действия данная функциональная система сменяется другой, формирующейся для удовлетворения новой доминирующей потребности.

П.К. Анохин подчеркивал важность обратной афферентации для достижения полезного приспособительного результата. Именно обратная афферентация позволяет сопоставить результат действия с поставленной задачей.

В нашем примере человек будет насыщаться, пока импульсация от внутренних органов о результате данного действия человека в акцепторе результата действия не совпадет с комплексом возбуждений, являющихся моделью «сытости».

Любая функциональная система работает по принципу опережения конечного результата (предвидения) и обладает рядом свойств, перечисленных ниже:

• Динамичность: функциональная система - временное образование из различных органов и систем для удовлетворения ведущей потребности организма. Различные органы могут входить в состав нескольких функциональных систем.
• Саморегуляция: поддержание гомеостаза обеспечивается без вмешательства извне за счет наличия обратной связи.
• Целостность: системный целостный подход как ведущий принцип регуляции физиологических функций.
• Иерархия функциональных систем: иерархия полезных для организма приспособительных результатов обеспечивает удовлетворение ведущих потребностей по уровню их значимости.
• Многопараметричность результата: любой полезный приспособительный результат имеет много параметров: физические, химические, биологические, информационные.
• Пластичность: все элементы функциональных систем, кроме рецепторов, обладают пластичностью и могут гибко взаимоза- менять и компенсировать друг друга для достижения конечного приспособительного результата.

Теория функциональных систем позволяет рассматривать разнообразные реакции организма-от простых, направленных на поддержание гомеостаза, - до сложных, связанных с сознательной социальной деятельностью человека. Она объясняет пластичность и направленность поведения человека в различных ситуациях.

Рассматривая образование функциональных систем в онтогенезе (теория системогенеза), П.К Анохин установил, что формирование всех ее элементов происходит с опережением возникновения ведущих потребностей организма. Это позволяет ему заблаговременно сформировать морфофункциональные и психофизиологические структуры для удовлетворения возникающих потребностей. Так, функциональная система свертывания крови формируется к первому году жизни, т.е. к периоду, когда ребенок начинает ходить и, следовательно, повышается угроза его травмирования. Функциональная система репродукции формируется к началу юношеского возраста, когда появляется физиологическая и психологическая готовность и возможность продолжения рода. Таким образом, знание периодов становления ведущих потребностей организма позволяет понять формирование соответствующих функциональных систем.

Министерство высшего профессионального образования РФ

Российский Государственный Гуманитарный Университет

Институт Психологии

Сорокин Александр Алексеевич

I курс, 1 группа.

Реферат

“Основные понятия в теории функциональных систем”.

Москва,

1999 год.

Что есть функциональная система ?

В данной работе я должен по возможности ясно и коротко описать основные понятия теории П.К. Анохина о функциональных системах, как принципах жизнедеятельности. Поэтому прежде чем разбирать составляющие системы, надо осветить что есть она сама и для чего она функционирует.

Основные физиологические закономерности таких систем были сформулированы лабораторией Анохина ещё в 1935 году, т.е. задолго до того, как были опубликованы первые работы по кибернетике, однако смысл публикаций соответствовал тем принципам, которые Анохин выделил позже. По своей архитектуре функциональные системы целиком соответствуют любой кибернетической модели с обратной связью, и потому изучение свойств различных функциональных систем организма, сопоставление роли в них частных и общих закономерностей, несомненно, послужит познанию любых систем с автоматической регуляцией.

В некоторых случаях формирование саморегулирующихся систем получило название “биологического регулирования ” ( Wagner, 1958) , но только когда саморегуляция рассматривалась в отношении живых существ. Однако независимо от наименования, для того, чтобы приобрести приспособленный смысл для организма, эти различные формы объединения во всех случаях должны обладать всеми теми свойствами, которые мы формулируем для ФС. Получается, что ФС не относится только к коре головного мозга или даже к целому головному мозгу. Она есть по самой своей сути центрально - периферическое образование, в котором импульсы циркулируют как от центра к периферии, так и от периферии к центру (обратная афферентация ), что создаёт непрерывную информацию центральной нервной системы о достигнутых на периферии результатах.

Необходимо так же охарактеризовать основу или “жизненный узел” всякой ФС – чрезвычайно прочно увязанную функциональную пару – конечный эффект системы и аппарат оценки достаточности или недостаточности этого эффекта при помощи специальных рецепторных образований. Как правило, “ конечный приспособительный эффект ” служит основным задачам выживания организма и в той или иной степени жизненно необходим. Это положение абсолютно верно, когда речь идёт о жизненно важных функциях, как то: дыхание, осмотическое давление крови, уровень кровяного давления, концентрация сахара в крови и др. Здесь ФС представляет собой разветвлённую физиологическую организацию, составляющую конкретный физиологический аппарат , служащий поддержанию жизненно важных констант организма (гомеостазис) т.е. осуществление процесса саморегуляции. Когда речь идёт о ФС, то это относится не только к системам с константными конечными, которые располагают большею частью врождёнными механизмами.

Основное отличие в построении и организации данного вида системы, формирование её экстремально или на основе условного рефлекса. Однако, несмотря на столь разные качественные различия, все ФС имеют те же архитектурные особенности, а доказательство этого то, что “ФС действительно является универсальным принципом организации процессов и механизмов, заканчивающихся получением конечного приспособительного эффекта ”. Общепринято ФС рассматривается как единица интегративной деятельности человека.

С помощью экспериментов П.К. Анохин сформулировал основные постулаты в общей теории ФС.

Постулат первый

Ведущим системообразующим фактором ФС любого уровня организации является полезный для жизнедеятельности организма, приспособительный результат.

