Теория функциональных систем П. Информационный анализ и синтез
Термин «функциональные системы», теория и модель функциональных систем были введен в 1935 году советским физиологом Петром Кузьмичом Анохиным. Предпосылкой создания ТФС являются полученные экспериментальным путем физиологические факты (такие как, например соединение нервных стволов), благодаря которым было выявлено подчинение отдельных систем (функций) целостному поведению. Дальнейшие исследования позволили Анохину обнаружить интеграцию физиологических процессов в единое целое .
Какое же определение Петр Кузьмич Анохин дает понятию "Функция"? Функция - это достижение полезного результата в соотношение организма и среды. Таким образом, функциональная система, по мнению ученого, была динамической саморегулирующейся организацией, все составные элементы которой взаимодействуют для получения организмом полезного приспособительного результата. Этот «приспособительный результат» является показателем адаптации, необходимым для нормального функционирования организма. Функциональные системы организма складываются из нескольких различных по своему строению и предназначению элементов целого организма и на их деятельности и окончательном результате не отражается исключительное влияние какого-нибудь анатомического типу участвующей структуры. Компоненты, входящие в систему теряют свою свободу, и остаются лишь те из них, которые способствуют получению желаемого полезного результата, который является определяющим фактором для формирования функциональной системы.
Полезный результат- это обеспечение какого-либо качественно специфического соотношения организма со средой, способствующего удовлетворению его потребностей.
Результаты могут подразделяться на несколько групп:
1) Метаболические. Результаты, создающие для жизнедеятельности необходимые конечные продукты.
2) Гомеопатические. Результаты, являющиеся показателями состояния жидких средств организма (крови, лимфы) и обеспечивающие нормальный обмен веществ.
3) Поведенческие. Результаты, удовлетворяющие основные потребности живого организма.
4) Социальные. Результаты, удовлетворяющие социальные и духовные потребности человека.
Для достижения результатов разных групп формируются функциональные системы разного уровня, однако их структура в принципе однотипна и представляет собой совокупность пяти элементов:
1) Полезный приспособительный результат
2) Аппараты контроля (рецепторы)
3) Обратную связь
4) Центральную архитектонику- избирательное объединение нервных элементов различных уровней в аппараты управления.
5) Аппараты реакции- соматические, вегетативные, эндокринные, поведенческие.
Функциональные системы метаболического результата включают в себя только внутренние механизмы саморегуляции, определяют оптимальный для процесса метаболизма уровень массы крови, кровяного давления и реакции среды.
Гомеопатические Функциональные системы предусматривают внешние механизмы саморегуляции, взаимодействия организма с внешней средой, уровень питательных веществ, температуру тела и давление.
Поведенческие функциональные системы и социальные функциональные системы предусматривают внутренние и внешние механизмы саморегуляции, которые играют в равной степени равную роль.
Одновременно в организме человека моет работать несколько функциональных систем разного уровня, однако существуют определенные принципы их взаимодействия:
1) Принцип системогенеза;
2) Принцип многосвязного взаимодействия;
3) Иерархичность;
4) Последовательная динамичность взаимодействия;
5) Принцип системного квантования жизнедеятельности .
Предлагаю подробнее рассмотреть эти принципы.
Первый принцип, принцип системогенеза, есть ни что иное как созревание, развитие и избирательная редукция функциональной системы.
Принцип многосвязного взаимодействия определяет обобщенную деятельность различных функциональных систем, единство внутренней среды организма, изменения в результате обмена веществ и деятельности организма во внешней среде. При этом отклонения одного показателя внутренней среды вызывают перераспределение параметров результата совместной деятельности нескольких функциональных систем.
Иерархичность. Название говорит само за себя- функциональные системы разбивается на уровни, нищие из которых подчиняются высшим, в соответствии с биологической и социальной значимостью. Деятельность организма определяется доминирующей функциональной системой и первым достигается соответствующий результат. По достижению главенствующего результата, происходит достижение следующего по значимости.
