Текст книги "Биология. Человек. 8 класс"

Высшая нервная деятельность

Под высшей нервной деятельностью (ВНД) понимают все те нервные процессы, которые лежат в основе поведения человека, обеспечивая приспособление каждого человека к быстро меняющимся и зачастую очень сложным и неблагоприятным условиям существования. Материальной основой высшей нервной деятельности является головной мозг. Именно в головной мозг стекается вся информация о том, что происходит в окружающем нас мире. На основании очень быстрого и точного анализа этой информации мозг принимает решения, которые приводят к изменениям в деятельности систем организма, обеспечивая оптимальное (наилучшее в этих условиях) взаимодействие человека с окружающей средой, поддерживая постоянство его внутренней среды.

Рефлекторная деятельность нервной системы

Мысль о том, что психическая деятельность осуществляется при участии нервной системы, возникла в глубокой древности, но каким образом это происходит, очень долго оставалось неясным. Даже сейчас нельзя сказать, что механизмы работы мозга полностью раскрыты.

Первым ученым, доказавшим участие нервной системы в формировании поведения человека, был римский врач Гален (II в. н. э.). Он обнаружил, что головной и спинной мозг связаны со всеми остальными органами с помощью нервов и что разрыв нерва, соединяющего мозг и мышцу, приводит к параличу. Гален также доказал, что при перерезании нервов, идущих от органов чувств, организм перестает воспринимать раздражители.

Зарождение физиологии мозга как науки связано с работами французского математика и философа Рене Декарта (XVII в.). Именно он заложил представления о рефлекторном принципе работы организма. Правда, сам термин «рефлекс» был предложен в XVIII в. чешским ученым И. Прохазкой. Декарт считал, что в основе деятельности мозга, как и всего организма человека, лежат те же принципы, что и в основе работы простейших механизмов: часов, мельниц, кузнечных мехов и т. п. Объясняя простые движения человека с вполне материалистических позиций, Р. Декарт признавал наличие у него души, которая управляет сложным и многообразным поведением человека.

Что же такое рефлекс? Рефлекс – это наиболее правильная, чаще всего встречающаяся реакция организма на внешние раздражители, которая осуществляется через посредство нервной системы. Например, ребенок прикоснулся рукой к горячей плите и мгновенно ощутил боль. Единственно правильное решение, которое всегда принимает мозг в этой ситуации, – отдернуть руку для того, чтобы не получить ожог.

На более высоком уровне учение о рефлекторном принципе деятельности организма было разработано великим русским физиологом Иваном Михайловичем Сеченовым (1829–1905). Главный труд его жизни – книга «Рефлексы головного мозга» – был издан в 1863 г. В нем ученый доказал, что рефлекс – это универсальная форма взаимодействия организма со средой, т. е. рефлекторный характер имеют не только непроизвольные, но и произвольные – сознательные движения. Они начинаются с раздражения каких-либо органов чувств и продолжаются в мозге в виде определенных нервных явлений, приводящих к запуску программ поведения. И. М. Сеченовым были впервые описаны тормозные процессы, развивающиеся в ЦНС. У лягушки с разрушенными большими полушариями мозга ученый исследовал реакцию на раздражение задней лапки раствором кислоты: в ответ на болевой стимул лапка сгибалась. Сеченов обнаружил, что, если в эксперименте предварительно приложить к поверхности среднего мозга кристаллик соли, время до ответной реакции увеличится. На основании этого он заключил, что рефлексы могут быть заторможены какими-то сильными воздействиями. Очень важным заключением, сделанным учеными в конце XIX – начале XX в., был вывод о том, что любая ответная реакция организма на раздражитель всегда выражается движением. Любое ощущение, осознанно или неосознанно, сопровождается ответной двигательной реакцией. Кстати сказать, именно на том, что любой рефлекс заканчивается сокращением или расслаблением мышц (т. е. движением), и основана работа детекторов лжи, улавливающих мельчайшие, неосознанные движения взволнованного, встревоженного человека.

Предположения и выводы И. М. Сеченова были для своего времени революционными, и далеко не все ученые в то время сразу их поняли и приняли. Экспериментальные доказательства истинности идей И. М. Сеченова были получены великим русским физиологом Иваном Петровичем Павловым (1849–1936). Именно он ввел в научный язык термин «высшая нервная деятельность». Он считал, что высшая нервная деятельность равнозначна понятию «психическая деятельность».

