О.В. ПETУНИН,
учитель биологии с.ш. № 32,
г. Прокопьевск, Кемеровская обл.

Врожденные и приобретенные формы поведения

Уроки по теме: «Физиология высшей нервной деятельности»

Предлагаемые уроки проводятся нами в рамках элективного курса «Физиология высшей нервной деятельности (ВНД)» (34 ч, II полугодие, 9-й класс).

В I полугодии в 9-м классе мы преподаем курс «Анатомия и физиология ЦНС и сенсорных систем», а во II полугодии – курс «Физиология ВНД», который является логическим продолжением первого. Эти элективные курсы являются дополнением к основному курсу – «Анатомия и физиология человека», если он изучается школьниками в 9-м классе*.

Если же курс «Человек и его здоровье» был изучен в 8-м классе, то данные курсы помогут не только углубить знания о строении и функционировании человеческого организма, но и окажут школьникам помощь в выборе более конкретной области познавательной деятельности, в развитии их интересов и профориентационных устремлений.

Помимо раздела «Врожденные и приобретенные формы поведения» в курс «Физиология ВНД» входят еще три раздела: «Динамика процессов ВНД», «Познавательные процессы человека» и «Типология ВНД».

Задачи курса: дать характеристику предмета физиологии высшей нервной деятельности; изучить формы, механизмы и значение врожденных и приобретенных форм поведения организмов и учение об условных рефлексах как основе высшей нервной деятельности, познакомиться с видами врожденного и приобретенного торможения условных рефлексов.

Урок 1.
Общая характеристика ВНД. Предмет и методы физиологии ВНД

Оборудование: портреты ученых, внесших большой вклад в развитие физиологии ВНД; таблицы и рисунки, иллюстрирующие методы физиологии ВНД.

ХОД УРОКА

Общая характеристика ВНД

Высшая нервная деятельность – это деятельность высших отделов ЦНС, обеспечивающая наиболее совершенное приспособление животных и человека к окружающей среде.

К ВНД относится деятельность коры больших полушарий и ближайших подкорковых узлов (подкорковые ядра переднего и промежуточного мозга). По И.П. Павлову, в основе ВНД лежат условные и сложные безусловные рефлексы. В процессе эволюции в поведении начинают доминировать условные рефлексы. Термин «высшая нервная деятельность» введен в науку И.П. Павловым, считавшим его равнозначным понятию «психическая деятельность».

В отличие от деятельности коры и ближайших подкорковых узлов работа других отделов нервной системы носит название низшей нервной деятельности и осуществляется по принципу не условных, а безусловных рефлексов.

Благодаря высшей нервной деятельности обеспечиваются нормальные взаимодействия организма и внешнего мира. Благодаря низшей нервной деятельности осуществляется регуляция работы внутренних органов и обеспечивается существование организма как единого целого.

Роль И.М. Сеченова и И.П. Павлова в создании учения о ВНД

Успехи естественных наук уже давно создали предпосылки для раскрытия природы психических явлений. Однако в науке еще долго господствовали религиозно-мистические представления о бесплотной «душе», командующей телом. Поэтому великий французский ученый Рене Декарт (1596–1650), провозгласив принцип рефлекса (дуги Декарта) – отраженного действия как способа деятельности мозга, остановился на половине пути, не смея распространить его на проявление психической сферы. Такой смелый шаг сделал спустя 200 лет «отец русской физиологии» Иван Михайлович Сеченов (1829–1905).

В 1863 г. И.М. Сеченов опубликовал работу под названием «Рефлексы головного мозга». В ней он привел убедительные доказательства рефлекторной природы психической деятельности, указав, что ни одно впечатление, ни одна мысль не возникают сами по себе, что поводом является действие какойлибо причины – физиологического раздражителя. Он писал, что самые разнообразные переживания, чувства, мысли в конечном итоге ведут, как правило, к каким-то ответным действиям.

По мнению И.М. Сеченова, рефлексы головного мозга включают три звена. Первое, начальное, звено – это возбуждение в органах чувств, вызываемое внешними воздействиями. Второе, центральное, звено – процессы возбуждения и торможения, протекающие в мозге. На их основе возникают психические явления (ощущения, представления, чувства и т.д.). Третье, конечное, звено – движения и действия человека, т.е. его поведение. Все эти звенья взаимосвязаны и обусловлены.

«Рефлексы головного мозга» намного опередили развитие науки во времена Сеченова. Поэтому в некотором отношении его учение оставалось блестящей гипотезой и не было завершено.

