Особенности высшей нервной деятельности человека. Первая и вторая сигнальные системы

Учение И. П. Павлова о сигнальных системах коры головного мозга является логическим развитием его учения об условных рефлексах. И. П. Павловым было показано, что в основе высшей нервной деятельности у высших животных и у человека лежат общие механизмы. Однако существуют качественные различия между высшей нервной деятельностью человека и животных, что было открыто и доказано И. П. Павловым и его учениками.

В формировании качественных особенностей высшей нервной деятельности человека существенную роль сыграли предпосылки, имеющиеся в высшей нервной деятельности животных. У животных могут вырабатываться условные рефлексы не только на простой, но и на комплексный раздражитель; они могут дифференцировать один комплексный раздражитель от другого, образовывать цепи условных рефлексов, условные рефлексы высшего порядка и, наконец, способны, хотя и к примитивному, обобщению условных сигналов.

Следует подчеркнуть, что у животных обнаруживаются лишь некоторые предпосылки тех сложных форм деятельности мозга, которые имеются у человека. Переход к высшей нервной деятельности человека - это качественный скачок, совершившийся в социальных условиях.

Сигнальные системы. Различают первую и вторую сигнальные системы коры головного мозга. Первая сигнальная система имеется у животных и у человека. Деятельность этой системы проявляется в условных рефлексах, формирующихся на любые раздражения внешней среды (свет, звук, механическое раздражение и др.), за исключением слова. Следовательно, условные рефлексы первой сигнальной системы возникают в результате непосредственного контакта животных и человека с разнообразными конкретными раздражителями внешней среды. У человека, живущего в определенных социальных условиях, первая сигнальная система имеет социальную окраску.

Условные рефлексы первой сигнальной системы образуются в результате деятельности клеток коры головного мозга, кроме лобной области и области мозгового конца речедвигательного анализатора.

В первой сигнальной системе действительность воспринимается непосредственно, в чувственно-конкретных образах. Вследствие этого за счет деятельности первой сигнальной системы у животных и человека возможно осуществление предметного конкретного мышления.

На определенном этапе "...в развивающемся животном мире на фазе человека произошла чрезвычайная прибавка к механизмам нервной деятельности"^*.

^* (Павлов И. П. Полн собр. соч. - 2-е доп. изд. - М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1951, т. III, кн. 2, с. 235-236.)

По И. П. Павлову, этой "чрезвычайной прибавкой" к механизмам работы мозга является вторая сигнальная система, которая возникла и развилась в результате трудовой деятельности человека и появления речи. Труд и речь способствовали развитию рук, головного мозга и органов чувств.

Ф. Энгельс в работе "Роль труда в процессе превращения обезьяны в человека" подчеркивал: "Сначала труд, а затем вместе с ним членораздельная речь явились двумя самыми главными стимулами, под влиянием которых мозг обезьяны постепенно превратился в человеческий мозг, который, при всем своем сходстве с обезьяньим, далеко превосходит его по величине и совершенству"^*.

^* (Маркс К., Энгельс Ф. Соч., 2-е изд., т. 20, с. 490.)

Деятельность второй сигнальной системы проявляется в речевых условных рефлексах. Эти рефлексы обобщенно и отвлеченно сигнализируют человеку об окружающей действительности. По И. П. Павлову, слово является "сигналом сигналов". Мы можем в данный момент не видеть какой-то предмет, но достаточно его словесного обозначения, чтобы мы ясно себе его представили.

Речевые рефлексы второй сигнальной системы формируются благодаря активности нейронов лобных областей и области речедвигательного анализатора. Периферический отдел этого анализатора представлен рецепторами, которые расположены в словопроизносящих органах (рецепторы гортани, мягкого неба, языка и др.). От рецепторов импульсы поступают по соответствующим афферентным путям в мозговой отдел речедвигательного анализатора, представляющий собой сложную структуру, которая включает несколько зон коры головного мозга. Функция речедвигательного анализатора особенно тесно связана с деятельностью двигательного, зрительного и звукового анализаторов.

Функции второй сигнальной системы хорошо изучены Н. И. Красногорским, А. Г. Ивановым-Смоленским. В наблюдениях над детьми показано, что слово (сказанное или написанное) может заменить любой конкретный раздражитель.

