Мальцев-Ганичев Николай
Валентина-Иван:
Перевод-соответствие средству письменности для незрячих читателей-пользователей: «Санкт-Петербургское государственное бюджетное учреждение культуры «Государственная специальная центральная библиотека для слепых и слабовидящих»: «ПСИХОФИЗИЧЕСКИЙ ОРГАНИЗМ», Санкт-Петербург, 2022:
Психофизический организм / Веселов С. М. - А.; Мальцев-Ганичев Н. В. – Н.; Тюлькин Е. М. – В. – Санкт-Петербург: Санкт-Петербургская государственная специальная центральная библиотека для слепых и слабовидящих, 2022. – 55 бр. л. Редактор по Брайлю: Тригуб В. Н. ISBN 978-5-91843-695-0.
Веселов Сергей Мария-Анатолий
Мальцев-Ганичев Николай Валентина-Иван
Тюлькин Евгений Татьяна-Виктор
ПСИХОФИЗИЧЕСКИЙ ОРГАНИЗМ
ВВЕДЕНИЕ
Психофизический организм – это живое существо, которому у меня соответствует ориентационная модель: некоторое физическое тело, которому я приписываю психическую деятельность. Дело в том, что сам себя я считаю одним из живых психофизических организмов. Следовательно, если я обнаружил, что все рецепторы психофизического организма находятся за защитными структурами, то и мои рецепторы не имеют контакта с внешней средой. Внешняя среда мне чувственно не дана, чувственно неизвестна. И с чем же я имею дело? Живые существа – люди – это просто мои ориентационные модели? А моя мать и мой отец? Покойные ныне. Они моя иллюзия, если они мои ориентационные модели, то их создал я? Это именно так. Но моя мать и мой отец – это не то, что я воображаю по их поводу. В действительности и моя мать, и мой отец так и остались для меня загадкой. Но и загадке-мать, и загадке-отец соответствуют у меня две ориентационные модели. Они (отец и мать) мне были известны в той мере, сколь адекватно я создал эти две мои ориентационные модели.
Некто Левик Ю. С. и его соавтор Гурфинкель В. С. – это тоже для меня загадки. Для меня важно то, что, согласно моей версии того и другого, которые я сформировал, поработав над собой с учебниками «Психофизиология» под редакцией Ю. И. Александрова трех изданий: 3-его – 2006; 4-ого – 2021; 5-ого – 2022, моя интегральная версия ориентации аналогична моей версии интегральной схеме ориентации данных авторов. Автором главы 5 этого учебника 5-ого издания является, если поверить работникам издательства «Питер» и типографии АО «Первая образцовая типография», филиал «Чеховский Печатный Двор», Левик Ю. С.
Поэтому я добросовестно изготовил соответствие страницам 99-116 5-ого издания, соответственно которым есть глава 5.
Если сравнить публикацию под моим авторством в «Морском журнале» №1 2006 года на странице 65, то можно сделать вывод о сходности наших систем ориентации в отношении живых организмов. Изготовлю соответствие части публикации: «Следовательно, то, что мы видим и осязаем как мир предметов, объектов, физических тел и явлений вне нас, есть на самом деле смонтированный нашей нервной системой на до-сознательном уровне «видеоклип», а потому сознанием он воспринимается как вне нас существующая реальность. Эта псевдо-реальность, образно выражаясь, также относится к реальности, как карта местности к самой местности.».
Теперь комментарий. Каждый видит свое. «Следовательно, то, что я вижу и осязаю как мир предметов, объектов, физических тел и явлений вне меня, есть на самом деле смонтированный моей нервной системой на до-сознательном уровне «видеоклип», а потому мое сознание считает его вне меня существующей реальностью. Эта псевдо-реальность, образно выражаясь, так относится к реальности, как карта местности к самой местности». Прошло 16 лет. Практически я полностью контролирую свои структуры, обеспечивающие мне программы-автоматизмы лексики. Что не характерно для Левик Ю. С., хотя я считаю его одним из лучших авторов-исследователей.
О РЕЗУЛЬТАТАХ ИССЛЕДОВАНИЙ ФИЗИКОВ
Физик-исследователь – это также психофизический организм. Если установлено, что все рецепторы психофизического организма находятся за защитными структурами, то чувственно организм не имеет дело с внешним миром. То, что он может считать внешним миром, что действует на его рецепторы, - это есть его внутренний мир. «Эта ситуация на наш взгляд, определяется следующим: так еще не уточнены основные категории – что воспринимается, каким образом и зачем» (Бехтель Э. Е., Бехтель А. Э. Контекстуальное опознание. – СПб.: Питер, 2005, с. 8). «Наиболее демонстративный пример – орган зрения, где рецепторные элементы (палочки и колбочки) находятся в последнем слое сетчатки, да еще и повернуты в обратную от светового потока сторону» (с. 321, там же). Можно считать установленным, что живой психофизический организм создает ощущения, визуальные и иные модели в себе и для себя. Любой исследователь-физик исключением не является, теоретик-физик – также. Замечу: не потому ли у них исследованием природы занимается физика? Даже имеет точку зрения (интересно, где у нее зрение? Или у нее только точка зрения без самого зрения?). У них, правда, еще и явления изучаются, т.е. явления изучают сами себя. Собственно, ни физики, ни лирики не замечают у себя академического недоумия или академического маразма. Если 99, 99 процентов в маразме, недоумии или слабоумии, то всего этого как бы и нет. Это просто норма развития такая.
