Развитие важнейших функциональных систем мозга. Учение о системогенезе

Таким образом, возникает трудно разрешимая дилемма: увеличить или сократить  срок обучения. В первом случае потомство  становится особенно опытным. Однако при  этом очень велик риск для жизни. Во втором случае рано повзрослевшему существу грозит плохая приспособляемость, “неразумность”, что в конце концов тоже неблагоприятно для выживания.

В живой природе существует множество  компромиссных решений этой дилеммы, суть которых сводится к одному: чем больше набор врожденных реакций  для первоначального выживания, тем короче период детства и меньше способность к индивидуальному  обучению. Человек в этом ряду занимает особое место: его новорожденный  самый беспомощный, а детство  — самое продолжительное во всем животном мире. В то же время у  человека наиболее высокая способность  к обучению, к творческим взлетам  мысли.

Однако  путь от беспомощного новорожденного до социально зрелого индивида чрезвычайно  велик.

Новорожденный фактически ничего не умеет и практически всему  может и должен научиться в  течение жизни. Как избежать ошибок и искажений в развитии, как  добиться формирования гармоничной, творческой личности? Существует мнение, что все  зависит от воспитания. Новорожденного можно сравнить с своего Рода нулевым циклом предстоящей постройки, и из этого нуля можно сотворить все, что угодно.

Взгляд на период новорожденности  как на нулевую фазу не нов. Еще  в XVII в. Д.Локк развивал идеи о том, что  душа новорожденного — “чистая  доска”, “пустое помещение”, которое  заполняется в процессе развития и воспитания. Эти постулаты надолго  закрепились в педагогике. Однако современные исследования показывают, что мозг новорожденного — не просто безликая масса клеток, ожидающих  внешних воздействий, а генетически  запрограммированная система, постепенно реализующая заложенную в нее  тенденцию развития. Только что родившийся ребенок — далеко не “нуль”, а  сложнейший результат насыщенного  перестройками периода внутриутробного  развития.

Если продолжить сравнение мозга  новорожденного с “чистой доской”, незаполненной тетрадью, то можно  отметить, что несмотря на внешнее сходство всех тетрадей каждый экземпляр имеет свои особенности. В одном, например, нельзя писать чернилами (они расплываются), в другом обнаруживаются неразрезанные страницы (поневоле приходится оставлять пустые места), в третьем перепутана нумерация страниц и необходимо делать записи не по порядку, а в разных местах. Более того, практически невозможно записать во все экземпляры один и тот же текст, одни и те же сведения, не говоря уже о различиях формы, стиля изложения и почерка. В одних случаях изложение получается предельно сухим, в других — романтически приподнятым, в третьих целые фрагменты оказываются совершенно неразборчивыми. Однако следует отметить, что сравнение мозга с тетрадью чересчур поверхностно, ибо мозг человека — это не компьютер для фиксации сведений, а система, активно перерабатывающая информацию и способная самостоятельно извлекать новую информацию на основе творческого мышления. Главной причиной творческого, интеллектуального развития ребенка является необходимость взаимодействия отдельных форм поведения в ходе решения возникающих и усложняющихся в окружении ребенка жизненных задач.

На основе изучения развивающегося мозга можно условно говорить о “биологическом каркасе личности”, который влияет на темп и последовательность становления отдельных личностных качеств. Понятие “биологический каркас”  динамическое. Это, с одной стороны, генетическая программа, постепенно реализующаяся  в процессе взаимодействия со средой, с другой — промежуточный результат  такого взаимодействия. Динамичность “биологического каркаса” особенно наглядна в детстве. По мере повзросления биологические параметры все более стабилизируются, что дает возможность разрабатывать типологию темпераментов и других личностных характеристик.

Важнейшими факторами “биологического  каркаса личности” являются особенности  мозговой деятельности. Эти особенности  генетически детерминированы, однако эта генетическая программа всего  лишь тенденция, возможность, которая  реализуется с различной степенью полноты и всегда с какими-то модификациями. При этом играют большую роль условия  внутриутробного развития и различные  факторы внешней среды, воздействующие после рождения. Все же влияния  внешних факторов небеспредельны. Генетическая программа определяет предел колебаний в своей реализации, и этот предел принято обозначать как норму реакции.

Например, такие функциональные системы, как зрительная, слуховая, двигательная, могут существенно различаться  в нормах реакции. У одного человека от рождения присутствуют задатки абсолютного  музыкального слуха, другого нужно  обучать различению звуков, но выработать абсолютный слух так и не удается. Тo же самое можно сказать о двигательной неловкости или, наоборот, одаренности. Таким образом, “биологический каркас” в известной степени предопределяет контуры того будущего ансамбля, который называется личностью.