Принцип последующего динамического взаимодействия. Понимается как четкая последовательность смены деятельности нескольких функциональных систем. Результат деятельности предыдущей является показателем для начала деятельности последующей системы.
Принцип системного квантования жизнедеятельности. Заключается в выделение в процессе жизнедеятельности некоторых «квантов» с их конечным результатом.
Таким образом, «полезный результат» достигается за счет двигательного (поведенческого) акта.
Поведенческий акт-это элементарный цикл соотношения целостного организма со средой, в котором выделяются системные процессы, то есть организация клеток клеточных процессов в единое целое- функциональную систему .
Для рассмотрения этого понятия необходимо сказать, что Анохин выделил две группы функциональных систем: первая группа- функциональные системы, которые обеспечивают постоянство определенных констант внутренней среды за счет системы саморегуляции, звенья которой не выходят за пределы самого организма (функциональные системы метаболического результата) . Вторая группа- функциональные системы, которые используют внешнее звено саморегуляции. Они обеспечивают приспособительный эффект благодаря выходу за пределы организма через связь с внешним миром, через изменения поведения. Именно функциональные системы второго типа лежат в основе различных поведенческих актов, различных типов поведения.
Складывается определенная схема сочетания частей функциональных систем в единое целое, определяющих поведенческий акт:
Афферентный синтез – принятие решения – акцептор результатов действия – эффективный синтез – формирование действия – оценка достигнутого результата.
Разберем предложенную цепь.
1) Афферентный синтез – это процесс передачи импульса от рабочего органа к нервному центру. На его формирование влияют следующие факторы:
а) Мотивационное возбуждение (потребность). Появляется при возникновение какой-либо потребности и направлена на создание благоприятных условий для удовлетворения этих потребностей и существования организма.
б) Обстановочная афферентация. Включающая в себе возбуждение от стационарной обстановки и возбуждения, которая ассоциируется с этой обстановкой.
в) Пусковая афферентация. Состоит в том, что, выявляя скрытое возбуждение, создаваемое обстановочной афферентацией, она приурочивает его к определенным моментам времени, наиболее целесообразным с точки зрения самого поведения.
г) Аппарат памяти. Заключается в том, что на стадии афферентного синтеза из памяти извлекаются и используются именно те фрагменты прошлого опыта, которые полезны, нужны для будущего поведения.
2) Стадия принятия решения, которая и определяет тип и направленность поведения. Стадия принятия решения реализуется через специальную и очень важную стадию поведенческого акта – формирование аппарата акцептора результатов действия. Это аппарат, программирующий результаты будущих событий. В нем актуализирована врожденная и индивидуальная память животного и человека в отношении свойств внешних объектов, способных удовлетворить возникшую потребность, а также способов действия, направленных на достижение или избегание целевого объекта. Нередко в этом аппарате запрограммирован весь путь поиска во внешней среде соответствующих раздражителей.
3) Следующий этап акцептор результатов действия- это, можно сказать, механизм, содержащий модель программируемых параметров будущих этапных и конечных результатов, а так же производящий сравнение результатов, которые были за прогнозированы, с теми, которые были получены.
4) Эфферентный синтез - выносящий, выводящий, передающий импульсы от нервных центров к рабочим органам.
Выводы к главе 1:
1) Нервная система является основной функциональной системой живого организма, так как она способна регулировать деятельность других систем нашего организма, являясь между ними, своего рода связывающим звеном. Нервная система состоит из Центральной нервной системы (головной и спинной мозг) и Периферической нервной системы (нервы, нервные узлы), которые так же взаимодействуют друг с другом при осуществлении нервных реакций и процессов.
2) Являясь главной функцией живого организма, нервная система базой для психических процессов. Психика формируется по воздействием активности нервной системы. Это выражается в формировании субъективного образа картины окружающего мира, отличного от реального и эмоционально окрашенного, регуляции поведения человека осуществляемая как внутренними влияниями желаний, памяти, опыта, так и непосредственно внешней средой.
