Текст книги "Спортивная психофизиология"

Стадии формирования условного рефлекса

В формировании условного рефлекса различают две стадии: начальную стадию генерализации условного возбуждения и конечную стадию концентрации условного возбуждения.

Начальная стадия генерализованного условного возбуждения является продолжением более общей универсальной реакции организма на любой новый для него раздражитель, представленной ориентировочным рефлексом.

Эта стадия образования условного рефлекса состоит в формировании временной связи не только на данный конкретный условный раздражитель, но и на все близкие ему стимулы. Нейрофизиологический механизм заключается в иррадиации возбуждения из центра проекции условного раздражителя на нервные клетки окружающих проекционных зон, близких в функциональном отношении клеткам центрального представительства условного раздражителя. Условно-рефлекторный ответ наблюдается на сходные, близкие стимулы как результат распространения возбуждения из проекционной зоны основного условного стимула, например реакция слюноотделения на звук, близкий к условному по тону.

Рассмотрим стадию генерализованного возбуждения и на примере формирования оперантного условного рефлекса, когда новой является не афферентная, как в классическом рефлексе, а эфферентная часть рефлекса. Другими словами, в оперантном рефлексе возникает новая операция. Всем, кто учился писать, известно, каких трудов стоят первые строчки палочек и крючочков в прописях. Мышцы всего тела напряжены, это тяжелая работа, сопровождаемая генерализованным возбуждением всей моторной коры. На начальных этапах формирования двигательного навыка в спорте также наблюдается напряжение мышц, не участвующих в выполнении движения. По мере формирования навыка и автоматизации движения возникает следующая стадия условного рефлекса. Процессы иррадиации возбуждения сменяются процессами концентрации, ограничивающими очаг возбуждения только зоной представительства основного стимула. В результате наступает уточнение, специализация условного рефлекса. На конечной стадии упроченного условного рефлекса происходит концентрация условного возбуждения: условно-рефлекторная реакция наблюдается лишь на заданный стимул. На стадии концентрации условного возбуждения происходит локализация возбудительного процесса только в зоне центрального представительства условного стимула. Внешним проявлением этой стадии является дифференцирование параметров действующего условного стимула. В случае оперантного рефлекса на стадии концентрации в его реализации участвует только необходимая группа мышц, написание текста не вызывает у нас значительного напряжения.

Классификация условных рефлексов

Существует несколько классификаций условных рефлексов.

Натуральные и искусственные условные рефлексы различают по отношению условного раздражителя к сигнализируемой им реакции. Искусственные условные рефлексы образуются на стимулы, которые обычно не имеют прямого отношения к подкрепляющему их безусловному стимулу (световой раздражитель, подкрепляемый пищей, или кормление щенков мясом с запахом мяты). Натуральные условные рефлексы образуются на раздражители, являющиеся естественными, обязательно сопутствующими признаками, свойствами безусловного стимула, на базе которого они вырабатываются (запах мяса). Натуральные условные рефлексы по сравнению с искусственными отличаются большей легкостью образования и большей прочностью. Если щенков собаки с рождения кормить мясом с запахом мяты, у них формируется искусственный условный рефлекс слюноотделения на запах мяты. Достаточно щенкам лишь несколько раз получить обычное мясо, как искусственный рефлекс угасает и формируется прочный натуральный рефлекс.

Экстероцептивные, интероцептивные и проприоцептивные условные рефлексы различают в зависимости от природы рецепторных структур, на которые действуют условные стимулы. Экстероцептивные условные рефлексы образуются на стимулы, воспринимаемые наружными, внешними рецепторами тела. Они составляют основную массу условно-рефлекторных реакций, обеспечивающих адаптивное (приспособительное) поведение в условиях изменяющейся внешней среды. Интероцептивные условные рефлексы вырабатываются на физические и химические раздражения интерорецепторов. Они обеспечивают физиологические процессы гомеостатической регуляции функции внутренних органов. Проприоцептивные условные рефлексы формируются на раздражение рецепторов поперечно-полосатой мускулатуры и составляют основу всех двигательных навыков животных и человека.

Простые и сложные условные рефлексы различают в зависимости от структуры применяемого условного стимула.

В простом условном рефлексе условным стимулом служит простой раздражитель (свет, звук и т. д.). В реальных условиях функционирования организма в качестве условных сигналов выступают не отдельные раздражители, а их временные и пространственные комплексы. В этом случае в качестве условного стимула выступает либо вся окружающая животное обстановка, либо ее часть. Разновидностью такого комплексного условного рефлекса является стереотипный условный рефлекс, образуемый на определенный временной или пространственный «узор», комплекс стимулов.