Говоря о вариантах нормы  реакции отдельных функциональных систем, следует указать на относительную  независимость их друг от друга. Например, между музыкальным слухом и моторной ловкостью нет однозначной связи. Можно прекрасно, тонко понимать музыку, но плохо выражать ее в движениях. Этот факт раскрывает одну из важнейших  закономерностей эволюционирования мозга — дискретность формирования отдельных функциональных систем.

ПРИНЦИП ГЕТЕРОХРОННОСТИ В ВОЗРАСТНОЙ ЭВОЛЮЦИИ МОЗГА

Внешние проявления нервно-психического развития напоминают мчащуюся по шоссе группу соревнующихся велосипедистов: вначале  они сбиваются в единую плотную  массу, затем постепенно растягиваются цепочкой, причем лидер часто сменяется, его обгоняют другие. На каждом возрастном этапе какие-то функции или отдельные их звенья выглядят наиболее активными и сформированными. Наступает следующий возрастной период, и картина меняется: недавние “лидеры” отходят на вторые места, появляются новые формы и способы реагирования.

Например, новорожденный ребенок обладает набором первичных автоматизмов, обеспечивающих прежде всего акт сосания и регуляцию мышечного тонуса. Зрительное, слуховое восприятия находятся еще в рудиментарном состоянии. Но постепенно зрительные реакции становятся все более активными: от автоматической фиксации взгляда на случайно попавшем в поле зрения предмете ребенок переходит к самостоятельному зрительному поиску; он приобретает способность разглядывать предмет, “ощупывать” его взглядом. К 6—7-му месяцу жизни разглядывание становится важнейшим способом изучения окружающего мира. Однако вскоре, как только появляется возможность брать предметы, перекладывать их из одной руки в другую (9—10 мес), активное манипулирование приобретает главную роль в деятельности ребенка. С появлением речи мануальное (ручное) познание все более вытесняется словесным.

Если  какой-то возрастной этап представить  как финишную черту, то можно увидеть, что к данному финишу различные  функциональные системы приходят с  разной степенью зрелости, совершенства. Одни уже почти оформились и в  дальнейшем лишь незначительно модифицируются, другие только начинают формироваться. В этом заключается принцип гетерохронности, неодновременности созревания отдельных функциональных систем мозга. Зрительное восприятие, например, совершенствуется быстрее, чем слуховое или вкусовое, а способность понимать обращенную речь возникает гораздо раньше, чем умение говорить.

Гетерохронность развития отдельных звеньев функциональной системы можно зарегистрировать при помощи анатомо-физиологических исследований. Тем самым объективно раскрывается материальный субстрат процессов развития мозга. В частности, большое внимание уделяется темпам миелинизации периферических нервов — скорости образования миелиновой оболочки в нервных проводниках. Миелиновая оболочка является эволюционным приобретением, позволяющим проводить нервные импульсы с большей скоростью и более дифференцированно. Миелинизированные нервные волокна обнаруживаются только у представителей относительно поздних этапов эволюции и в наибольшей степени — у млекопитающих, включая человека. Сопоставление степени миелинизации у взрослых и детей различных возрастов показывает, сколь неравномерно происходит этот процесс в различных отделах нервной системы. Так, волокна лицевого нерва, участвующие в обеспечении акта сосания, оказываются миелинизированными уже к моменту рождения, а так называемый пирамидный путь, связывающий двигательные центры коры головного мозга с соответствующими отделами спинного мозга, завершает миелинизацию лишь к 2 годам. Процессы миелинизации косвенно отражаются на скоростях проведения импульсов по волокнам нерва. Эти скорости определяются при помощи электронейромиографии.

Установлено, что общая тенденция, характерная  для созревания нервной системы, заключается в увеличении скоростей  проведения нервных импульсов. Темпы  прироста скоростей в разных отделах  нервной системы неодинаковы  в различные возрастные периоды. Так, у новорожденных наиболее высоки скорости проведения в тех волокнах лицевого нерва, которые связаны  с актом сосания. Эти показатели даже мало отличаются от величин, характерных  для взрослого человека. Скорости проведения в нервах верхних и  нижних конечностей новорожденного значительно ниже.

В дальнейшем отмечается быстрое нарастание скоростей  проведения импульсов в верхних  конечностях, что предшествует появлению  у ребенка манипулятивной деятельности. К 8 —10 месяцам, когда обычно наблюдаются попытки самостоятельно вставать на ноги, резко повышаются скорости проведения импульсов в нижних конечностях. Этот прирост опережает соответствующие показатели для верхних конечностей вплоть до того периода, пока ребенок не овладеет самостоятельной ходьбой. В дальнейшем скорости проведения импульсов в верхних конечностях снова начинают расти быстрее и раньше достигают характерных для взрослых норм.