3) Основоположником теории функциональных систем является русский ученый Петр Кузьмич Анохин. Он дал определение, классификацию функциональных систем, принципы их работы и цель - достижение полезного результата.
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
В первую очередь необходимо сказать о том, что при всем многообразии теорий и подходов, используемых в психологии, психофизиологии и нейронауках, их можно условно разделить на две группы. В первой группе в качестве основного методологического принципа, определяющего подход к исследованию закономерностей мозговой организации поведения и деятельности, рассматривается реактивность, во второй - активность (рис. 1).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
В теории функциональных систем в качестве детерминанты поведения рассматривается не прошлое по отношению к поведению событие - стимул, а будущее – результат . Функциональная система есть динамически складывающаяся широкая распределенная система из разнородных физиологических образований, все части которой содействуют получению определенного полезного результата . Именно опережающее значение результата и модель будущего, создаваемая мозгом, позволяет говорить не о реакции на стимулы из внешней среды, а о полноценном целеполагании.
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
Теория функциональных систем в свое время первой ввела понятие целенаправленности поведения за счет сравнения предсказания результата с фактическими его параметрами, а также обучение как способ устранения рассогласования организма со средой. Многие положения данной теории уже сейчас нуждаются в существенном пересмотре и адаптации с учетом новых экспериментальных данных. Однако на сегодняшний момент данная теория входит в число наиболее проработанных и биологически адекватных.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
. Александров Ю.И. «Введение в системную психофизиологию». // Психология XXI века. М.: Пер Се, стр. 39-85 (2003).. Александров Ю.И., Анохин К.В. и др. Нейрон. Обработка сигналов. Пластичность. Моделирование: Фундаментальное руководство. Тюмень: Издательство Тюменского Государственного Университета (2008).
. Анохин П.К. Очерки по физиологии функциональных систем. М.: Медицина (1975).
. Анохин П.К. «Идеи и факты в разработке теории функциональных систем». // Психологический журнал. Т.5, стр. 107-118 (1984).
. Анохин П.К. «Системогенез как общая закономерность эволюционного процесса». // Бюллетень экпериментальной биологии и медицины. № 8, т. 26 (1948).
. Швырков В.Б. Введение в объективную психологию. Нейрональные основы психики. М.: Институт психологии РАН (1995).
. Александров Ю.И. Психофизиология: Учебник для вузов. 2-е изд. Спб.: Питер (2003).
. Александров Ю.И. «Научение и память: системная перспектива». // Вторые симоновские чтения. М.: Изд. РАН, стр. 3-51 (2004).
. Теория системогенеза. Под. ред. К.В.Судакова. М.: Горизонт (1997).
. Jog M.S., Kubota K, Connolly C.I., Hillegaart V., Graybiel A.M. «Bulding neural representations of habits». // Science. Vol. 286, pp. 1745-1749 (1999).
. Red"ko V.G., Anokhin K.V., Burtsev M.S., Manolov A.I., Mosalov O.P., Nepomnyashchikh V.A., Prokhorov D.V. «Project «Animat Brain»: Designing the Animat Control System on the Basis of the Functional Systems Theory» // Anticipatory Behavior in Adaptive Learning Systems. LNAI 4520, pp. 94-107 (2007).
. Red"ko V.G., Prokhorov D.V., Burtsev M.S. «Theory of Functional Systems, Adaptive Critics and Neural Networks» // Proceedings of IJCNN 2004. Pp. 1787-1792 (2004).
Академик П.К. Анохин в фундаментальных трудах по нейрофизиологии – механизмам условного рефлекса, онтогенезу нервной системы ввел понятие системообразующего фактора (результата системы). Под результатом системы П.К. Анохин понимал полезный приспособительный эффект во взаимодействии «организм – среда», достигаемый при реализации системы.
Поведение индивида можно описать как результат определенного взаимодействия организма с внешней средой. Причем по достижении определенного результата, исходное воздействие прекращается, что делает возможным реализацию следующего поведенческого акта [Швырков, 1978]. Поэтому в системной психофизиологии поведение рассматривается с позиции будущего – результата.
