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

Большое признание в научном мире получила также разработана в 30-60-е pp. XX в. теория функциональных систем П.К. Анохина. Часто считается наиболее завершенной системной теории в психологии и физиологии, поскольку в ней не только четко определено понятие системы, но и разработана внутренняя операционная архитектоника системы и определены основные принципы ее функционирования.

В русле системного подхода поведение рассматривается как целостный, определенным образом организованный процесс, направленный, во-первых, на адаптацию организма к среде и, во-вторых на активное его преобразования,. Приспособительный поведенческий акт, связанный с изменениями внутренних процессов, всегда носит целенаправленный характер, что обеспечивает организму нормальную жизнедеятельности. Сейчас как методологическая основа психофизиологического описания поведения используется теория функциональной системы П.К. Анохина .

Функциональные системы - это динамические организации, саморегулирующиеся, деятельность всех составляющих компонентов которых способствует получению жизненно важных для организма приспособительных результатов (П.К. Анохин).

П.К. Анохин выделил такие универсальные для различных систем узловые механизмы:

♦ красный приспособительный результат как ведущий пункт функциональной системы;

♦ рецепторы результата;

♦ обратная афферентация от рецепторов результата в центральные образований функциональной системы;

♦ центральная архитектура, представляет собой выборочное объединение нервных элементов различных уровней;

♦ исполнительные соматические, вегетативные и эндокринные элементы, включая организованную целенаправленное поведение.

Результат деятельности для каждой функциональной системы ее является центральным системообразующим фактором. П.К. Анохиным были выделены четыре группы приспособительных результатов:

1) ведущие показатели внутренней среды, определяющие нормальный метаболизм тканей;

2) результаты поведенческой деятельности, удовлетворяющие основные биологические потребности;

3) результаты стадной деятельности животных, которые удовлетворяют потребности группировки;

4) результаты социальной деятельности человека, удовлетворяющие ее социальные нужды, обусловленные ее положением в определенной общественно-экономической формации.

Центральная архитектура функциональной системы, в свою очередь, тоже состоит из взаимосвязанных и организованных в единое целое блоков (стадий):

♦ афферентный синтез - стадия функционирования системы, инициируется определенной потребностью, для удовлетворения которой и создается упомянутая система; на этой стадии решается вопрос "что делать?", какой же именно сейчас нужен результат; к компонентам афферентного синтеза входят - доминирующая на данный момент мотивация, учредительная афферентация, которая также отвечает данному моменту, пусковая афферентация и память;

♦ принятие решения - это стадия характеризуется выбором основной для данного момента "линии поведения";

♦ формирование акцептора результата действия - определяет процесс формирования образа результата или цели системы;

♦ эфферентный синтез - стадия, на которой происходит динамическое объединение соматических и вегетативных функций для выполнения целенаправленного воздействия;

♦ целенаправленное действие - динамическое взаимодействие соматических, вегетативных и эндокринных компонентов, направленная на достижение цели системы; целенаправленное действие происходит под постоянным контролем соответствующих механизмов акцептора результата действия с помощью обратной афферентации, информации (параметры, образ) о реально полученный результат; при этом происходят постоянное сравнение, оценка достигнутого и соответствующая коррекция действия;

♦ санкционируя стадия - если сравнение достигнутого результата через обратную аферентацию соответствует запрограммированным качествам в акцепторе результата действия, то делается вывод об удовлетворении данной потребности и поведенческий акт заканчивается.

Вышесказанное схематическое представление в определенной мере гипотетическим, поскольку реальных механизмов его осуществления пока не обнаружено. Как не обнаружено и конкретных мозговых структур, которые отвечают за работу указанных блоков. Поиск механизмов функциональной системы продолжается.

Кроме вышеприведенных принципов организации функциональной системы, также существуют основные принципы ее функционирования.