Действительно, обе науки – физиология ВНД и психология изучают деятельность мозга; их объединяет и ряд общих методов исследования. Вместе с тем физиология ВНД и психология исследуют разные стороны работы мозга: физиология ВНД – механизмы деятельности всего мозга, его отдельных структур и нейронов, связи между структурами и их влияние друг на друга, а также механизмы поведения; психология — результаты работы ЦНС, проявляющиеся в виде образов, идей, представлений и других психических проявлений. Научные исследования психологов и физиологов ВНД всегда были взаимозависимы. В последние десятилетия даже возникла новая наука – психофизиология, основной задачей которой является изучение физиологических основ психической деятельности.

Все рефлексы, возникающие в организме животного или человека, И. П. Павлов подразделил на безусловные и условные.

БЕЗУСЛОВНЫЕ РЕФЛЕКСЫ. Безусловные рефлексы обеспечивают приспособление организма к постоянным условиям среды. Иначе говоря, это реакция организма на строго определенные внешние раздражители. Все животные одного вида обладают сходным набором безусловных рефлексов. Поэтому безусловные рефлексы относят к видовым признакам.

И. П. Павлов

Таблица. Сравнение безусловных и условных рефлексов

Примером безусловных рефлексов может служить возникновение кашля при попадании инородных тел в дыхательные пути, отдергивание руки при уколе о шипы розы.

Уже у новорожденного ребенка наблюдаются безусловные рефлексы. Это и понятно, ведь без них жить невозможно, а обучаться некогда: дышать, питаться, уклоняться от опасных воздействий необходимо с первых же мгновений жизни. Одним из важных рефлексов новорожденных является рефлекс сосания – пищевой безусловный рефлекс. Примером защитного безусловного рефлекса служит сужение зрачка при ярком свете.

Особенно важна роль безусловных рефлексов в жизни тех существ, чье существование длится всего несколько дней, а то и всего-то один день. Например, самка одного из видов крупных одиночных ос появляется из куколки весной и живет только несколько недель. За это время она должна успеть встретиться с самцом, поймать добычу (паука), выкопать норку, затащить паука в норку, отложить яйца. Все эти действия она проделывает несколько раз в течение жизни. Оса выходит из куколки уже «взрослой» и сразу же готова к выполнению своей деятельности. Это не значит, что она не способна к обучению. Она, например, может и должна запомнить место расположения своей норки.

Более сложные формы поведения – инстинкты — представляют собой цепочку последовательно связанных друг с другом рефлекторных реакций, которые следуют одна за другой. Здесь каждая отдельная реакция служит сигналом для по следующей. Наличие такой цепочки рефлексов позволяет организмам приспосабливаться к той или иной ситуации, окружающей среде.

Рефлексы новорожденных и грудных детей. А – выгибание туловища в сторону спины, противодействующее силе тяжести; Б – рефлекс ползания, вызванный раздражением подошвы стопы; В – поворот головы набок при ее падении

Ярким примером инстинктивной деятельности может служить поведение муравьев, пчел, птиц при постройке гнезда и т. д.

У высокоорганизованных позвоночных животных ситуация иная. Например, волчонок рождается слепым и совершенно беспомощным. Конечно, при рождении у него присутствует ряд безусловных рефлексов, но их недостаточно для полноценной жизни. Для того чтобы приспособиться к существованию в постоянно меняющихся условиях, необходима выработка широкого набора условных рефлексов. Условные рефлексы, вырабатываясь в качестве надстройки над врожденными рефлексами, во много раз повышают шансы организма выжить.

УСЛОВНЫЕ РЕФЛЕКСЫ. Условные рефлексы — это приобретенные в течение жизни каждого человека или животного реакции, с помощью которых происходит приспособление организма к меняющимся воздействиям среды. Для образования условного рефлекса необходимо наличие 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 по времени безусловное подкрепление. Обычно условный рефлекс вырабатывается после нескольких сочетаний условного и безусловного раздражителей, но в некоторых случаях достаточно одного предъявления условного и безусловного раздражителей, чтобы образовался условный рефлекс.

Например, если несколько раз включать свет лампочки перед тем, как давать собаке пищу, то, начиная с какого-то момента, собака будет подходить к кормушке и выделять слюну каждый раз при включении света еще до того, как ей будет предъявлена пища. Здесь свет становится условным раздражителем, сигнализирующим о том, что организм должен приготовиться к безусловнорефлекторной пищевой реакции. Между стимулом (светом лампочки) и пищевой реакцией формируется временная функциональная связь. Условный рефлекс вырабатывается в процессе обучения, причем связь между сенсорной (в нашем случае – зрительной) системой и эффекторными органами, обеспечивающими реализацию пищевого рефлекса, формируется на основе совмещения условного стимула и безусловного подкрепления его пищей.