На основании обобщения экспериментов П. К. Анохин пришел к выводу, что для понимания взаимодействия организма со средой следует изучать не «функции» отдельных органов или структур мозга, а их взаимодействие, то есть координацию их активности для получения конкретного результата.
В системной психофизиологии активность нейронов связывается не с какими – либо специфическими «психическими» или «телесными» функциями, а с обеспечением систем, в которые вовлекаются клетки самой разной анатомической локализации и которые, различаясь по уровню сложности и качеству достигаемого результата, подчиняются общим принципам организации функциональных систем [Анохин, 1975,1978].
Именно поэтому системные закономерности, выявленные при изучении нейронной активности у животных, могут быть применены для разработки представлений о системных механизмах формирования и использования индивидуального опыта в разнообразной деятельности человека [Александров, 2001].
В теории функциональных систем П. К. Анохина разработана концепция изоморфности иерархических уровней. Изоморфность уровней заключается в том, что все они представлены функциональными системами, а не какими-либо специальными процессами и механизмами, специфичными для данного уровня, например периферического кодирования и центральной интеграции, классического обусловливания и инструментального обучения, регуляции простых рефлекторных и сложных произвольных движений и т. п. Независимо от уровня системообразующим фактором для всех этих систем является результат, а фактором, определяющим структурную организацию уровней, их упорядоченность, - история развития.
Этот вывод согласуется с представлением о преобразовании последовательности стадий психического развития в уровни психической организации - стержнем концепции Я. А. Пономарева о превращении этапов развития явления в структурные уровни его организации. И с позицией Л. С. Выготского, считавшего, что «индивид в своем поведении обнаруживает в застывшем виде различные законченные уже фазы развития». Ж. Пиаже также подчеркивал соответствие стадий развития уровням организации поведения, полагая при этом, что формирование нового поведения означает «ассимиляцию новых элементов в уже построенные структуры».
Модель функциональной системы
Академик П.К. Анохин предложил модель организации и регулирования поведенческого акта, в которой есть место для всех основных процессов и состояний. Она получила название модели функциональной системы . Ее общее строение показано на рис. 1.
Модель функциональной системы. Рис. 1.
Суть данной концепции П.К. Анохина заключается в том, что человек не может существовать изолированно от окружающего мира. Он постоянно испытывает воздействие определенных факторов внешней среды. Воздействие внешних факторов было названо Анохиным обстановочной афферентацией . Одни воздействия для человека несущественны или даже неосознаваемы, но другие, - как правило, необычные - вызывают у него ответную реакцию. Эта ответная реакция носит характер ориентировочной реакции .
Все воздействующие на человека объекты и условия деятельности, вне зависимости от их значимости, воспринимаются человеком в виде образа . Этот образ соотносится с информацией, хранящейся в памяти, и мотивационными установками человека. Причем процесс сопоставления осуществляется, скорее всего, через сознание, что приводит к возникновению решения и плана поведения.
В центральной нервной системе ожидаемый итог действий представлен в виде своеобразной нервной модели, названной Анохиным акцептором результата действия . Акцептор результата действия - это цель, на которую направлено действие. При наличии акцептора действия и программы действия, сформулированной сознанием, начинается непосредственное исполнение действия. При этом включается воля, а также процесс получения информации о выполнении поставленной цели.
Информация о результатах действия имеет характер обратной связи (обратной афферентации) и направлена на формирование установки но отношению к выполняемому действию. Поскольку информация проходит через эмоциональную сферу, она вызывает определенные эмоции, влияющие на характер установки. Если эмоции носят положительный характер, то действие прекращается. Если эмоции негативны, то в выполнение действия вносятся коррективы [Маклаков, 2001].