Образование условного рефлекса на основе речевой деятельности является качественной особенностью высшей нервной деятельности человека. Со второй сигнальной системой теснейшим образом связана особенность высшей нервной деятельности человека - способность к отвлечению и обобщению.

Сигнальное значение слова связано не с простым звукосочетанием, а с его смысловым содержанием. У собаки, например, можно выработать условный рефлекс на слова "сидеть", "дай лапу" и т. д. Однако у животного в этом случае образование условного рефлекса связано не со смысловым содержанием слова, а с определенным звукосочетанием. Для собаки слово - это комплексный звуковой условный раздражитель. Можно подобрать слова, имеющие сходное звукосочетание, на которые собака будет отвечать одинаковой реакцией, хотя смысл сигнала будет разный.

Таким образом, животные и человек рождаются только с безусловными рефлексами. В процессе роста и развития происходит формирование условнорефлекторных связей первой сигнальной системы, единственной у животных. У человека в дальнейшем на базе первой сигнальной системы постепенно формируются связи второй сигнальной системы, когда ребенок начинает говорить и познавать окружающую действительность.

Между первой и второй сигнальными системами существуют тесные функциональные взаимосвязи. В физиологических условиях вторая сигнальная система несколько притормаживает активность первой сигнальной системы. С появлением второй сигнальной системы вводится новый принцип нервной деятельности - отвлечение и обобщение бесчисленных сигналов, поступающих в мозг. Этот принцип обусловливает безграничную ориентировку человека в окружающем мире. Вторая сигнальная система является высшим регулятором различных форм поведения человека в окружающей его общеприродной и социальной среде. Однако вторая сигнальная система правильно отражает внешний объективный мир только в том случае, если постоянно сохраняется ее согласованное взаимодействие с первой сигнальной системой.

Типы высшей нервной деятельности

Изучая особенности формирования условных рефлексов у животных, И. П. Павлов обратил внимание, что скорость их образования, прочность, выработка дифференцировки у разных собак различны. Это дало основание разделить животных на несколько типов в зависимости от индивидуальных свойств их нервной системы.

Под типом нервной системы следует понимать совокупность свойств нервных процессов, обусловленных наследственными особенностями данного организма и приобретенных в процессе индивидуальной жизни.

В основу деления нервной системы на типы И. П. Павлов положил три свойства нервных процессов: силу, уравновешенность и подвижность (возбуждения и торможения).

Под силой нервных процессов понимают способность клеток коры головного мозга сохранять адекватные реакции на сильные и сверхсильные раздражители. Если у животного вырабатываются условные рефлексы на сильное раздражение и при этом не возникает состояния торможения, значит нервные клетки коры головного мозга обладают высокой работоспособностью.

Под уравновешенностью следует понимать одинаковую выраженность по силе процессов возбуждения и торможения. Нервные процессы могут быть уравновешенными, сбалансированными или один из них может преобладать над другим. Чаще всего таким преобладающим процессом является возбуждение.

Подвижность нервных процессов характеризует быстроту перехода процесса возбуждения в торможение и наоборот.

На основании изучения особенностей нервных процессов И. П. Павлов выделил следующие основные типы нервной системы: два крайних и один центральный тип.

Крайними типами являются сильный неуравновешенный и слабый тормозной.

Сильный неуравновешенный тип характеризуется сильными, неуравновешенными и подвижными нервными процессами. У таких животных процесс возбуждения преобладает над торможением, их поведение агрессивное (безудержный тип).

Слабый тормозной тип характеризуется слабыми нервными процессами, они неуравновешены, преобладает процесс торможения. Это трусливые животные, попадая в незнакомую обстановку, они поджимают хвост, забиваются в угол.

Центральному типу свойственны сильные и уравновешенные нервные процессы, но в зависимости от их подвижности его делят на две группы: сильный уравновешенный подвижный и сильный уравновешенный инертный типы.

Сильный уравновешенны подвижный тип. Нервные процессы у таких животных сильные, уравновешенные и подвижные. Возбуждение легко сменяется торможением и наоборот. Это ласковые, любознательные, всем интересующиеся животные (живой тип).