♦ взаемоспивдии - системой можно назвать только такой комплекс избирательно вовлеченных компонентов, в которых взаимодействие и взаимоотношения имеют характер взаемоспивдии компонентов для получения сфокусированного полезного результата (чтобы подчеркнуть основной механизм функционирования системы, П.К. Анохин в своих работах часто выделял долю "пение" в слове взаемоспивдия)

♦ динамичности - приводит свойство системы быть пластичной, внезапно менять свою структуру для достижения запрограммированного полезного результата;

♦ иерархичности - принцип функционирования и организации системы, который, с одной стороны, отражает многоуровневость ее внутренней реализации, а с другой - предполагает, что определенная система также входит и в иерархии системы высшего порядка;

♦ саморегуляции - принцип функционирования системы, которая реализуется на основе механизма обратной афферентации и аппарата акцептора результатов действия для достижения запрограммированного результата;

♦ минимизации - введение в структуру функциональной системы только тех элементов, которые необходимы для получения конечного результата, и отвержение всех других.

Функциональная система представляет собой универсальную модель для понимания и построения любой системы в различных классах явлений, включая организмы, машины и социально-экономические организации. Преимущество теории функциональных систем перед другими системными теориями заключается в том, что она дает конкретные возможности для системного анализа различных классов явлений природы и общества и является связующим звеном между синтетическим и аналитическим уровнем исследований (К.В. Судаков).

Именно теория функциональных систем П.К. Анохина оказалась наиболее эффективным и пригодным для психологов вариантом системной методологии, ибо, в отличие от других вариантов системного подхода, в ней было разработано понятие системообразующего фактора. Этот фактор - результат системы, под которым понимается красный приспособительный эффект в соотношении организма и среды, достигается при реализации системы. Поэтому детерминантой поведения и деятельности в теории функциональных систем рассматривается не прошла по ним событие - стимул, а будущее - результат (Ю.И. Александров, В. Дружинин).

Выдающимся проявлением влияния теории функциональных систем на психологическую науку стало создание нового направления в психологии - системной психофизиологии, задачей которой является изучение систем и межсистемных отношений, составляющих и обеспечивают психику и поведение человека.

10.4. Человек как целостная биопсихосоциальная система

В последнее время в науке получили широкое распространение взглядов о необходимости рассмотрения человека как целостной биопсихосоциальной системы. Истоки этих взглядов был заложен еще в 60-80-х pp. прошлого столетия трудами Н.А. Агаджаняна, Б.Г. Ананьева, В.А. Ганзена, А.С. Батуева, Б.Ф. Ломова, BC Мерлина, В.М. Русалова и др.

Согласно теории Б. Ананьева человек представляет собой пол- системным образования, в котором выделяются различные ипостаси. Первая из них определяется как индивид (или целостный организм). Индивид ни качества, в свою очередь, делятся на первичные и вторичные. К первичным относятся соматические, нейродинамических, конституциональные и половые, к вторичным - те, что образуются на основе первичных в процессе жизнедеятельности: сенсомоторная организация, структура органических потребностей, темперамент, задатки.

Б.Ф. Ломов выделял три уровня индивидуальности человека, представляющие собой целостную систему: социальный, психический и психологический, биологический. При этом ученый отмечал, что ведущую роль в отношении человека к миру играют те качества, которые определяются ее принадлежности к социальной системы.

Согласно теории интегральной индивидуальности BC Мерлина совокупность индивидуальных качеств человека представляет собой большую иерархическую систему, которая саморегулируется. Иерархические уровни этой большой системы включают:

1. Система индивидуальных качеств организма. ее подсистемы: а) биохимические; б) общесоматические; в) качества нервной системы (нейродинамических).

2. Система индивидуальных психических качеств. Ее подсистемы: а) психодинамические (качества характера) б) психические качества личности.

3. Систему социально-психологических индивидуальных качеств. Ее подсистемы: а) социальные роли в социальной группе и коллективе; б) социальные роли в социально-исторических общностях.