Следовые условные рефлексы формируются, когда безусловный подкрепляющий раздражитель предъявляется после окончания действия условного стимула.

Различают условные рефлексы первого, второго, третьего и т. д. порядка. Если условный стимул подкрепляется безусловным, образуется условный рефлекс первого порядка. Условный рефлекс второго порядка образуется, если условный стимул подкрепляется не безусловным, а условным раздражителем, на который ранее был образован условный рефлекс. Условные рефлексы второго и более сложного порядка образуются труднее и отличаются меньшей прочностью.

Условные рефлексы на словесный сигнал относятся к условным рефлексам второго и более высокого порядка.

Торможение условных рефлексов

Функционирование условно-рефлекторного механизма базируется на двух основных нервных процессах: возбуждении и торможении. Роль тормозного процесса возрастает по мере упрочения условного рефлекса.

Различают безусловное (внешнее и запредельное) и условное (внутреннее) торможение условных рефлексов.

Внешнее торможение условного рефлекса возникает под действием другого постороннего условного или безусловного раздражителя. При этом основная причина подавления условного рефлекса не зависит от самого тормозимого рефлекса и не требует специальной выработки. Внешнее торможение наступает при первом предъявлении сигнала.

Запредельное торможение условного рефлекса развивается при чрезмерно большой силе стимула или при низком функциональном состоянии центральной нервной системы, на уровне которого обычные пороговые раздражители приобретают характер чрезмерных, сильных. Запредельное торможение имеет охранительное значение.

Биологический смысл безусловного внешнего торможения условных рефлексов состоит в обеспечении реакции на главный стимул, наиболее важный для организма в данный момент времени, при одновременном угнетении, подавлении реакции на второстепенные стимулы.

Условное (внутреннее) торможение условного рефлекса носит условный характер и требует специальной выработки. Развитие тормозного эффекта в этом случае связано с нейрофизиологическим механизмом образования условного рефлекса, и такое торможение относится к категории внутреннего торможения. Проявление этого типа торможения связано с определенными условиями (например, повторное применение условного стимула без подкрепления).

Биологический смысл внутреннего торможения условных рефлексов состоит в том, что изменившиеся условия внешней среды и соответственно прекращение подкрепления условного стимула безусловным требует изменения в условно-рефлекторном поведении. Условный рефлекс угнетается, поскольку перестает являться сигналом, предвещающим появление безусловного стимула.

Различают четыре вида внутреннего торможения: угасание, дифференцировка, условный тормоз, запаздывание.

Предъявление условного раздражителя без подкрепления безусловным ведет к угасанию условного рефлекса. Такое торможение условного рефлекса называется угасательным. Угасание условного рефлекса – это временное торможение, угнетение рефлекторной реакции. Оно не означает уничтожение, исчезновение данной рефлекторной реакции. Спустя некоторое время новое предъявление условного стимула без подкрепления его безусловным вновь приводит к проявлению условно-рефлекторной реакции.

Если животному или человеку с выработанным условным рефлексом на определенную частоту звукового стимула (звук метронома) предъявлять близкие по частоте раздражители, не подкрепляя их безусловным стимулом, то условно-рефлекторная реакция на последние угнетается, подавляется, хотя первоначально условная реакция наблюдается и на эти частоты звукового раздражения. Такой вид внутреннего (условного) торможения называют дифференцированным торможением. Домашние животные бегут встречать только хозяина. Благодаря дифференцировочному торможению они отличают, дифференцируют его шаги по лестнице от шагов соседей. Дифференцировочное торможение лежит в основе многих форм обучения, связанных с выработкой тонких навыков.

Если условный стимул, на который образован условный рефлекс, в случае комбинации с другим стимулом не подкрепляется, то наступает торможение условного рефлекса в случае комбинации стимулов. Этот вид условного торможения называется условным тормозом. Например, условный сигнал – звонок подкрепляется безусловным стимулом – кормлением собаки. Если звонок, сочетаемый с тактильным прикосновением, не подкреплять кормлением, то тактильное прикосновение станет условным тормозом. Такое сочетание условных сигналов после нескольких совместных предъявлений перестает сопровождаться слюноотделением.