Сильный уравновешенный инертный тип. Этот тип животных отличается сильными уравновешенными, но мало подвижными нервными процессами (спокойный тип). Процессы возбуждения и, особенно, торможения сменяются медленно. Это инертные, малоподвижные животные (рис. 89).

Рис. 89. Типы высшей нервной деятельности по И. П. Павлову (по Гиппократу). 1 - сангвиник; 2 - флегматик; 3 - холерик; 4 - меланхолик

Между этими основными типами нервной системы имеются переходные, промежуточные типы.

Могут ли в процессе жизни меняться основные свойства нервных процессов? Решением этого вопроса занимались в лаборатории генетики в Колтушах под Ленинградом. Было установлено, что основные свойства нервных процессов наследуются. Наследуемые свойства нервной системы получили название генотипа. В процессе индивидуальной жизни под влиянием окружающей среды генотип претерпевает определенные изменения. В результате формируется фенотип - сплав из наследуемых и приобретенных свойств нервной системы. Следовательно, поведение животных и человека в окружающей среде определяется не только наследуемыми свойствами нервной системы, но и влияниями внешней среды (воспитание, обучение и т. д.).

Определить тип высшей нервной деятельности у животных трудно, еще сложнее это сделать у человека. И. П. Павлов отмечал, что при определении типов нервной системы у человека необходимо учитывать качественные особенности его высшей нервной деятельности, наличие у человека не только первой, но и второй сигнальной системы и их взаимоотношения. Основываясь на этих положениях, И. П. Павлов разделил людей на четыре основных типа, использовав для их обозначения терминологию Гиппократа: меланхолик, холерик, сангвиник, флегматик.

Холерик - возбудимый тип. Нервные процессы у таких людей сильные, подвижные, неуравновешенные, преобладает возбуждение. Это очень энергичные люди, но легко возбудимые и вспыльчивые.

Меланхолик - человек со слабыми, неуравновешенными, малоподвижными нервными процессами, преобладает процесс торможения. Многие явления жизни для таких людей являются тормозными воздействиями. Меланхолик во всём видит и ожидает только плохое, опасное.

Сангвиник - нервные процессы сильные, уравновешенные и подвижные. Такие люди жизнерадостные, работоспособные.

Флегматик - нервные процессы также сильные и уравновешенные, но малоподвижные, инертные. Такие люди ровные, спокойные, настойчивые и упорные труженики.

Учитывая особенности взаимодействия первой и второй сигнальных систем, И. П. Павлов дополнительно выделил три истинных человеческих типа.

Художественный тип. У людей этой группы по степени развития первая сигнальная система преобладает над второй. Люди этого типа в процессе мышления широко пользуются чувственными образами окружающей действительности. Очень часто это музыканты, художники, писатели.

Мыслительный тип. У лиц, относящихся к этой группе, вторая сигнальная система значительно преобладает над первой. Люди этого типа склонны к отвлеченному, абстрактному мышлению и нередко по профессии являются математиками, философами.

Средний тип. Этот тип характеризуется одинаковым значением первой и второй сигнальных систем в высшей нервной деятельности человека. Большинство людей относятся к этому типу нервной системы.

Сознание

Определение понятия, условия возникновения и проявления. Сознание - это субъективный мир человека от простейших элементарных ощущений до абстрактного мышления.

Классики марксистско-ленинской философии Ф. Энгельс и В. И. Ленин подчеркивали, что сознание является продуктом высокоорганизованной материи - головного мозга человека. Сущность сознания состоит в отражении объективно существующего материального мира.

Свойство отражения присуще всей материи (органической и неорганической). Сознание же возникает только на высших этапах ее развития у человека. Для сознаний характерно активное отражение окружающей действительности. Отражательной функцией обладает и спинной мозг, и другие отделы центральной нервной системы, но она не имеет еще качества психического отражения. Только кора головного мозга осуществляет высшую отражательную функцию - психическую деятельность. Содержанием сознания является окружающий нас мир. Для возникновения сознания необходимо воздействие раздражителей внешнего мира на рецепторы организма.