В.М. Русалов, основываясь на системных принципах, определил человеческую индивидуальность как целостную систему, целью которой является сохранение целостности и тождественности человека самому себе в условиях непрерывных внутренних (организмических) и внешних (социальных) изменений.

В структуре человеческой индивидуальности он выделил два основных компонента: организм и личность и следующие основные признаки: целостность, обособленность, неповторимость, автономность, самосознание, творческие способности.

В.М. Русалова было также выделено два основных уровня индивидуально-психологических различий между людьми, подчеркивает преимущественно "социальное" или "биологическое" происхождение этих различий:

♦ к первому уровню относятся "содержанию" индивидуальные различия, касающиеся социально обусловленных качеств (направленности, отношений, моральных установок, желаний, мотивов, интересов, а также знаний, умений, навыков и т.д.).

♦ второй уровень касается "психодинамических" качеств личности, которые обусловлены организмический качествами человека, его биологической организацией. При этом разделение психики человека на "содержательный" и "динамический" уровне не означает существование непроходимой границы между ними, а указывает лишь на возможность рассмотрения этих различных аспектов единого целостного психического процесса.

Вышеприведенные взгляды на человеческую индивидуальность представляют собой общенаучную основу современных представлений о человеке как целостную биопсихосоциальная систему.

Несмотря на определенную абстрактность изложенных представлений, они имеют важное значение для теоретического обоснования психофизиологических исследований и интерпретации их результатов. О том, что между психическим и соматическим существуют причинно-следственные связи, которые имеют двустороннюю направленность (психическое влияет на физиологическое и наоборот), свидетельствует множество фактов. Только при таком подходе получают объяснения феномена изменения физиологических показателей под влиянием психических изменений, и наоборот, изменения в психике человека под действием воздействий на ее тело. Итак, целостность индивидуальности лежит в основе того факта, что любое воздействие (например, прием химического препарата, изменение атмосферного давления, шум на улице, неприятные известия и т.д.) хотя бы на один из уровней (биохимический, физиологический, психологический и др.) неизбежно приводит к отзывам на всех других уровнях и меняет текущее состояние организма человека, его психическое состояние, а возможно, и поведение. Поэтому следует рассматривать различные аспекты индивидуальности во всем многообразии их взаимосвязей и взаимодействия .

Вопросы для самоконтроля

1. Что представляет собой понятие системного подхода и системы?

2. Какие системные принципы рассмотрения психических явлений были определены Б.Ф. Ломовым?

3. Какие уровне исследования человека и его психики были определены Б.Ф. Ломовым?

4. Что представляет собой функциональная система и каковы ее узловые механизмы?

5. По каким блоков состоит центральная архитектура функциональной системы?

6. Каковы основные принципы функционирования функциональной системы?

7. В чем заключаются основные взгляды относительно понимания человека как целостной биопсихосоциальной системы?

Литература

1. Аиохин П.К. Узловые вопросы теории функциональных систем. - М.: Наука, 1980. - 197 с.

2. Кокун А.Н. Онтимизация адаптационных возможностей человека: психофизиологический аспект обеспечения деятельности: Монография. - М.: Миле- ниум, 2004. - 265 с.

3. Лол.ов Б.Ф. Методологические и теоретические проблемы психологии. - М.: Наука, 1984. - 446 с.

4. Ломов Б. Системность в психологии: Избр. психол. тр. / Под ред В.А. Барабан тиковая. - М.: Институт практической. психологии, 1996. - 384 с.

5. Мпрютина Т.М., Ермолаев О.Ю. Введение в психофизиологию. - Четвёртый изд. - М.: Флинта, 2004. - 400 с.

6. Теория функциональных систем в физиологии и психологии. - М.: Наука, 1978. - 384 с.

7. Психофизиология: Учебник для вузов / Под. ред. Ю.И. Александрова. - 3-е изд. - СПб.: Питер, 2004. - 464 с.

Темы рефератов

1. История развития системного подхода.

2. Системный подход в психологии.

3. Системная психофизиология как новое направление психологии.

