Высшая нервная деятельность человека представляет собой сложную совокупность нервных процессов, лежащих в основе поведения человека и обеспечивающих приспособление к изменяющимся условиям существования. Материальный субстрат высшей нервной деятельности — головной мозг. Получая информацию через сенсорные системы, мозг обеспечивает взаимодействие организма с окружающей средой и поддерживает постоянство внутренней среды в организме. Высшие функции мозга — это восприятие окружающей среды, целенаправленные движения, эмоции, память и обучение, бодрствование и сон, мышление и речь, безусловные и условные рефлексы.
Безусловные и условные рефлексы
Мозг действует по рефлекторному принципу, непрерывно реагируя на внешние и внутренние раздражители. Под рефлексом обычно понимают наиболее адекватную, стереотипную реакцию на сенсорные раздражители. Ответная реакция организма на раздражитель практически всегда выражается движением. Любое ощущение осознанно или неосознанно сопровождается ответной двигательной реакцией. Движения бывают непроизвольными, входящими главным образом в систему обеспечения безусловных рефлексов, и произвольными, обеспечивающими вместе с непроизвольными условные рефлексы.
Основы современного учения о высшей нервной деятельности были заложены И. П. Павловым, разработавшим учение об условных рефлексах. Все рефлексы, свойственные организму, И. П. Павлов разделил на два класса: безусловные и условные (1903 г.).
К безусловным рефлексам относятся: кашель при попадании инородных тел в дыхательные пути, выделение слюны при виде пищи, отдергивание руки при болевом раздражении и т. д.
Для образования условного рефлекса необходимо сочетание во времени двух раздражителей: условного (безразличного, сигнального, индифферентного относительно вырабатываемой реакции) и безусловного, вызывающего определенный безусловный рефлекс. Условный сигнал (вспышка света, звук звонка и т. п.) должен несколько опережать во времени безусловное подкрепление. Обычно условный рефлекс вырабатывается после нескольких сочетаний условного и безусловного раздражителей, но в некоторых случаях достаточно одного предъявления условного и безусловного раздражителя, чтобы образовался условный рефлекс.
Например, если несколько раз включать звонок перед тем, как давать собаке пищу, то начиная с какого-то момента собака будет подходить к кормушке и выделять слюну каждый раз при включении звонка, еще до того, как ей будет предъявлена пища. Здесь звук становится условным стимулом, сигнализирующим о том, что организм должен приготовиться к безусловно-рефлекторной пищевой реакции. Между стимулом (звонком) и пищевой реакцией формируется временная функциональная связь. Условный рефлекс вырабатывается в процессе обучения, причем связь между сенсорной (в нашем примере — слуховой) системой и эффекторными органами, обеспечивающими реализацию рефлекса, формируется на основе совпадения условного стимула и безусловного подкрепления пищей.
Для успешной выработки условного рефлекса необходимо соблюдение трех условий. Во-первых, условный раздражитель (в нашем примере — звонок) должен по времени предшествовать безусловному подкреплению (в нашем примере — пище). Во-вторых, биологическая значимость условного раздражителя должна быть меньше, чем у безусловного подкрепления. Например, для самки крик ее детеныша является заведомо более сильным раздражителем, чем пищевое подкрепление. В-третьих, сила и условного, и безусловного раздражителей должна иметь определенную величину (закон силы), так как очень слабые или очень сильные раздражители не приводят к выработке стабильного условного рефлекса.
Классический условный рефлекс, выработанный на сочетании условного раздражителя и безусловного подкрепления, называется условным рефлексом первого порядка. Условный рефлекс, образованный на основе другого условного рефлекса, называется условным рефлексом второго порядка и т. д.
По мнению И. П. Павлова, под действием условного раздражителя, например звука, в соответствующей зоне коры больших полушарий образуется очаг возбуждения. Под действием безусловного раздражителя (пищевого, болевого и пр.) в коре возникает второй очаг возбуждения. Между этими очагами возникает временная связь (замыкание, по И. П. Павлову). Иногда такая связь долго сохраняется уже после одного сочетания условного и безусловного раздражителей, но обычно для образования стойкого условного рефлекса необходимо несколько таких сочетаний. Теперь достаточно предъявления одного условного раздражителя для того, чтобы вызвать рефлекс.