Теория функциональных систем П. К. Анохина. Информационный анализ и синтез
Теория функциональных систем П. К. Анохина позволяет приблизиться к решению вопроса о взаимосвязи физиологических и психических процессов и явлений. Эта теория утверждает, что психологическое и физиологическое описание поведения и деятельности – это частные описания единых системных процессов.
Свойство восприятия окружающего мира, в котором отражаемые стимулы различаются как принадлежащие отдельным подмножествам систем модели субъективного мира человека или животного, называется уровнями восприятия окружающего мира .
– структура, представленная накопленными в эволюции и в процессе общественного и индивидуального опыта человека семью подмножеством систем, в которых представлены и обособлены категории субъективной оценки индивидом среды и собственного поведения.
Психологическими исследованиями выявлено семь уровней восприятия человека, графически изображаемых в форме пирамиды: миссия, самопредставление, убеждения, способности, люди моего окружения, поведение, окружение.
| Уровень | Ключевой вопрос | Содержание | Общественные и социальные отношения |
| Миссия | зачем я? | миропонимание | для чего я живу? Участие в общественной жизни |
| Самопредставление | кто я? | Я-образ, Я-концепция | человек - «ультрасоциальное» существо; люди способны формировать принципиально разные по своей
структуре коллективы (членом которых они являются), различающиеся своими традициями, нормами
поведения, способами добычи пропитания, системой внутригрупповых отношений, устройством семьи и т. д. |
| Убеждения | во что верю? | ценности | индивидуальные и общественные ценности |
| Способности | что могу? | ресурсы, планы | способность к эффективной коммуникации, обучению, а главное - к пониманию не только
поступков, но и мыслей и желаний окружающих; предвидеть поступки людей, манипулировать
ими, учиться у них; перенимать и использовать опыт всего общества, опыт поколений |
| Люди моего окружения | Какие люди (у обезьян - соплеменники) вокруг? | у людей до 150 человек | личные отношения с каждым членом группы; у людей до 150 человек |
| Поведение | что делаю? | нормы, события | индивидуальные события |
| Окружение | что вокруг? | возможности, ограничения |
Последовательность пирамидального расположения уровней восприятия на модели субъективного мира человека соответствует последовательности формирования общественного и индивидуального опыта индивида.
| Окружение (что вокруг?) | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
отношения и взаимосвязи (возможности, ограничения)
>
|
Уровни восприятия окружающего мира человека – структура, представленная накопленными в эволюции и в процессе общественного и индивидуального опыта человека семью подмножеством систем, в которых представлены и обособлены категории субъективной оценки индивидом среды и собственного поведения.
Чтобы эффективно функционировать в сложном социальном окружении, у людей должны были развиться интеллектуальные способности к эффективной коммуникации, обучению, а главное - к пониманию не только поступков, но и мыслей и желаний своих соплеменников. Каким образом появились у людей эти способности?
Некоторые способности в ходе эволюции человека могли развиваться быстрее других - например, социальный интеллект. Ключевое значение имеет объем кратковременной памяти, измеряемый количеством идей или концепций, с которыми «исполнительный компонент» рабочей памяти может работать одновременно. Эту важнейшую характеристику рабочей памяти называют short-term working memory capacity (ST-WMC). Многочисленные эксперименты показали, что у человека ST-WMC = 7. Большинство животных не может обдумывать комплексно, как часть единой логической операции, более одной, максимум двух идей (ST-WMC = 2) .
Речь идет, таким образом, о магистральном направлении эволюции нашего разума. Становились ли мы «вообще умнее», или у нас совершенствовались в первую очередь строго определенные, социально-ориентированные умственные способности. Экспериментальные данные свидетельствуют в пользу второй версии . Основное направление эволюции нашего разума связано с формированием речевых навыков - употреблением у трехлетних детей предложений из более чем 3 слов. Далее этот процесс продолжает развиваться по прежней «траектории», достигая уровня около семи слов примерно к 12 годам и наконец, семи идей или концепций, с которыми «исполнительный компонент» рабочей памяти может работать одновременно у взрослых людей.