Творческое задание

Подробно опишите, основываясь на методологических принципах-теории функциональных систем, какой-нибудь (на выбор) поведенческий акт человека.

Множество исследований в области искусственного интеллекта сталкиваются с проблемой отсутствия на сегодняшний момент какой-либо мощной теории сознания и мозговой активности. Фактически мы обладаем достаточно скудными знаниями о том каким образом мозг обучается и достигает адаптивного результата. Однако, на данный момент происходит заметное увеличение взаимовлияния области искусственного интеллекта и нейробиологии. По результатам математического моделирования мозговой активности ставятся новые цели для экспериментов в области нейробиологии и психофизиологии, а экспериментальные данные биологов в свою очередь во многом влияют на вектор развития ИИ.

Исходя из вышесказанного становится ясно, что для будущего успешного развития бионического ИИ необходимо плотное сотрудничество математиков и нейробиологов, которое в итоге будет плодотворным для обеих областей. Для этого в частности необходимо изучение современных успехов теоретической нейробиологии.

На данный момент существуют три наиболее проработанных и отчасти экспериментально проверенных теории строения сознания в области теоретической нейробиологии: теория функциональных систем П.К. Анохина, теория селекции нейрональных групп (нейродарвинизм) Джеральда Эдельмана и теория глобальных информационных пространств Жана-Пьера Шанже (изначально сформулирована Бернардом Баарсом). Остальные теории либо являются модификациями названных, либо не подтверждены никакими экспериментальными данными. В данной статье речь пойдет о первой из этих теорий - Теории функциональных систем П.К. Анохина .

Парадигмы реактивности и активности

Рис. 1. Две парадигмы нейрофизиологии - реактивность и активность

В соответствии с парадигмой реактивности за стимулом следует реакция – поведенческая у индивида, импульсная у нейрона. В последнем случае в качестве стимула рассматривается импульсация пресинаптического нейрона.

В соответствии с парадигмой активности действие завершается достижением результата и его оценкой. В схему включается модель будущего результата: для человека, например, контакт с объектом-целью .

Согласно реактивностному подходу, агент не должен проявлять активность в отсутствии стимулов. Напротив, при использовании парадигмы активности мы можем допустить случай, когда агенту не поступило никакого стимула из внешней среды, однако, согласно ожиданиям агента он должен был поступить. В этом случае агент будет действовать и обучаться для устранения рассогласования, чего не может бы быть в случае простейшего безусловного ответа агента на стимул из внешней среды.

Теория функциональных систем

Рис. 2. Общая архитектура функциональной системы
(ОА – обстановочная афферентация, ПА – пусковая афферентация)

Архитектура функциональной системы приведена на рис. 2. На схеме представлена последовательность действий при реализации одной функциональной системы. Вначале происходит афферентный синтез, который аккумулирует сигналы из внешней среды, память и мотивацию субъекта. На основе афферентного синтеза принимается решение, на основе которого формируется программа действий и акцептор результата действия – прогноз результативности совершаемого действия. После чего непосредственно совершается действие и снимаются физические параметры результата. Одной из самых важных частей данной архитектуры является обратная афферентация – обратная связь, которая позволяет судить об успешности того или много действия. Это непосредственно позволяет субъекту обучаться, так как сравнивая физические параметры полученного результата и предсказанного результата, можно оценивать результативность целенаправленного поведения. Причем небходимо отметить, что на выбор того или иного действия влияет очень много факторов, совокупность которых обрабатывается в процессе афферентного синтеза.

Такие функциональные системы вырабатываются в процессе эволюции и обучения в течение жизни . Если обобщать, то вся цель эволюции – это выработка функциональных систем, которые будут давать наилучший приспособительный эффект. Функциональные системы, вырабатываемые эволюцией, развиваются еще до рождения, когда нету прямого соприкосновения со средой, и обеспечивают первичный репертуар. Именно этот факт указывает на эволюционную природу этих явлений. Такие процессы получили общее название – первичный системогенез .