Из  всех этих данных следует, что гетерохрония нарастания скоростей проведения импульсов  отчетливо связана с усложнением  двигательных функций. Схема лицо —  руки — ноги — руки соответствует  основным этапам моторного развития ребенка. Более того, нарастание скоростей  проведения предшествует формированию новой функции. В этом проявляется  принцип опережающего обеспечения  функции, характерный для развивающейся  нервной системы. Наличие опережающего обеспечения — еще одно доказательство существования биологической программы  развития мозга.

Согласно данным П.К.Анохина, системогенез - избирательное созревание и развитие функциональных систем в анте- и постнатальном онтогенезе. В отличие от понятия «морфогенез» (А.Н.Северцев), отражающего развитие органов в онтогенезе, термин «системогенез» отражает развитие в онтогенезе различных по функции и локализации структурных образований, которые объединяются в полноценную функциональную систему, обеспечивающую новорожденному выживание.

В настоящее время термин «системогенез» применяется в более широком смысле, при этом под системогенезом понимают процессы не только онтогенетического формирования, но и преобразование функциональных систем в ходе жизнедеятельности организма. Примеры динамичных перестроек функциональных систем можно найти, анализируя активность индивидуумов при формировании новых навыков. Так, системные механизмы достижения полезных результатов на начальном этапе формирования навыков и на этапе автоматизированных навыков будут различными прежде всего по объему мышечных усилий и уровню их вегетативного обеспечения.

Общие принципы формирования функциональных систем в онтогенезе по П.К.Анохину.

1. Системообразующим фактором функциональной системы любого уровня является полезный для жизнедеятельности организма приспособительный результат, необходимый в данный момент. Этому правилу подчиняется и процесс созревания различных функциональных систем на разных этапах онтогенеза, и деятельность функциональных систем зрелого организма. Примерами могут служить поддержание различных физиологических констант (артериальное давление, осмотическое давление, рН внутренней среды организма и др.) с помощью регуляции функций внутренних органов и поведенческих реакций; достижение результата в социальной деятельности - в работе, учебе. В итоге все множество полезных приспособительных результатов можно объединить в две группы: 1) поддержание постоянства внутренней среды организма; 2) достижение результата в социальной деятельности. В системогенезе выделяют два основных периода - антенатальный (внутриутробный) и постнатальный.

2. Принцип изоморфной организации.  Все функциональные системы различного  уровня имеют одинаковую архитектонику  (структуру).

3. Принцип консолидации компонентов  функциональной системы - объединение  в функциональную систему отдельных  фрагментов, развивающихся в различных  частях организма. Консолидация  фрагментов функциональной системы  - критический пункт развития  ее физиологической архитектуры.  Ведущую роль в этом процессе  играет ЦНС. Например, сердце, сосуды, дыхательный аппарат, кровь объединяются  в функциональную систему поддержания  постоянства газового состава  внутренней среды на основе  совершенствования связей между  различными отделами ЦНС, а  также на основе развития иннервационных связей между ЦНС и соответствующими периферическими структурами. Спинальные моторные центры мышц нижних конечностей, туловища, шеи, моторные центры ствола мозга, мускулатура туловища и конечностей объединяются в функциональную систему сохранения вертикальной позы человека на основе совершенствования эфферентных и афферентных связей между ядрами промежуточного, среднего, продолговатого, спинного мозга, с одной стороны, и мышечным аппаратом человека, с другой.

4. Принцип гетерохронной закладки и гетерохронного созревания компонентов функциональной системы. В ходе антенатального онтогенеза различные структуры организма закладываются в разное время и созревание их происходит различными темпами. Так, нервный центр группируется и созревает обычно раньше, чем закладывается и созревает иннервируемый им субстрат. В онтогенезе созревают в первую очередь те функциональные системы, без которых невозможно дальнейшее развитие организма. Например, у плода развивается функциональная система, поддерживающая постоянство газового состава крови с помощью плацентарного кровообращения: кислород поступает из крови матери в кровь плода, а углекислый газ транспортируется в противоположном направлении - из крови плода в кровь матери. У плода формируется функциональная система, обеспечивающая ортотоническую позу: согнутые шея, туловище и конечности, благодаря чему плод в матке занимает наименьший объем. Формируется головное предлежание, обеспечивающее наилучшее прохождение плода по родовым путям. К моменту рождения сформированы функциональные системы поддержания температуры тела, регуляции осмотического давления и др. Наиболее зрелой, хотя и не закончившей свое развитие к моменту рождения, является функциональная система поддержания постоянства газового состава крови. К моменту рождения все компоненты вне зависимости от их количества должны составлять единую функциональную систему, так как только в этом случае новорожденному обеспечено выживание в конкретных условиях постнатального онтогенеза. Так, если у новорожденного круговая мышца рта (m. orbicularis oris) по причине незрелости не обеспечивает должной герметизации ротовой полости, то функциональная система сосательного акта не даст положительного эффекта вследствие отсутствия обязательного звена в составе комплекса ее моторных эффекторов.