Общение в коллективе и обществе способствовали формированию и функционированию дополнительных функциональных систем, связанных с речью . Одновременно с возникновением речи проходил процесс формирования внутреннего мира (субъективного мира) человека, и развивается социальное общение.
Социальное общение и индивидуальная биологическая уникальность индивидов являются необходимыми, но не достаточными признаками персонификации сообщества. Еще одно обязательное условие заключается в наличии «межиндивидуальных» отношений, т. е. отношений индивида к другим членам сообщества как к самостоятельным «персонам», имеющим не только собственный внешний облик, но и собственный внутренний мир. Способность к такого рода психофизической персонификации впервые появились у приматов и получила максимальное развитие у людей, которые могут «утонченно» воспринимать и оценивать внутренний мир (субъективный мир) окружающих как отличный от их собственного .
По современным представлениям, рабочая память имеет довольно сложную структуру. Центральное место в ней занимает «исполнительный компонент» (central executive component), локализованный в одном из участков префронтальной коры (а именно в полях Бродмана 9 и 46). Его главная задача - удерживать внимание на той информации, которая необходима субъекту для решения насущных задач. Сама эта информация может храниться где-то еще. Ее обычно называют кратковременной памятью (short-term memory) и рассматривают как компонент рабочей памяти.
Память, хранится не в каком-то специально выделенном для этой цели участке мозга, а распределяется по всем отделам, причем для запоминания используются те же нейроны, которые возбуждались при непосредственном переживании события (см.: Нейроны соревнуются за право участия в формировании рефлексов , «Элементы», 26.04.2007).
Субъективный мир человека (СМЧ) – структура, представленная накопленными в эволюции и в процессе общественного и индивидуального опыта человека семью подмножеством систем, в которых представлены и обособлены категории субъективной оценки индивидом среды и собственного поведения . Что позволяет «исполнительному компоненту» рабочей памяти реализовать обработку информации одновременно (параллельно) по семи подмножествам систем , активизировать фактор новизны, и привело к усиленной активации ранних генов в клетках мозга человека ; в эволюции, эти адаптивные модификации функциональных систем, обеспечили дифференциальное выживание, привели к феномену человека и новой фазе нейроэволюции .
Наша гипотеза поясняет возникновение функции безопасности в социальном общении .
У животных все основные функциональные системы представлены на двух (для обезьян не более 3) нижних уровнях модели восприятия окружающего мира, соответственно уровень окружения (с ключевым вопросом, что вокруг?) и уровень поведения (ключевой вопрос, что делаю?). Эти уровни модели восприятия окружающего мира отражают основную способность животных - приспособится к окружающей среде и тем самым выжить . При этом системы, сформированные в естественной природной среде, становятся для животных основными и необходимыми для сосуществования в естественных природных условиях. Поэтому взрослое высшее животное с системами, сформированными в искусственной среде обитания при участии человека, как правило, погибает, при помещении его в как будто бы привычные и естественные природные условия его обитания. Это, конечно, не находит объяснения у некоторых ученых, которых считают, что у животных поведение, умственная и психическая деятельность покоятся на врожденных, наследственно обусловленных инстинктах, закрепленных в генетической программе на протяжении всей эволюции.
Человек приспособлен к резким изменениям окружающей среды и его функциональные системы помимо двух нижних уровней восприятия представлены еще на пяти уровнях восприятия.
Уровни восприятия модели субъективного мира человека и соответствующие им системы, непрерывно поддерживая активным фактор новизны, позволили осуществить положительную обратную связь генерации процесса возникновения и развития языка и речи .
За счет генерации процесса возникновения и развития языка и речи, более объективной оценки окружающей среды, в процессе общественного и индивидуального опыта человека происходит выделение все большего количества подмножеств систем, в которых представлены и обособлены категории субъективной оценки индивидом среды и собственного поведения. Эти подмножества систем качественно улучшают объективную оценку окружающей среды и результатов собственной деятельности, что обеспечивает не только дифференциальное выживание, но обуславливает феномен человека и новую фазу эволюционного цикла .