Системно-эволюционная теория, разработанная Швырковым В.Б. на основе теории функциональных систем, отвергала даже понятие «пускового стимула» и рассматривала поведенческий акт не изолировано, а как компоненту поведенческого континуума: последовательности поведенческих актов, совершаемых индивидом на протяжении его жизни (рис. 3) . Следующий акт в континууме реализуется после достижения и оценки результата предыдущего акта. Такая оценка – необходимая часть процессов организации следующего акта, которые, таким образом, могут быть рассмотрены как трансформационные или процессы перехода от одного акта к другому .

Рис. 3. Поведенчески-временной континуум

Из всего вышесказанного следует, что индивид, и даже отдельный нейрон, должны обладать способностью вырабатывать образ результата действия и возможностью оценивать результативность своего поведения. При выполнении этих условий поведение можно с уверенностью называть целенаправленным.

Однако, процессы системогенеза происходят в мозге не только в развитии (первичный системогенез), но и в течение жизни субъекта. Системогенез – это образование новых систем в процессе обучения. В рамках системно-селекционной концепции научения - формирование новой системы - рассматривается как формирование нового элемента индивидуального опыта в процессе научения. В основе формирования новых функциональных систем при научении лежит селекция нейронов из «резерва» (предположительно низко активных или «молчащих» клеток). Эти нейроны могут быть обозначены как преспециализированные клетки .

Селекция нейронов зависит от их индивидуальных свойств, т.е. от особенностей их метаболических «потребностей». Отобранные клетки становятся специализированными относительно вновь формируемой системы – системно-специализированными. Эта специализация нейронов относительно вновь формируемых систем постоянна. Таким образом, новая система оказывается «добавкой» к ранее сформированным, «наслаиваясь» на них. Этот процесс называется вторичным системогенезом .

Следующие положения системно-эволюционной теории:
о наличии в мозге животных разных видов большого числа «молчащих» клеток;
об увеличении количества активных клеток при обучении;
о том, что вновь сформированные специализации нейронов остаются постоянными
что при научении происходит скорее вовлечение новых нейронов, чем переобучение старых,
согласуются с данными, полученными в работах ряда лабораторий .

Отдельно хотелось бы отметить, что согласно современным представлениям психофизиологии и системно-эволюционной теории количество и состав функциональных систем индивида определяется как процессами эволюционной адаптации, которые отражаются в геноме, так и индивидуальным прижизненным обучением.

Теория функциональных систем успешно исследуется путем имитационного моделирования и на ее основе строятся различные модели управления адаптивным поведением .

Вместо заключения

Хотелось бы еще раз отметить, что с моей точки зрения дальнейшее развития области ИИ невозможно без тесного сотрудничества с нейробиологами, без построения новых моделей на основе мощных теорий.

Список литературы

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.

Помимо школы И. П. Павлова, успешно развивающей условно- рефлекторную теорию и в наше время, в физиологии существует целый ряд других направлений. Так, например, хорошо известна физиологическая школа ученика И. П. Павлова академика П. К. Анохина (1898–1974), обосновавшего и развившего принцип системной организации деятельности организма – теорию функциональных систем .

Среди многих проблем, разработкой которых занимались П. К. Анохин и его ученики, важное место занимал вопрос о системной работе ЦНС в условиях формирования ответа организма на внешние раздражители. Экспериментальные данные, полученные в условно-рефлекторных экспериментах, при параллельной регистрации суммарной электрической активности ряда структур мозга и активности отдельных нейронов позволили сформулировать концепцию функциональной системы. Еще в 1937 г. П. К. Анохин дал этому понятию следующее определение: "группа нервных образований с соответствующими рабочими органами на периферии, которые выполняют специфическую и четко определенную функцию" . В дальнейших исследованиях понятие функциональной системы претерпело определенные, однако не принципиальные изменения. Одним из первых в отечественной и мировой физиологии Анохин привлек внимание к феномену обратной афферентации, который в дальнейшем стал известен как принцип отрицательной обратной связи (этот же принцип представляет собой краеугольное понятие кибернетики). Важным этапом развития взглядов П. К. Анохина было введение им представления о системогенезе, т.е. о закономерностях развития функциональных систем.