Итак, для успешной выработки условного рефлекса обязательно соблюдение трех условий. Во-первых, условный раздражитель (в нашем примере – свет) должен предшествовать безусловному подкреплению (в нашем примере – пища). Во-вторых, биологическая значимость условного раздражителя должна быть меньшей, чем безусловного подкрепления. Например, для самки любого млекопитающего крик ее детеныша является заведомо более сильным раздражителем, чем пищевое подкрепление. В-третьих, сила как условного, так и безусловного раздражителей должна иметь определенную величину (закон силы), так как очень слабые и очень сильные раздражители не приводят к выработке стабильного условного рефлекса.

Выработка условного рефлекса по И. П. Павлову. А – безусловный слюноотделительный рефлекс, Б – ориентировочный рефлекс, В – выработка условного слюноотделительного рефлекса на свет лампочки, Г – проявление условного рефлекса. 1 – рецепторы языка, 2 – слюноотделительный центр головного мозга, 3 – слюнная железа, 4 – рецепторы глаза, 5 – зрительные нервы. П – пища, П₁ – пищевой центр коры больших полушарий мозга, Л – лампочка, Л₁ – зрительная зона коры полушарий большого мозга, воспринимающая свет лампочки

Условным раздражителем может служить любое событие, произошедшее в жизни человека или животного, которое несколько раз совпало с действием подкрепления.

Мозг, способный к выработке условных рефлексов, рассматривает условные раздражители в качестве сигналов, свидетельствующих о скором появлении подкрепления. Так, животное, обладающее только безусловными рефлексами, может есть только ту пищу, на которую оно случайно наткнулось. Животное же, способное к выработке условных рефлексов, связывает ранее безразличный запах или звук с наличием поблизости пищи. И эти раздражители становятся подсказкой, которая заставляет его более активно искать добычу. Например, голуби могут спокойно сидеть на карнизах и подоконниках какой-то архитектурной достопримечательности, но как только к ним приблизится автобус с туристами, птицы тут же начнут опускаться на землю, ожидая, что их покормят. Таким образом, вид автобуса, и особенно туристов, является для голубей условным раздражителем, говорящим о том, что надо занимать место поудобнее и начинать биться с соперниками за еду.

В результате животное, способное к быстрой выработке условных рефлексов, будет более успешно добывать пищу, чем то, которое живет, пользуясь лишь набором врожденных безусловных рефлексов.

ТОРМОЖЕНИЕ. Если безусловные рефлексы практически не тормозятся в течение жизни, то выработанные условные рефлексы могут терять свое значение при изменении условий существования организма. Угасание условных рефлексов называют торможением.

Различают внешнее и внутреннее торможение условных рефлексов. Если под действием нового сильного внешнего раздражителя в мозге возникает очаг сильного возбуждения, то ранее выработанная условнорефлекторная связь не срабатывает. Например, пищевой условный рефлекс у собаки тормозится при сильном шуме, испуге, действии на нее болевого раздражителя и т. д. Такой вид торможения называют внешним. Если же выработанный на звонок рефлекс слюноотделения не подкреплять кормлением, то постепенно звук перестает выполнять роль условного раздражителя; рефлекс начнет угасать и вскоре затормозится. Временная связь между двумя центрами возбуждения в коре разрушится. Такой вид торможения условных рефлексов носит название внутреннего.

НАВЫКИ. В самостоятельную категорию условных рефлексов выделяют вырабатываемые в течение жизни двигательные условные рефлексы, т. е. навыки, или автоматизированные действия. Человек обучается ходить, плавать, кататься на велосипеде, печатать на клавиатуре компьютера. Обучение требует времени и упорства. Однако постепенно, когда навыки уже закрепились, они выполняются автоматически, без контроля сознания.

За свою жизнь человек овладевает многими специальными двигательными навыками, связанными с его профессией (работа на станке, управление автомобилем, игра на музыкальном инструменте).

Владение навыками полезно для человека, потому что экономит время и энергию. Сознание и мышление освобождаются от контроля за операциями, которые автоматизировались и стали навыками в повседневной жизни.