Постулат второй

Любая функциональная система организма строится на основе принципа саморегуляции: отклонение результата от уровня, обеспечивающего нормальную жизнедеятельность, посредством деятельности соответствующей функциональной системы само является причиной восстановления оптимального уровня этого результата.

Постулат третий

Функциональные системы являются центрально - периферическими образованиями, избирательно объединяющими различные органы и ткани для достижения полезных для организма приспособительных результатов.

Постулат четвёртый

Функциональные системы различного уровня характеризуются изоморфной организацией: они имеют однотипную архитектонику.

Постулат пятый

Отдельные элементы в функциональных системах взаимодействуют достижению их полезных для организма результатов.

Постулат шестой

Функциональные системы и их отдельные части избирательно созревают в процессе онтогенеза, отражая тем самым общие закономерности системогенеза.

Теперь мы знаем, что ФС – это организация активных элементов во взаимосвязи, которое направлено на достижение полезного приспособительного результата. Надо полагать, что настала пора разобрать понятия, которые включены в систему, потому что в этом и заключается основная тема.

Основные понятия в теории ФС.

По разным источникам можно по-разному выделить и основные понятия в ФС. Для начала приведём классическую схему самой системы, а затем разберём её отдельные понятия.

1) Пусковой стимул (иначе раздражение).

2) Обстановочные афферентации.

3) Память.

4) Доминирующая мотивация.

5) Афферентный синтез.

6) Принятие решения.

7) Акцептор результата действия.

8) Программа действия.

9) Эфферентные возбуждения.

10) Действие.

11) Результат действия.

12) Параметры результата

13) Обратная афферентация.

Если мною ничего не забыто, то именно в такой компоновке и работает система. Только во многих работах даже не встречается упоминание о таких частях системы как: установочная афферентация, пусковой стимул. Это заменено одной единственной фразой – афферентный синтез. Он составляет начальную стадию поведенческого акта любой степени сложности, а следовательно и начало работы ФС составляет он же. Важность же афферентного синтеза состоит в том, что он определяет всё последующее поведение организма. Основная задача этой стадии состоит в том, чтобы собрать необходимую информацию о различных параметрах внешней среды. Благодаря ему из множества внешних и внутренних раздражителей организм отбирает главные и создаёт цель поведения (надо полагать здесь параллельно действует механизм доминирующей мотивации) . Считаю, что доминирующая мотивация – это действия в данный момент, направленные на решение, удовлетворение какой-либо нужды, необходимости, желания, которые преобладают над всеми другими побуждениями. Поскольку на выбор такой информации оказывает влияние как цель поведения, так и предыдущий опыт жизнедеятельности, то афферентный синтез всегда индивидуален. Я уже упомянул, что стадия афферентного синтеза включает в себя не один компонент. Согласно данным установочной афферентации и при содействии доминирующей мотивации, базируясь на опыте заложенном в памяти, формируется решение о том что делать. Происходит это в блоке принятия решения. Если к этому блоку доходят сразу несколько пусковых стимулов, то должно сформироваться решение о доминирующем направлении действий (но иногда и о доминирующих, т.е. нескольких) и запуске его в программу выполнения, остальные же должны отсеится и распасться как более не функциональные. Происходит переход к формированию программы действий, которая обеспечивает последующую реализацию одного действия из множества потенциально возможных. Копия выбранного решения передаётся в блок акцептора результата действий, а основная информация поступает в блок эфферентного синтеза. Команда, представленная комплексом эфферентных возбуждений, направляется к периферическим исполнительным органам и воплощается в соответствующее действие. В этом блоке уже содержится некий набор стандартных программ, отработанных в ходе индивидуального и видового опыта для получения положительных результатов. Задача блока на данный момент определить и “подключить” наиболее адекватную программу. Важной чертой ФС являются её индивидуальные и меняющиеся требования к афферентации. Именно количество и качество афферентных импульсаций характеризует степень сложности, произвольности или автоматизированности функциональной системы.

Задачи намеченные к выполнению в блоке принятия решения и запущенные в осуществление и следует называть программой. Чего ради создаётся программа? Ответ уже был дан выше, для того же ради чего существует система – для достижения конечной цели. Это практическая часть системы в отличие от стратегического афферентного синтеза. Но программа по каким-либо внешним воздействиям может не выполнить поставленной цели. Что же из-за этого разрушать всю систему и формировать новую? Это бы было не функционально, обеспечивало бы плохую приспособляемость и требывало бы больше времени. Система не действует по такому пути, уже при исполнении программы в работу вступает акцептор полученного результата. В нём всегда хранится копия полученного ранее решения. Он является необходимой частью ФС – это центральный аппарат оценки результатов и параметров ещё не совершившегося действия. Допустим что должно быть осуществлено некое поведенческое действие, а уже до его осуществления смоделировано представление о нём или образ ожидаемого результата. В процессе реального действия от акцептора идут эфферентные сигналы к нервным моторным структурам, обеспечивающим достижение необходимой цели. Если допустить что из-за каких-то воздействий установочной афферентации поставлена под угрозу жизнь всей системы, то акцептор корректирует программу прямо по ходу её выполнения, причём адекватно с изменениями. А об успешности \ неуспешности поведенческого акта сигнализирует поступающая в мозг афферентная импульсация от всех рецепторов, которые регистрируют последовательные этапы выполнения конкретного действия (обратная афферентация). Оценка поведенческого акта как в целом, так и в деталях невозможна без такой точной информации о результатах каждого из действий. Чтобы гарантировать реализацию любого поведенческого акта необходимо наличие именно этого механизма. Более того, скорее всего организм погиб бы в первые же часы из-за неадекватности действий, если бы подобного механизма не существовало.