В концепции функциональной системы условный рефлекс рассматривается в качестве результата сложного многокомпонентного процесса. Ведущим системообразующим фактором считается достижение определенного "конечного" результата, соответствующего потребностям организма в данный момент. Начальный узловой механизм функциональной системы – афферентный синтез. Это комплекс физиологических процессов, состоящий из нескольких функциональных блоков – доминирующей мотивации, обстановочной афферентации (всей суммы внешней и внутренней стимуляции, получаемой мозгом в обстановке эксперимента), так называемой пусковой афферентации и памяти. В результате интеграции этих процессов происходит "принятие решения". Именно оно определяет конечный результат процесса: на основе афферентного синтеза выбирается один из множества вариантов ответа организма. Как следствие этого уменьшается число степеней свободы в действии функциональных систем других уровней и формируется программа действий. Параллельно с ней создается так называемый "акцептор результатов действия", т.е. нервная модель будущих (ожидаемых) результатов, некий идеальный образ. Возникающее на следующей стадии эфферентное возбуждение ведет к определенному действию и результату. Информация о параметрах результата через обратную связь (обратную афферентации)) воспринимается акцептором результатов действия для сопоставления с ранее сформированной ("идеальной") моделью. Если параметры результата не соответствуют предсуществующей модели, то возникает новое возбуждение, которое должно произвести соответствующую коррекцию. Акцептор результатов действия направляет активность организма вплоть до момента достижения желаемой цели.

Поведенческий акт может иметь разную степень сложности, а формируясь и осуществляясь в конкретных условиях, он не может не зависеть от них. В процессе научения животные усваивают новые формы поведения.

С точки зрения П. К. Анохина, структура поведенческого акта представляет собой последовательную смену следующих стадий:

• афферентный синтез;
• принятие решения;
• акцептор результатов действия;
• эфферентный синтез;
• формирование самого действия;
• оценка достигнутого результата.

Стадия афферентного синтеза представляет собой анализ совокупности информационных сигналов, поступающих в ЦНС и дающих животному основание принять решение о возможном поведении. Во время этой стадии учитывается потребность организма в чем-либо, а также наличие возможных путей ее удовлетворения, имеющихся в памяти животного; воздействие разнообразных факторов внешней среды (обстановочная афферентация) и сигналов, запускающих поведение (пусковая афферентация). Любой поведенческий акт направлен на удовлетворение какой-либо потребности организма.

Доминирующая потребность активирует соответствующие отделы памяти, хранящие информацию о возможных путях удовлетворения данной потребности, а также активизирует двигательные системы организма, способствующие ее скорейшему удовлетворению. Кроме наличия соответствующей потребности, возможность осуществления поведенческого акта зависит также от условий, в которых приходится действовать животному. Факторы внешней среды, или обстановочная афферентация, влияют на проявление и характер поведенческого акта, а иногда и сами могут вызывать привычное для данной ситуации поведение. Значение обстановочной афферентации заключается в том, что создавая скрытое возбуждение, она приурочивает поведение к определенному месту, наиболее целесообразному для удовлетворения соответствующей потребности. Как правило, поведение в несвойственной для животного обстановке, не связанное с удовлетворением данной потребности, протекает менее выражено, неполно или неэффективно. В результате взаимодействия информации о потребности, обстановке и данных памяти формируется готовность организма к определенному действию, которое запускается соответствующими сигналами или стимулами, т.е. пусковой афферентацией.

Пусковая афферентация привязывает поведение к конкретному времени, конкретной обстановке и конкретной ситуации. Стадия афферентного синтеза завершается переходом в стадию принятия решения, которая определяет тип и направление поведения. При этом формируется так называемый акцептор результата действия, представляющий собой образ будущих событий, результата, программы действия и представление о средствах достижения необходимого результата.