Сознание является продуктом длительного исторического развития. Возникновение сознания связано с переходом предков современного человека к труду и с появлением речи. Сознание возникло в процессе общественно-производственной деятельности человека. Труд человека, его словесное общение привели к развитию сознания. Сознание постоянно совершенствуется (от сознания первобытного человека до сознания человека настоящего времени).

Сознание помогает человеку познать свойства, качества предметов, явлений, понять их внутренние закономерности, отделить существенное от несущественного. За счет сознания человек может целенаправленно организовать свой труд. Благодаря сознанию открываются широкие возможности общения человека с окружающей средой.

Память, ее значение и физиологические механизмы

Память - это способность живых существ воспринимать, отбирать, хранить и использовать информацию для формирования совершенных поведенческих реакций. Память является составной частью психической деятельности. Она помогает животному и человеку использовать свой прошлый опыт (видовой и индивидуальный) и приспосабливаться к условиям существования. Одним из механизмов памяти являются условные рефлексы, главным образом следовые.

По современным представлениям, различают кратковременную и долговременную память. Кратковременное запечатление в коре головного мозга следов раздражений может осуществляться за счет циркуляции нервных импульсов по замкнутым нейронным цепям. Это может продолжаться от нескольких секунд до 10-20 мин. Длительное удержание временных связей (долговременная память) основывается на молекулярных процессах и пластических изменениях, происходящих в синапсах и, возможно, в самих нервных клетках больших полушарий головного мозга. Высказываются различные предположения о сущности этих изменений. Одни исследователи считают, что при частом поступлении импульсов к нервной клетке по одним и тем же путям происходит разрастание пресинаптических образований и увеличение количества нервных синапсов. Есть также данные о том, что в синапсах возникают стойкие изменения ферментных систем при повторном прохождении нервных импульсов. Это облегчает проведение нервных импульсов. В последние годы установлено, что в нервной клетке в процессе ее возбуждения увеличивается содержание нуклеиновых кислот (дезоксирибонуклеиновая кислота - ДНК, рибонуклеиновая - РНК). ДНК обеспечивает передачу наследственной информации, РНК рассматривают как "молекулу" памяти. Качественные и количественные преобразования РНК приводят к изменению синтеза белков в протоплазме клетки, ее отростках и синапсах. Возможно, это облегчает передачу возбуждения через синапсы и способствует образованию новых синапсов. Вещества, угнетающие синтез РНК, нарушают долговременную память. За счет долговременной памяти могут длительно, иногда всю жизнь, сохраняться следы прежних раздражений.

Определенная роль в формировании памяти принадлежит эмоциям. При эмоциональном возбуждении усиливается циркуляция нервных импульсов по цепям нейронов. В результате этого в постсинаптических мембранах может образоваться больше рецепторного белка, что сказывается на длительности и прочности следа памяти.

В формировании памяти участвуют нейроны коры головного мозга, ретикулярной формации ствола мозга, гипоталамической области, лимбической системы, особенно гиппокампа.

Физиология сна

Сон - универсальное явление живой природы. Сон является физиологической потребностью организма. Он занимает примерно одну треть жизни человека. Если человек живет 60-70 лет, то, следовательно, больше 20 лет он проводит в состоянии сна.

Лишение сна переносится организмом тяжелее, чем лишение пищи. Без сна человек может находиться только 4-5 дней. После этого человек чувствует непреодолимую потребность во сне и засыпает в самых неудобных положениях, даже при сильном шуме.

Во время сна наблюдается ряд изменений в физиологических системах человека: отсутствуют реакция на многие раздражители внешней среды и сознание, резко снижена двигательная рефлекторная реакция, полностью тормозится условнорефлекторная деятельность организма. Обнаружены значительные изменения в активности вегетативных функций: уменьшается частота сердечных сокращений и величина кровяного давления; дыхание становится более редким и поверхностным; уменьшается интенсивность обмена веществ и несколько понижается температура тела; снижается деятельность системы пищеварения и почек. Во время глубокого сна отмечается понижение мышечного тонуса. У спящего человека большинство мышц полностью расслаблено.

Механизмы сна. Существует несколько теорий, объясняющих физиологическую сущность сна. Все теории сна можно разделить на две группы: гуморальные и нервные.