Подкрепление условного сигнала безусловным раздражителем с большим опозданием (2–3 мин) к предъявлению условного раздражителя ведет к возникновению запаздывателъного торможения. Если кормушка с пищей появляется не сразу после предъявления условного сигнала, а спустя две-три минуты, то и слюноотделение будет отставлено во времени благодаря запаздывательному торможению.

Когнитивное обучение

Образное (психонервное) поведение. Этот вид обучения изучался И. С. Бериташвили с 1926 г. с использованием метода свободного перемещения в экспериментальном манеже. Суть представлений И. С. Бериташвили состоит в том, что образ или конкретное представление о пище и ее местоположении создается у высших животных при первом же восприятии. Образное поведение обеспечивается интеграцией элементов внешней среды в целостный образ, направляющий поведение животного. Психонервный комплекс легко воспроизводится под влиянием компонента среды или раздражения, напоминающего среду. Образ может удерживаться всю жизнь без повторного воспроизведения. Индивидуально приобретенные реакции образного поведения легко автоматизируются. Двигательная активность животного зависит от условий формирования образа, его биологического значения.

Психонервная активность определяет поведение высших животных. У человека сознательная деятельность подчиняет себе двигательную активность психонервного поведения. Нервным субстратом образного поведения служит неокортекс. Ориентировочная реакция регулирует поведение животного, продуцируя образы жизненно важных объектов.

Элементарная рассудочная деятельность заключается в способности улавливать эмпирические законы окружающей среды и использовать знание этих законов при построении программ поведения в новых ситуациях. Рассудочную деятельность изучал Л. В. Крушинский. Примером элементарной рассудочной деятельности является способность к экстраполяции. Хищник устремляется не к тому месту, где скрылась добыча за кустами, а экстраполирует ее передвижение и устремляется к месту ее предполагаемого появления. Способность к экстраполяции легко воспроизводится в эксперименте с кормушкой, перемещающейся за укрытием. Синтез закономерностей, усвоенных ранее, с законами, установленными в данный момент, позволяет выбрать адекватный путь решения задачи. Многообразие и пластичность взаимоотношений в сообществе животных зависит от уровня развития их рассудочной деятельности, играющей особую роль в эволюции популяции.

Вероятностное прогнозирование – это предвосхищение будущего, основанное на вероятностной структуре прошлого опыта и информации о существующей ситуации. Способность к вероятностному прогнозированию изучалась Н. А. Бернштейном. Это – результат биологической эволюции в вероятностной среде. Приспособительное поведение строится на выявлении повторяемости события, его регулярности.

Прогнозирование может касаться своих ответных действий и действий своих партнеров. Актуальная среда, от которой зависит удовлетворение потребностей и достижение целей, выделяется из реальной окружающей среды. Это позволяет оценить ситуацию и средства для достижения результата.

Можно сказать, что когнитивное обучение опирается на репертуар простых форм ассоциативного и неассоциативного обучения и выступает как один из фундаментальных механизмов высшей нервной деятельности высших животных и человека.

Формирование двигательных навыков

У человека различают непроизвольные и произвольные движения. Непроизвольные движения являются врожденными, выполняются они бессознательно, в их основе лежат безусловные двигательные рефлексы. К ним относятся сосание, глотание, мигание, сгибание и разгибание конечностей в ответ на действие раздражителей.

Произвольные движения – это целенаправленные движения, осуществляемые под контролем сознания и воли. Они приобретаются при специальном обучении на протяжении индивидуальной жизни, в их основе лежат условные рефлексы. Их выполнение происходит вначале с обязательным участием сознания, а в дальнейшем – при снижении его контроля. Высшими центрами для этих движений служат интегративные области коры больших полушарий (третичные поля, расположенные в лобных долях). Произвольные движения формируются на основе непроизвольных, поэтому двигательная активность взрослого человека – сплав врожденных и приобретенных движений. Освоение и совершенствование спортивных движений связано с формированием двигательных навыков. Двигательный навык – выработанное в процессе онтогенеза движение, компоненты которого вследствие тренировки в значительной степени автоматизированы. К простейшим двигательным навыкам относятся умение передвигаться шагом, бежать, плыть, бросать и ловить, но вначале формируются вертикальная поза и сохранение равновесия.

Возможность формирования двигательных навыков связана с важным свойством нервной системы – пластичностью, обеспечивающей высокую степень тренируемости, то есть способности в процессе обучения овладевать новыми, сложными по координации формами двигательных актов, адекватных изменившимся условиям жизнедеятельности (Л. А. Орбели). Тренируемость передается по наследству, но имеются индивидуальные различия в степени ее проявления в разных видах умственной и мышечной деятельности и в различные возрастные периоды.