На стадии эфферентного синтеза формируется конкретная программа поведенческого акта, которая переходит в действие – с какой стороны забежать, какой лапой толкнуться и с какой силой. Полученный животным результат действия по своим параметрам сравнивается с акцептором результата действия. Если происходит совпадение, удовлетворяющее животное, поведение в данном направлении заканчивается; если нет – поведение возобновляется с изменениями, необходимыми для достижения цели.

Большую роль в целенаправленном поведении играют эмоции. Если параметры выполненного действия не соответствуют акцептору действия (поставленной цели), то возникает отрицательное эмоциональное состояние, создающее дополнительную мотивацию к продолжению действия, его повторению по скорректированной программе до тех пор, пока полученный результат не совпадет с поставленной целью (акцептором действия). Если же это совпадение произошло с первой попытки, то возникает положительная эмоция, прекращающая его.

Таким образом, наиболее важным компонентом, определяющим поведение, является достижение биологически полезного результата, удовлетворение ведущих биологических потребностей: голода, жажды, агрессии, половой потребности, родительской и т.п. Только при наличии биологически важной цели поведение становится целесообразным для животного, необходимым для него и повторяющимся с большой вероятностью в будущем. Согласно теории функциональных систем, хотя поведение и строится по рефлекторному принципу, оно определяется как последовательность или цепь условных рефлексов. Действие животных определяется не только внешними раздражителями, но и внутренними потребностями, и возникает на основе опережающего отражения действительности – программирования, а ведущим фактором организации поведения, его целью является получение биологически полезного результата.

Теория функциональной системы П. К. Анохина расставляет акценты в решении вопроса о взаимодействии физиологических и психологических процессов и явлений. Она показывает, что те и другие играют важную роль в совместной регуляции поведения, которое не может получить полного научного объяснения ни на основе только знания физиологии высшей нервной деятельности, ни на основе исключительно психологических представлений. Для многочисленных учеников и последователей П. К. Анохина теория функциональных систем служила и служит теоретической базой для формулировки определенных физиологических задач и для объяснения полученных в экспериментах результатов, однако ее прогностические возможности оказываются, как правило, невысокими, по-видимому, в связи с чрезвычайно общим характером исходных формулировок. Тем не менее концепция функциональной системы была и остается одним из принятых в отечественной науке подходов к рассмотрению механизмов целостного поведения.

• Анохин П. К. Биология и нейрофизиология условного рефлекса. М., 1968.

Её основные постулаты

Под функциональными системами понимают такие саморегулирующиеся динамические организации, деятельность всех составных компонентов которых взаимосодействует достижению полезных для организма в целом приспособительных результатов.

Такими результатами, прежде всего, являются различные показатели обмена веществ и внутренней среды организма. Кроме того, это многочисленные результаты поведенческой деятельности живых существ, определяющие удовлетворение их ведущих потребностей. В организме, таким образом, столько функциональных систем, сколько полезных, приспособительных результатов.

Например, из учения П. К. Анохина о функциональных системах вытекает одна из ведущих закономерностей роста и развития организма – СИС-ТЕМОГЕНЕЗ. Последний очень наглядно прослеживается на ранних этапах развития ребёнка: новорожденный не способен к какому-либо активному физическому действию, кроме осуществления врождённых рефлексов. На определённом этапе ребёнок повернётся на бочок, когда достаточного развития достигнет функциональная система, обеспечивающая этот акт (соответствующее развитие костно-связочно-мышечного аппарата, механизма ориентации в пространстве и т. п.). Так же, далее, он, в своё время, сядет, пойдёт, побежит, когда определённой степени развития достигнут функциональные системы, обеспечивающие эти акты. Таким образом, СИСТЕМОГЕНЕЗ – это избирательное и ускоренное развитие анатомо-физиологических образований (функциональных систем), обеспечивающих человеку выживание, функционирование на каждом отдельном этапе развития . Функциональные системы созревают неравномерно, включаются поэтапно, сменяются, обеспечивая организму приспособление в различные периоды онтогенетического развития.