И.П. Павлов

Продолжателем идей И.М. Сеченова стал другой гений отечественной науки – Иван Петрович Павлов (1849–1936). Он разработал научный метод, с помощью которого удалось проникнуть в тайны мозга животных и человека. Он создал учение о безусловных и условных рефлексах. Исследования И.П. Павлова в области кровообращения и пищеварения подготовили почву для перехода к физиологическому изучению самой сложной функции организма – психической деятельности.

Опыты И.П. Павлова с собаками

Изучая слюноотделение у собак, И.П. Павлов пришел к гениальному по своей простоте выводу о том, что высшая нервная (психическая) деятельность мозга заключается в установлении новых связей между раздражителями и реакциями, т.е. в образовании новых рефлексов. В этих нервных связях мозга отражаются реальные отношения между событиями окружающей действительности. В отличие от стереотипных и постоянных врожденных рефлексов, безусловно имеющихся с момента рождения у каждого животного, эти бесконечно разнообразные и изменчивые рефлексы, создаваемые и разрушаемые меняющимися условиями жизни, И.П. Павлов назвал условными рефлексами.

Открытие элементарного физиологического явления психической работы мозга – условного рефлекса положило начало научному исследованию сложного поведения животных, а также мышления и поступков человека, являющихся предметом изучения физиологии высшей нервной деятельности.

Изучение условных рефлексов

Предмет физиологии высшей нервной деятельности

Физиология высшей нервной деятельности располагается на стыке биологии, психологии, медицины, педагогики, ветеринарии и зоологии. Она изучает нервные механизмы сложного поведения животных и мыслительной активности человека, относящиеся к психической деятельности.

Если основные законы работы органов и систем практически одинаковы у всех людей, то психика – это то, что отличает одного человека от другого. Психика – это внутренний, субъективный мир человека. Это принадлежащая конкретному человеку картина мира, существующая именно в его мозгу. Психика человека зависит не только от его индивидуальных наследственных задатков, но и от жизненного опыта, который он накопил. Именно благодаря психическому компоненту поведение человека так разнообразно и неповторимо.

Чем отличается по своим проявлениям психическая деятельность от других, более простых, функций нервной системы?

Психика грудного младенца очень проста. Однако способность ребенка узнавать свою мать или выражать криком протест при виде ложечки, из которой ему давали как-то горькое лекарство, мы, не задумываясь, отнесем к психическим функциям, а автоматический акт сосания – нет.

Своеобразен и психический мир животных. Собака научается тонко различать интонации голоса хозяина. Но пережевывание ею оказавшейся во рту пищи не является психической деятельностью.

Приведенные примеры наглядно показывают отличие психической деятельности от других, более простых, функций нервной системы. В ее основе лежат усложняющиеся в ходе эволюции условные рефлексы, из которых и складывается высшая нервная деятельность, а простые ее функции выполняются безусловными рефлексами.

Итак, предмет физиологии ВНД – это объективное изучение материального субстрата психической деятельности мозга и использование этих знаний для решения практических задач сохранения здоровья и высокой работоспособности человека, управления поведением.

Методы физиологии ВНД

Психическая работа мозга долго оставалась недоступной для естествознания главным образом потому, что о ней судили по ощущениям и впечатлениям, т.е. с помощью субъективного метода. Естественнонаучное исследование психической жизни человека и животных началось тогда, когда о ней стали судить с помощью объективного метода условных рефлексов разной сложности.

Объективное изучение условных рефлексов позволило развить дополнительные методы для изучения и локализации процессов высшей нервной деятельности. Из них наиболее часто используют следующие методы.

Возможность формирования условных рефлексов на разные формы раздражителей. У собаки можно сформировать условный рефлекс на не воспринимаемый ухом человека сверхвысокий тон с частотой 25 кГц, что свидетельствует о более широких границах первичного восприятия звуковых сигналов собакой по сравнению с человеком.

Онтогенетическое изучение условных рефлексов. Изучая сложное поведение животных разных возрастов, можно установить, что в этом поведении является приобретенным, а что – врожденным. Например, у щенков, никогда не видевших мяса, слюна при его виде не выделяется. Значит, выделение слюны при виде мяса – не врожденный, а приобретенный в процессе жизни рефлекс.

Филогенетическое изучение условных рефлексов. Сравнивая условные рефлексы у животных разного уровня развития, можно установить, в каких направлениях идет эволюция высшей нервной деятельности. Оказалось, что скорость образования условных рефлексов нарастает от беспозвоночных к позвоночным животным, сравнительно мало изменяется на протяжении всей истории последних и скачком достигает способности человека сразу связывать однажды совпавшие события. В этих переходах отразились переломные моменты эволюции, связанные с возникновением и развитием новых механизмов условно-рефлекторной деятельности мозга.