Таким образом, обработка информации из внешней среды у человека идет одновременно и параллельно по семи подмножествам систем.
У большинства животных обработка информации из внешней среды идет также параллельно, но с участием не более 2 подмножеств систем. В обоих случаях этот процесс связан с реализацией встроенных систем безопасности .
Основные положения ТФС П.К. Анохина отражают представления П. К. Анохина о том, что психика возникла в эволюции потому, что психические переживания содержат обобщенную оценку ситуации, благодаря чему они выступают в качестве важных факторов поведения (П. К. Анохин, 1978). Вопрос о функциональном смысле субъективного опыта и переживаний, их роли в поведении – одна из важнейших проблем науки о мозге. Представляя собой результат синтеза информации, психические феномены содержат интегрированную оценку ситуации, способствуя тем самым нахождению поведенческого ответа. Элементы обобщения содержатся в самых простых психических феноменах, таких как ощущение. При мышлении информационный синтез включает не только соединение, но и перекомбинацию уже известных сведений, что лежит в основе нахождения решения. Это относится как к перцептивному решению, т. е. опознанию стимула, так и к выдвижению и селекции гипотез, построению моделей будущих событий .
Для понимания приспособительной активности индивида следует изучать не «функции» отдельных органов или структур мозга, а организацию целостных соотношений организма со средой, когда отдельные компоненты не взаимодействуют, а взаимосодействуют, т. е. координируют свою активность, свои степени свободы для получения конкретного результата. Поэтому:Комплексная функциональная система – комплекс избирательно вовлеченных компонентов - множество систем, у которых взаимодействие и взаимоотношение приобретают характер взаимосодействия компонентов, направленного на получение полезного результата в соотношении «организм – среда» .
Дальнейшее развитие теории функциональных систем П. К. Анохина связано с .
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.
Функциональная система П.К. Анохина - это схематичная модель основных блоков мозга, обеспечивающих целенаправленное поведение, т.е. поведение, направленное на достижение определённой цели. Она отражает более сложный нервный механизм, обеспечивающий поведение, по сравнению с рефлекторными дугами.
Функциональная система П.К. Анохина
Для того чтобы легче было запомнить эту схему, я её несколько модифицировал по сравнению с той схемой, которая даётся в учебниках по физиологии.
Итак, запоминаем функциональную систему П.К. Анохина:
- три входа
- три блока
- три этажа в каждом блоки
- три явления на выходе
- три нововведения (АРД, обратная афферентация, параметры результата).
Внутренняя афферентация
Потребность, т.е. недостаток чего-то в организме, порождает внутреннюю афферентацию.
Внутренняя афферентация - это сенсорный (афферентный) поток импульсов от интерорецепторов, расположенных во внутренних органах, мышцах, кровеносных сосудах. Интерорецепторы (или интероцепторы) реагируют на изменения во внутренней среде организма.
В блоке мотивации во главе с миндалиной мозга из множества текущих потребностей выбирается только одна наиболее биологически значимая потребность. На её основе формируется поток мотивационного возбуждения.
Добавим к схеме П.К. Анохина представления Ю. Конорского о драйв-рефлексах. Тогда получится, что поток мотивационного возбуждения передается в систему драйв-рефлексов. Драйв
- это подготовительное поведение для повышения вероятности исполнительного рефлекса.
В результате драйва организм оказывается в таком месте, или создаёт такую ситуацию, где повышена вероятность нахождения пускового раздражителя и реализации исполнительного поведения, которое даёт желаемый результат и удовлетворяет потребность.
Акцептор результата действия (АРД) = планировщик, активатор, компаратор (сравнитель) и завершатель.
- Планирует ожидаемый результат, точнее - его воспринимаемые параметры.
- Активирует программу действий для достижения этого результата.
- Сравнивает полученные параметры с ожидаемыми.
- Завершает деятельность функциональной системы при совпадении полученных параметров результата с ожидаемыми.