Условно-рефлекторные механизмы образования двигательных навыков

Физиологическим механизмом образования двигательных навыков являются условные рефлексы, как сенсорные, так и оперантные (инструментальные или мануальные). Если первые обеспечивают ответ на условно-рефлекторный сигнал, то вторые характеризуются новой формой движения или образованием нового сложного движения из уже известных элементов. У человека при формировании двигательного навыка одновременно сочетаются оба вида временных связей. Формирование новых двигательных навыков происходит на базе ранее приобретенных организмом координаций. Чем больше у человека запас выработанных ранее движений, тем легче и быстрее он способен разучить новые. Использование подготовительных упражнений и обучение по элементам способствуют усвоению сложной техники движений. Успешнее всего новые формы движений осваивают спортсмены, владеющие большим комплексом уже закрепленных сложных двигательных актов (гимнасты, акробаты, фигуристы).

Двигательный навык представляет собой цепочку движений, то есть отдельные компоненты движений и сами движения выстраиваются в систему последовательных актов в виде двигательного динамического стереотипа, который в спортивных движениях относится только к последовательности осуществления их отдельных фаз. То есть имеется внешняя стереотипность (стандартность) двигательного навыка. Временные отношения между фазами движений могут постоянно варьировать.

Внутренняя структура движения (состав сокращающихся мышц и количество активных двигательных единиц) может непрерывно меняться, следовательно, имеется внутренняя вариативность двигательного навыка. Создание двигательного динамического стереотипа обеспечивает высокую эффективность двигательного навыка (точность и быстрота выполнения движения, энергетическая экономично сть).

В осуществлении новых двигательных актов важное значение имеет экстраполяция – способность центральной нервной системы к адекватному решению вновь возникающих двигательных задач на основании имеющегося опыта. Это обеспечивает так называемый перенос навыков и возможность «с места» (без предварительной подготовки) осуществлять новые координированные двигательные действия. Увеличение запаса освоенных движений содействует значительному повышению возможностей человека без специального обучения правильно решать новые двигательные задачи, близкие к ранее решенным.

Особенности системных механизмов управления движениями (теория функциональной системы П. К. Анохина).

В основе поведения лежит ряд процессов:

1-я стадия – Афферентный синтез – 4 компонента: доминирующая мотивация, обстановочная афферентация, пусковая афферентация и информация, извлекаемая из памяти (обработка всей информации). В спортивной деятельности усложнен большим потоком раздражителей.

2-я стадия – Принятие решения – формирование конкретной конечной цели.

3-я стадия – формирование акцептора результата действия.

Прогнозирование результата. Программирование усложнено из-за новизны движения и необходимости совершать его как можно быстрее.

4-я стадия – Эфферентный синтез – формирование центральных механизмов, обеспечивающих результат.

5-я стадия – Получение полезного результата системы.

6-я стадия – Обратная афферентация – оценка полученного результата в сравнении с тем, который был запрограммирован. Это возможно при медленном исполнении упражнения или в повторных попытках.

Использование информации, получаемой путем обратной связи, возможно при медленном выполнении движения, а в остальных случаях чаще всего только при повторных попытках. Для успешного выполнения движений необходимо программировать их с учетом состояния висцеральных систем организма и мышц, поэтому очень часто лучшие результаты достигаются при повторном выполнении движений.

Двигательная память играет большую роль в процессе формирования двигательного навыка. Ее физиологической основой являются следы (энграммы), оставленные в центральной нервной системе нервными процессами, связанными с поступлением афферентных импульсов и с посылкой через эфферентные нервы импульсов к исполнительным органам. Эффективность запоминания и точность воспроизведения различных параметров физических упражнений зависит от сложности двигательного акта, характера совершаемой работы (статические усилия или циклические упражнения), степени обученности спортсмена, длительности тренировочных занятий, интервалов между ними, эмоционального состояния спортсмена и ряда других факторов.