Состав функциональных систем не определяется топографической близостью структур или их принадлежностью к какому-либо разделу анатомической классификации. В функциональную систему могут быть вовлечены как близко, так и отдалённо расположенные структуры организма. Единственным фактором, определяющим избирательность этих соединений, является биологическая и физиологическая архитектура функции, а единственным критерием их полноценности является конечный приспособительный эффект для целого организма, наступающий при развёртывании процессов в данной функциональной системе.

Таким образом, центральное звено любой функциональной системы представляет тот или иной полезный для организма в целом, для его метаболизма, результат. Последнее (результат) – это «визитная карточка» любой функциональной системы. Любое состояние результата и особенно отклонение от уровня, обеспечивающего нормальный метаболизм, воспринимается соответствующими рецепторами, которые передают информацию в специальные центры. Последние, в свою очередь, мобилизуют различные исполнительные механизмы, которые приводят результат к оптимальному для организма уровню. В итоге, функциональные системы работают по принципу саморегуляции.

Функциональные системы – единицы целостной деятельности организма. Они представляют собой динамические саморегулирующиеся организации, формирующиеся на метаболической основе или под влиянием факторов окружающей, а у человека – и социальной среды.

Многообразие полезных для организма приспособительных результатов указывает на то, что число функциональных систем, составляющих раз-личные стороны жизнедеятельности целого организма, может быть чрезвычайно велико. Одни функциональные системы своей деятельностью определяют различные показатели внутренней среды организма, другие – поведенческую деятельность и взаимодействие с окружающей средой.

Любая функциональная система, согласно представлениям П. К. Анохина, имеет принципиально однотипную организацию и включает следующие общие, универсальные для разных систем, периферические и центральные узловые механизмы:

· полезный приспособительный результат как ведущее звено функциональной системы – это «пусковой механизм» системы;

· рецепторы результата – дающие «задание» на получение приспособительного результата (здесь заканчивается безусловная часть рефлекса);

· обратную афферентацию , идущую от рецепторов результата в центральные образования функциональной системы как необходимая и универсальная стадия любого условного рефлекса или поведенческого акта, когда даётся весь комплекс информации «обратной связи» в центральное звено функциональной системы, насколько выданное решение корректно поставленной задаче;

· центральную архитектуру (центры коры головного мозга), представляющую избирательное объединение функциональных систем нервных элементов различных уровней, являющуюся анализатором (корректором) принятого решения (предсказание и контроль результатов действия);

· исполнительные соматические, вегетативные и эндокринные компоненты , включающие организованное целенаправленное поведение в рамках, определяемых сложившимся решением функциональной системы.

В целом организме взаимодействие различных функциональных систем строится на основе принципов иерархии и многосвязного, мультипараметрического взаимодействия результатов деятельности отдельных функциональных систем.

Принцип иерархии состоит в том, что в каждый данный момент времени деятельность организма определяется функциональной системой, доминирующей в плане выживаемости или адаптации к окружающей среде (принцип доминанты ). Другие функциональные системы выстраиваются в иерархическом порядке в соответствии с их биологической значимостью и необходимостью для социальной деятельности человека.

Смена доминирующих функциональных систем происходит постоянно и отражает сущность непрерывно происходящего обмена веществ и постоянного взаимодействия организма с окружающей средой. Однако все функциональные системы находятся в тесной взаимосвязи и изменение одного показателя, результата деятельности какой-либо функциональной системы, тут же сказывается на результатах деятельности других функциональных систем.

Целостный организм в каждый данный момент времени представляет слаженное взаимодействие, интеграцию (по вертикали и горизонтали) различных функциональных систем, что определяет нормальное течение метаболических процессов. Нарушение этой интеграции, если оно не компенсируется специальными механизмами, означает заболевание и может привести к гибели организма.