Если безусловные рефлексы практически не тормозятся, то выработанные условные рефлексы могут терять свое значение при изменениях условий существования. Угасание условных рефлексов называется торможением. Различают внешнее и внутреннее торможение условных рефлексов. Если под действием нового сильного внешнего раздражителя в мозге возникает очаг сильного возбуждения, то ранее выработанная условно-рефлекторная связь не срабатывает. Например, пищевой условный рефлекс тормозится при сильном шуме, испуге собаки, действии на нее болевого раздражителя и т. д. Такой вид торможения называется внешним. Если же выработанный на звонок рефлекс слюноотделения не подкреплять кормлением, то постепенно звук перестает выполнять роль условного раздражителя, и рефлекс начнет угасать и затормозится. Временная связь между двумя центрами возбуждения в коре разрушится. Такой вид торможения условных рефлексов носит название внутреннего.
Память
Память — это одно из основных свойств нервной системы, заключающееся в способности долгое время сохранять информацию о событиях во внешнем мире и реакциях организма на эти события, а также многократно извлекать эту информацию в область сознания. Обучение и память — это стороны одного процесса. Под обучением прежде всего подразумевают механизм приобретения, фиксации информации, а под памятью — механизмы хранения и извлечения этой информации. Человек запоминает не только те раздражители, которые действуют на него, но и те ощущения, эмоции, которые они вызывают. Только благодаря памяти человек может приобретать, сохранять и использовать индивидуальный опыт.
Память, до определенной степени условно, подразделяется на несколько типов. Кратковременная память имеет продолжительность несколько секунд. Емкость ее невелика и удерживает только 5-7 предъявленных элементов. В основе этого вида памяти лежит циркуляция нервных импульсов по нейронным сетям. Кратковременная память очень чувствительна к сильным внешним воздействиям: ударам электрического тока, сотрясениям, резким перепадам давления и температуры.
Долговременная память сохраняет гигантский объем информации в течение всей жизни человека. Все, что содержится в памяти свыше 30 сек, преобразуется в систему долговременной памяти. Особенно хорошо запоминаются события, которые вызывают у человека сильные положительные или отрицательные эмоции (восторг, удовольствие, страх, ненависть и т. п.): «О память сердца! Ты сильней рассудка памяти печальной…» Процесс образования сохраняемого памятного следа — энграммы — называется консолидацией. Для того чтобы консолидация проходила успешно, необходимо усиленное снабжение мозга кислородом и глюкозой. В формировании энграммы принимают участие нейроны ретикулярной формации ствола мозга, черной субстанции, гипокампа и миндалевидного комплекса, височных и лобных долей больших полушарий. Консолидация подавляется ингибиторами синтеза ДНК, белков.
Точно не известно, в каком виде хранится энграмма. Однако показано, что при обучении увеличивается число синаптических контактов между нейронами, возрастает число рецепторов к различным медиаторам на мембранах нейронов (ацетилхолиновых, глутаматных и др.), усиливается синтез РНК, нейропептидов и белков. По современным представлениям считается, что в мозге нельзя выделить какую-либо отдельную структуру, в которой хранится энграмма, Видимо, памятный след сохраняется клетками всего головного мозга. Сформировавшаяся энграмма какого-либо события очень устойчива и может сохраняться в течение всей человеческой жизни, но извлечение энграммы, то есть воспоминание об этом событии, зачастую может быть сопряжено с большими трудностями. Эксперименты показывают, что воспоминания о многих событиях, которые человек не может вызвать у себя произвольно, возникают с большой четкостью и с массой деталей при слабом электрическом раздражении некоторых отделов лобной и височной долей коры больших полушарий.
Эмоции
Эмоции представляют собой реакции организма на внешние или внутренние раздражители, направленные на усиление или ослабление состояния, вызванного этими раздражителями. Эмоции отражают соотношение какой-либо актуальной потребности и возможности ее удовлетворения, которое человек непроизвольно субъективно оценивает на основе как генетической информации, так и своего индивидуального опыта. У человека выделяют три вида потребностей: витальные (соматовисцеральные), социальные (познание, коммуникация с себе подобными), творческие (наука, искусство, религия). Если вероятность добиться реализации какой-либо желаемой потребности мала, то возникают отрицательные эмоции (тревога, страх, разочарование). Если же какая-либо желаемая потребность успешно реализуется, то возникают положительные эмоции (наслаждение, радость, удовольствие).