Схема безусловного торможения условного рефлекса. А – проявление условного рефлекса, Б – возникновение сильного возбуждения в слуховой зоне коры полушарий большого мозга, В – торможение условного слюноотделительного рефлекса. 1 – слуховая область коры, 2 – слюноотделительный центр головного мозга, 3 – слюнная железа, 4 – рецепторы глаза, 5 – зрительные нервы. П₁ – пищевой центр коры больших полушарий мозга, Л₁ – зрительная зона коры полушарий большого мозга

Работы А. А. Ухтомского и П. К. Анохина

В каждый момент жизни на человека действует множество внешних и внутренних раздражителей – одни из них очень важны, а другими в данный момент можно и пренебречь. Ведь организм не может обеспечить одновременную реализацию многих рефлексов. Не стоит даже пробовать удовлетворить потребность в пище в то время, когда убегаешь от собаки. Надо выбирать что-то одно. По мнению великого русского физиолога А. А. Ухтомского, в мозге временно господствует какой-то один очаг возбуждения, в результате чего обеспечивается выполнение одного жизненно важного в данный момент рефлекса. Этот очаг возбуждения А. А. Ухтомский назвал доминантой (от лат. «доминанс» – господствующий). Доминанты постоянно сменяют друг друга по мере удовлетворения главных в какой-то момент потребностей и возникновения новых. Если потребность в пище после плотного обеда миновала, может возникнуть потребность в сне, и в мозге возникнет совсем другая доминанта, направленная на поиски дивана и подушки. Доминантный очаг тормозит работу соседних нервных центров и как бы подчиняет их себе: когда хочется есть, обоняние и вкус обостряются, а когда хочется спать – чувствительность органов чувств ослабевает. Доминанта лежит в основе таких психических процессов, как внимание, воля, и делает поведение человека активным и избирательно направленным на удовлетворение наиболее важных потребностей.

Так как организм животного или человека не может одновременно полноценно реагировать на несколько разных стимулов, то приходится устанавливать что-то вроде «очереди». Академик П. К. Анохин считал, что для того, чтобы удовлетворить самую важную на данный момент потребность, различные системы и органы объединяются в так называемую «функциональную систему», состоящую из многих чувствительных и рабочих звеньев. Эта функциональная система «работает» до тех пор, пока не достигнут желаемый результат. Например, испытывая чувство голода, человек насытился. Теперь те же системы, которые участвовали в поиске, добыче, поглощении пищи, могут объединиться в иную функциональную систему и участвовать в удовлетворении иных потребностей.

Иногда выработанные ранее условные рефлексы сохраняются долго, даже если не получают больше безусловного подкрепления.

• В английской кавалерии середины XIX в. лошадей годами учили ходить в атаку сомкнутым строем. Даже если всадник был выбит из седла, его конь должен был скакать в общем строю бок о бок с другими лошадьми и вместе с ними делать разворот. Во время Крымской войны в одной из атак кавалерийская часть понесла очень большие потери. Но оставшаяся в живых часть лошадей, развернувшись и поддерживая по возможности строй, вышла на исходную позицию, спасая тех немногих раненых кавалеристов, которые смогли удержаться в седлах. В знак благодарности этих лошадей отправили из Крыма в Англию и содержали там в прекрасных условиях, не заставляя ходить под седлом. Но каждое утро, как только открывались двери конюшни, лошади выбегали на поле и строились в ряд. Затем лидер табуна подавал знак ржанием, и шеренга лошадей устремлялась в полном порядке через все поле. У края поля шеренга разворачивалась и в том же порядке возвращалась к конюшне. И это повторялось изо дня в день… Это пример условного рефлекса, который сохранялся длительное время без безусловного подкрепления.

Проверьте свои знания

1. Каковы заслуги И. М. Сеченова и И. П. Павлова в развитии учения о высшей нервной деятельности?

2. Что такое безусловный рефлекс?

3. Какие безусловные рефлексы вы знаете?

4. Что лежит в основе врожденной формы поведения?

5. Чем условный рефлекс отличается от безусловного?

6. Что такое инстинкт?

7. Какие условия необходимы для выработки условного рефлекса?

8. Какие формы поведения можно отнести к приобретенным?

9. Почему условный рефлекс может со временем угаснуть?

10. В чем суть условного торможения?

11. Выполните задание № 199 на с. 132 (Рабочая тетрадь).

12. Выполните задание № 203 на с. 133 (Рабочая тетрадь).

Подумайте

В результате чего условный рефлекс угасает? В чем биологический смысл этого явления?

Работа с компьютером

Обратитесь к диску. Изучите материал урока и выполните предложенные задания.

Интернет-ссылка.

http://medicinform.net/human/fisiology8.htm (Высшая нервная деятельность)

В основе нервной деятельности лежит рефлекс. Различают врожденное и приобретенное поведение. Их основу составляют безусловные и условные рефлексы. Сложной формой приобретенного поведения является рассудочная деятельность, это начало мышления. Условные рефлексы могут угаснуть. Различают безусловное и условное торможение.