Экологическое изучение условных рефлексов. Изучение условий жизни животного может быть хорошим приемом, раскрывающим происхождение особенностей его высшей нервной деятельности. Например, голубь, ориентирующийся в воздушном пространстве преимущественно с помощью зрения, вырабатывает зрительные условные рефлексы гораздо легче, чем слуховые, а у обитающей в темных подпольях крысы хорошо вырабатываются слуховые рефлексы и гораздо хуже зрительные.

Использование электрических показателей условно-рефлекторной реактивности. Деятельность нервных клеток головного мозга сопровождается возникновением в них электрических потенциалов, по которым до известной степени можно судить о путях распространения и свойствах нервных процессов – звеньев условно-рефлекторных актов. Особенно важно, что биоэлектрические показатели дают возможность наблюдать формирование условного рефлекса в структурах мозга еще до того, как он проявится в двигательных или иных реакциях организма.

Прямое раздражение нервных структур мозга. Этот метод позволяет вмешиваться в естественный порядок осуществления условного рефлекса, изучать работу его отдельных звеньев. Можно также ставить модельные опыты по образованию нервных связей между искусственными очагами возбуждения. Можно, наконец, прямо определять, как изменяется при условном рефлексе возбудимость участвующих в нем нервных клеток мозга.

Фармакологические воздействия на условные рефлексы. Различные вещества по-разному влияют на активность нервных клеток. Это позволяет изучать зависимость условных рефлексов от изменений их активности. Например, введение кофеина – вещества, усиливающего процессы возбуждения, позволяет оценить работоспособность нервных клеток коры. При высокой работоспособности даже большие дозы кофеина лишь облегчают образование условных рефлексов, а при низкой работоспособности даже небольшая доза кофеина делает возбуждение непосильным для нервных клеток.

Создание экспериментальной патологии условно-рефлекторной деятельности. Контролируемое физическое разрушение отдельных частей мозга позволяет изучать их роль в формировании и поддержании условных рефлексов. Например, хирургическое удаление височных долей больших полушарий ведет к так называемой «психической глухоте». Собака слышит все, что происходит вокруг, настораживает уши при достаточно громком звуке, но теряет способность «понимать» услышанное. Она перестает узнавать голос своего хозяина, не прибегает на его зов и не прячется от урожающих криков. Этого не происходит, если удалить не височную, а какую-либо другую долю коры больших полушарий. Так можно определить локализацию «корковых концов анализаторов».

Моделирование процессов условно-рефлекторной деятельности. Развитие математических средств описания сложных явлений в последнее время достигло уровня, когда стало возможно их применение в биологических науках, в частности в физиологии ВНД. Результаты математического анализа дают основания для суждения о закономерностях формирования условных связей и позволяют в модельном эксперименте предсказывать возможность образования условного рефлекса при том или ином порядке сочетаний условного и безусловного раздражителей. Мощный толчок модельному исследованию условно-рефлекторной деятельности мозга дала практическая потребность в создании современных систем управления, воспроизводящих некоторые свойства работы мозга, вплоть до систем «искусственного интеллекта».

Сопоставление психических и физиологических проявлений процессов ВНД. Такие сопоставления используют при изучении высших функций мозга человека. Соответствующие методики применяли для изучения нейрофизиологических процессов, лежащих в основе явлений внимания, обучения, памяти и т.п.

Наряду с использованием перечисленных методов, основанных на изучении условных рефлексов, все более плодотворным оказывается сопоставление изучаемых физиологических показателей с биохимическими и морфологическими.

Наконец, физиология ВНД постоянно стремится к сопоставлению своих исследований с жизненной практикой. Так, опыт животноводов по выращиванию и содержанию сельскохозяйственных животных был источником ряда сведений об особенностях их ВНД.

На многие интересные стороны ВНД человека обратила внимание практика педагогики и медицины. Как говорил французский исследователь Клод Бернар, «что не смеем мы попробовать на людях, делает природа – экспериментатор более смелый».

Закрепление знаний – обобщающая беседа по ходу изучения нового материала

Домашнее задание: изучить параграф учебника (понятия «высшая нервная деятельность» и «низшая нервная деятельность», вклад И.М. Сеченова и И.П. Павлова в создание учения о ВНД, предмет физиологии ВНД, характеристика методов физиологии ВНД).

Продолжение следует

* При параллельном преподавании курсов «Анатомия и физиология ЦНС и сенсорных систем» и «Физиология высшей нервной деятельности» программа основного курса «Человек и его здоровье» нуждается в корректировке.