В основе эмоций лежит активация систем специализированных мозговых структур, приводящая к изменению поведения с целью ослабить (отрицательная эмоция) или усилить (положительная эмоция) испытываемое состояние. Положительная эмоция сигнализирует о приближении момента удовлетворения потребности, а отрицательная — об удалении от этого момента.
Важнейшим материальным субстратом эмоций являются структуры лимбической системы мозга.
Бодрствование и сон
Основные контакты с внешним миром человек осуществляет в бодрствующем состоянии. Это состояние характеризуется достаточно высоким уровнем электрической активности мозга. В обеспечении состояния бодрствования важнейшую роль играет ретикулярная формация среднего мозга, от нейронов которой восходящие возбуждающие влияния идут к неспецифическим ядрам таламуса, а от них — ко всем зонам коры больших полушарий. Ликвидация этих влияний приводит к снижению внимания, ухудшению обучения, патологическому сну, потере сознания и т. п.
Сон — специфическое состояние мозга и всего организма в целом, характеризующееся расслаблением мышц, слабой реакцией на внешние раздражители и т. д. Ослабление реактивности организма зависит от падения чувствительности периферических отделов анализаторов и снижения возбудимости структур переднего мозга из-за ослабления ретикулярных возбуждающих влияний на кору. Одним из главных химических индукторов сна является серотонин, вырабатываемый нейронами центральной части среднего мозга. Если разрушить эту область и уменьшить содержание серотонина в мозге, то человек лишается возможности сна.
При регистрации электрических сигналов мозга на электроэнцефалограмме можно заметить, что период сна не однороден, а разбивается на несколько циклов, повторяющихся приблизительно каждые 90 мин. Во время полного цикла фаза медленно-волнового (ортодоксального) сна — период медленных низковольтных волн на ЭЭГ — сменяется фазой парадоксального, или быстроволнового, сна. Во время этой фазы наблюдаются быстрые движения глаз, сокращения мимической мускулатуры, движения пальцев. В эту фазу человек видит сны. В течение ночи обычно наблюдается 4-6 полных циклов.
Таким образом, сон представляет собой не просто угнетение деятельности мозга, а такое состояние, когда на фоне снижения сенсорного потока к мозгу в его структурах происходит усиление некоторых обменных процессов, обработка ранее полученной информации и т. п.
Сознание и мышление
Сознание — это высшая функция человеческого мозга, которая заключается в отражении действительности и направленном регулировании взаимоотношений личности с окружающей средой.
Мышление — способность человека представить и передать другим людям свое отношение к происходящему при помощи слов и образов. Мышление является одной из главных функций человеческого мозга.
В основе сознания и мышления лежит процесс постоянного анализа огромного объема информации, поступающей как из внешней среды через органы чувств, так и от внутренних рецепторов, реагирующих на малейшие изменения во внутренней среде организма. Совокупность происходящих в центральной нервной системе процессов, обеспечивающих восприятие и анализ информации, а также адекватную ответную реакцию организма, называют сигнальной системой. И у животных, и у человека имеется первая сигнальная система. Она воспринимает конкретные материальные раздражители окружающего мира и является основой для формирования адекватной ответной реакции на происходящее. Кроме того, у человека в связи с появлением речи хорошо развита вторая сигнальная система. Она обусловлена особенностью высшей нервной деятельности человека воспринимать произнесенное или написанное слово, причем сигнальное значение слова определяется не сочетанием звуков или букв, а именно тем смысловым значением, которое несет это слово. При помощи слов человек может очень точно выразить сложнейшие абстрактные понятия, оттенки чувств и многое другое. Необходимо отметить, что зачатки второй сигнальной системы обнаружены у многих высокоразвитых животных: собак, китообразных, врановых, попугаев и др. Собака, например, способна усвоить значение большого количества слов, но специфика скелета черепа не дает ей возможности членораздельно произносить слова и фразы.