Фазы формирования двигательного навыка, автоматизация движений спортсмена. Формирование двигательного навыка при занятиях спортом проходит через несколько фаз. В первой (фазе генерализации) происходит объединение отдельных элементов движений в целостное действие на основе иррадиации возбуждения в моторной зоне коры головного мозга с генерализацией ответных двигательных реакций, вовлечением в работу «лишних» мышц и чрезмерным напряжением некоторых мышц. От спортсмена требуется сосредоточенность внимания на выполняемом движении, так как под контролем сознания должны находиться все компоненты движения. При этом очень быстро наступает утомление. Во второй (фазе концентрации) благодаря постепенной концентрации возбуждения и развитию дифференцировочного и запаздывающего торможения происходит улучшение координации движений, усиление стереотипности двигательных актов, устранение излишнего мышечного напряжения. В третьей (фазе стабилизации) навык закрепляется, стабилизируется, достигается высокая степень координации и стереотипности движений.

Под автоматизацией действий спортсмена понимается их выполнение без текущего контроля сознания, что основано, прежде всего, на формировании двигательного динамического стереотипа. Изменение регуляции движений при автоматизации снижает уровень рабочего напряжения организма, отдаляет наступление утомления и обеспечивает совершенство техники спортивных движений. Спортсмен может сосредоточить внимание только на важнейших моментах движения или направить все внимание на решение тактических задач.

О физиологических механизмах автоматизации сделаны различные предположения: 1) переход регуляции таких действий из коры больших полушарий в подкорковые центры; 2) выполнение движений в условиях пониженной возбудимости нервных центров, отвечающих за выполнение данного движения, то есть формирование «тормозного» барьера, изолирующего систему регуляции действий от остального регуляторного аппарата. Первая гипотеза может быть признана несостоятельной. Для подтверждения второй гипотезы экспериментальных данных недостаточно.

Соматический и вегетативный компоненты двигательного навыка и динамика их формирования. Формирование двигательного навыка сопровождается образованием временных связей в вегетативных центрах, то есть соответственно двигательному динамическому стереотипу формируется и его вегетативный компонент, что способствует наиболее эффективному обеспечению движений функциями висцеральных систем, особенно при длительных упражнениях циклического характера. Очень важно то, что соматические и вегетативные компоненты двигательного навыка формируются не одновременно. В навыках с относительно простыми движениями (бег, ходьба на лыжах) раньше формируются соматические компоненты, а в навыках со сложными движениями (гимнастика, борьба, спортивные игры) – вегетативные компоненты. После прекращения систематической тренировки двигательный навык начинает утрачиваться. Быстрее всего разрушаются наиболее сложные в координационном плане элементы соматического компонента (особенно тонкие дифференцировки). Простые элементы навыка могут сохраняться годами и даже десятилетиями. Так, человек, научившийся плавать, ездить на велосипеде, сохраняет эти навыки в простейшем варианте даже после больших перерывов. Вегетативный компонент двигательного навыка обладает большей инертностью как при его перестройке, так и после прекращения спортивной тренировки, но в отличие от соматического компонента он не сохраняется длительное время, утрачиваясь с течением времени полностью.

Физиологические основы совершенствования двигательных навыков по мере роста спортивного мастерства. Формирование двигательных навыков в процессе обучения спортивной технике происходит с помощью показа (обучение через первую сигнальную систему) и объяснения (через вторую сигнальную систему).

Роль обратных связей (сенсорных коррекций) рассмотрена выше. При повторном выполнении движений происходит их постоянное исправление, так как формирование двигательного навыка всегда является творческим процессом, поэтому дополнительная и особенно срочная информация играют значительную роль.

Постепенное усложнение техники движений основано прежде всего на том, что разучивать одновременно можно только одно движение. Весьма существенной оказывается роль подготовительных упражнений, которые способствуют в дальнейшем экстраполяции. Однако последняя действует в относительно ограниченных пределах. Большое значение имеет выполнение упражнения с помощью тренера или запрограммированного тренажера.

Многократное систематическое повторение движений обеспечивает формирование двигательного динамического стереотипа на основе оптимального использования индивидуальных особенностей двигательной памяти. Большое значение имеют число повторений движений, интервалы между ними и отдельными тренировочными занятиями.

Разносторонняя техническая подготовка препятствует сужению возможностей экстраполяции, развивает тренируемость и позволяет создавать двигательный динамический стереотип для отдельных элементов комбинаций спортивных движений. Формирование двигательного навыка должно проводиться обязательно с определенным диапазоном вариативности, так как чрезмерная стандартизация делает его менее устойчивым в реальных условиях спортивной деятельности.

Индивидуализация обучения основана на генетических особенностях, определяющих способность быстро обучаться новым движениям, большое значение имеет фонд ранее приобретенных движений, который также предопределяет необходимость индивидуального подхода.