Среди гуморальных теорий наибольшее распространение получила теория "ядов сна" ("самоотравления"). Согласно этой теории, сон является следствием самоотравления мозга продуктами обмена веществ, которые накапливаются при бодрствовании (молочная кислота, углекислота, аммиак и др.).

В последние годы интерес к гуморальным (химическим) теориям сна вновь усилился. Это связано с тем, что было выделено и синтезировано особое вещество (низкомолекулярный полипептид), появление которого способствует наступлению сна, - гипногенный фактор. К естественным гипногенным факторам относят и серотонин. Очевидно, эти вещества могут вызвать сон лишь при определенных условиях, в частности при изменении обмена белков в центральной нервной системе.

И. П. Павлов на основе многолетних наблюдений над животными и людьми создал кортикальную теорию сна. В лаборатории И. П. Павлова было показано, что развитие естественного физиологического сна связано с деятельностью нейронов коры больших полушарий. В работающих нейронах коры головного мозга постепенно развивается утомление, которое создает условия для возникновения процесса торможения, способствующего восстановлению и отдыху нервных клеток. Вначале торможение возникает в более или менее ограниченной группе клеток коры головного мозга. Если торможение не встречает препятствия в виде сильного очага возбуждения, оно иррадиирует, охватывая всю кору головного мозга, и распространяется на подкорковые центры. Таким образом, в основе сна, по И. П. Павлову, лежит торможение, иррадиировавшее на всю кору головного мозга, подкорковые центры, промежуточный и средний мозг. "Сон есть внутреннее торможение, - писал И. П. Павлов, - иррадиированное, распространившееся сплошь на всю массу полушарий и на лежащие ниже отделы головного мозга"^*.

^* (И. П. Павлов. Поли. собр. соч. - 2-е доп. изд. - М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1951, т. III, с. 266.)

И. П. Павлов различал сон активный и пассивный. Активный сон возникает под влиянием длительно действующих монотонных раздражителей (колыбельная песня, стук колес идущего поезда и т. д.). Пассивный сон развивается при ограничении поступления нервных импульсов в кору больших полушарий.

В клинической практике известны случаи наступления длительного сна у больных с нарушенной функцией анализаторов. Отечественный терапевт С. П. Боткин наблюдал больную, у которой вследствие тяжелого заболевания были полностью потеряны зрение, слух и чувствительность кожи, за исключением небольшого участка на правой руке. Она все время находилась в состоянии сна. Когда прикасались к участку кожи, сохранившему чувствительность, больная просыпалась, с ней возможно было установить контакт.

В настоящее время теория "центра сна" получила новое объяснение, исходя из значения ретикулярной формации и ее взаимоотношения с корой головного мозга. Через ретикулярную формацию к коре головного мозга поступают афферентные импульсы. Они активируют, тонизируют кору головного мозга, поддерживают ее в бодрствующем состоянии. Если разрушить ретикулярную формацию или выключить ее фармакологическими веществами (аминазин), наступает сон. Таким образом, "центры" сна и бодрствования можно рассматривать как структуры, вызывающие изменения взаимоотношений между корой головного мозга и подкорковыми образованиями. В одних случаях эти взаимоотношения создают условия для развития сна, в других - бодрствования. Следовательно, понятие "центры сна и бодрствования" может быть принято условно.

В последние годы установлено, что нервные клетки коры головного мозга во время сна находятся не в состоянии покоя, а в состоянии ритмической активности, изменяется лишь ее характер: регулярные, непрерывные разряды клеток, характерные для бодрствования, сменяются короткими групповыми разрядами, которые разделены длительными промежутками отсутствия активности. По-видимому, торможение клеток коры головного мозга во время сна следует понимать не как отсутствие активности, а как переход этой активности на новый режим. Почему этот режим так важен для работы мозга, пока неясно. Имеется предположение, что при такой работе мозговые клетки как бы отключены от периферических раздражений, что создает лучшие условия для переработки информации, поступившей к ним во время бодрствования.

Дальнейшее изучение механизмов сна будет способствовать разработке более рациональных мероприятий, направленных на повышение эффективности сна, снижение нежелательных последствий длительного вынужденного бодрствования и борьбу с различными формами нарушений сна - бессонницей и повышенной сонливостью - нарколепсией.