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 возбуждающие влияния идут к неспецифическим ядрам таламуса, а от них – ко всем структурам переднего мозга: таламусу, гипоталамусу, большим полушариям и их коре. Если возбудительные нервные влияния от ретикулярной формации прерваны в результате болезни или травмы, то человек погружается в патологический сон, из которого его иногда очень трудно вывести.

Изменение электроэнцефалограммы человека при развитии сна: а – бодрствование, б – сонливость, в – поверхностный сон, г – глубокий сон, д – медленный сон, е – парадоксальный сон

Сон — специфическое состояние мозга и всего организма в целом, характеризующееся расслаблением мышц, слабой реакцией на внешние раздражители и рядом других признаков.

Соотношение между размером тела животных и временем, необходимым им для сна

Спать абсолютно необходимо. Если по какой-то причине человек лишен сна, то в работе мозга довольно быстро начинаются нарушения, которые даже могут привести к гибели человека. Одним из главных веществ, вызывающих сон, является серотонин, вырабатываемый нейронами центральной части среднего мозга. Если разрушить эту область и уменьшить содержание серотонина в мозге, то человек лишается возможности спать.

При регистрации электрических сигналов мозга на электроэнцефалограмме (ЭЭГ) можно заметить, что период сна не однороден, а разбивается на несколько циклов, повторяющихся приблизительно каждые 90 мин. В течение полного цикла фаза медленноволнового (ортодоксального) сна – меняется 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 наблюдаются 4–6 полных циклов.

В мире животных существует следующая закономерность: чем меньше животное, тем больше оно спит. Землеройки, мыши, кошки спят большую часть своей жизни, а вот слоны, жирафы, крупные антилопы спят совсем немного. Тем не менее спать должны все. Отсутствие сна приводит к смерти гораздо быстрее, чем лишение пищи.

Сколько же должен спать человек? До четырех лет большинство детей спят по 12 ч, а вот взрослому человеку в среднем необходимо спать ночью 8 ч, хотя есть люди, которым мало и 10 ч. В то же время император Наполеон спал не более 2–3 ч в сутки. Известны случаи, когда люди, переболев гриппом или пострадав от электротравмы, лишаются способности спать. Самое удивительное, что это происходит без видимых вредных последствий для организма. До сих пор не совсем понятно, что делает сон столь необходимым для нормальных людей. По-видимому, во время сна происходит восстановление нейронов, поврежденных во время интенсивной деятельности в состоянии бодрствования. Кроме того, во время сна осуществляется выработка и доставка к месту использования различных химических веществ.

Иногда в коре полушарий большого мозга остаются незаторможенными целые участки – это «сторожевые пункты». Благодаря им человек может просыпаться в назначенный час, а мать во сне среди различных звуков услышит крик своего ребенка.

Очень важно, чтобы сон был крепким, полноценным. Для этого соблюдают гигиену сна. Правила ее очень просты. Ложиться и вставать нужно в одно и то же время; спать в проветренном, прохладном помещении; свет и радио следует выключить; матрац не должен быть слишком мягким, а подушка – высокой.

Вопрос, на который также пока нет ответа: зачем нужны сновидения? По одной теории, во время сновидений происходит пересортировка информации, полученной в период бодрствования, и решается вопрос, что помнить, а что забыть. А вот психолог З. Фрейд предположил, что в снах выражаются те идеи и побуждения, которые во время бодрствования скрыты в подсознании человека.

Проверьте свои знания

1. Каково значение сна?

2. Кто научно обосновал природу сна?

3. Что происходит в организме во время сна?

4. Какие этапы можно выделить во время сна?

5. Чем характеризуются «медленный» и «быстрый» сон?

6. Что такое сновидения?

7. Все ли люди видят сны?

8. Что такое «сторожевые пункты» коры полушарий?

9. Какова потребность во сне у подростков?

10. Выполните задание № 206 на с. 134 (Рабочая тетрадь).

11. Выберите правильный ответ. Тесты на с. 89–92, вариант 1 (Тестовые задания).

Подумайте

1. В чем биологический смысл пословицы «Утро вечера мудренее»?

2. Почему И. М. Сеченов назвал сновидения «различными комбинациями пережитых впечатлений»?

Работа с компьютером

Обратитесь к диску. Изучите материал урока и выполните предложенные задания.

Интернет-ссылка.

http://medicinform.net/human/fisiology8_6.htm (Физиология сна)

Сон – это специфическое состояние мозга и всего организма в целом, характеризующееся расслаблением мышц, слабой реакцией на внешние раздражители и рядом других признаков. Во время сна нервные клетки отдыхают и восстанавливают свою работоспособность. Период сна состоит из нескольких циклов, продолжительностью каждый около 90 минут. В течение цикла медленноволновой сон сменяется быстроволновым.