Конечно, физики-техники сделали много выдающегося, практически, как правило, вопреки теоретикам.
Ядерные энергетические установки работают (ЯЭУ), хотя энергию нельзя произвести, передать и получить. В электрической розетке (бытовом разъеме, куда вставляют так называемую вилку) есть два металлических предмета в виде пластин, в которые нужно упереть рабочие части вилки. Эти пластины изменяют свои состояния соответственно изменению состояний металлических проводов. Пока доподлинно физики-электротехники не знают, что там в проводах происходит, но при подключении исправного электродвигателя вал его начинает вращаться, при подключении исправного светильника определенная его часть так начинает менять свои состояния, что возмущает стеклянную колбу, а она возмущает часть среды в контакте так, что система зрения оказывается способной создать в организме свет, т.е. определенное зрительное ощущение. С помощью зрения, регистрируя область своей среды обитания, кретин обыкновенный считает, что распространяется его ощущение – свет, на том основании, что он его производит в себе и для себя во всей области среды, когда в ней перемещается. И мне не смешно, а грустно.
Первоначально исследователи явлений не имели тех технических средств, с помощью которых каждый из них вооружал бы свои органы чувств, создавая более адекватные ориентационные модели, чем те, что он создавал с помощью невооруженных органов чувств, чтобы выжить, приспосабливая себя к условиям среды обитания. Яркие примеры: Галилео Галилей, сделав телескоп, обнаружил, что Млечный Путь – это звезды, которые не регистрируемы невооруженным зрением; Роберт Гук усовершенствовал микроскоп и открыл, что живые организмы имеют клеточную структуру; потом с помощью микроскопа открыли микроорганизмы. Движение мельчайших частиц в жидкости (Броуновское движение) также было открыто с помощью микроскопа. Было открыто, что среда обитания человеческих существ – это воздушная среда – атмосфера. С помощью поршневого насоса было открыто то, что на поверхностные слои тел, находящихся в атмосфере, воздушная среда оказывает давление. Торричелли изобрел ртутный манометр для измерения атмосферного давления. Люди наблюдали тела во взаимодействиях, но не понимали, что взаимодействия осуществляются с помощью частиц, из которых эти тела состоят. Находясь в непрерывном движении, частицы своими полями действуют друг на друга. Состояния движения частиц определяет результаты взаимодействия того, чему соответствуют ориентационные модели человеческого существа – физические тела.
«Трение осуществляется в отдельных точках (пятнах) контакта двух тел вследствие неоднородности геометрических очертаний поверхностей реальных твердых тел, поэтому принято рассматривать три площадки контакта – контурную, номинальную и фактическую. Под фактической (истинной) площадью понимается такая, в пределах которой атомы одной поверхности находятся внутри полей отталкивания другой: это единственный механизм, посредством которого атомы «несут» нагрузку [88]» (Щавелин В.М., Сарычев Г. А. Акустический контроль узлов трения ЯУЭ. – М.,: Энергоатомиздат, 1988 с. 7) (88 – Тейбор Д. Современное состояние представлений о механизме трения // Проблемы трения и смазки, 1981. Т. 103, №2. С. 1 – 19). «Явления трения, изнашивания и смазочного действия осложняются еще и тем, что основные процессы происходят в тонких поверхностных слоях, о свойствах которых еще нет цельного представления [44]» (Ишлинский А. Ю., Алексеев Н. М., Блюмен А. В. и др. //Трение и износ 1986. Т. 7, №4. С. 305 – 309). «Вследствие малости пятен реального контакта каждый контакт существует непродолжительное время: так при скорости скольжения 1 м/с время, в течение которого осуществляется контакт, составляет 10 в минус 5-ой степени – 10 в минус 7-ой степени с. За это время в контакте выделяется значительная энергия. Теоретически и экспериментально показано что температура на таких пятнах контакта может достигать 800 – 1000 градусов Цельсия. Продолжительность действия этих температурных пиков имеет порядок 10 в минус 3-й степени с, длительность переходного периода от нагрева к охлаждению и наоборот на пятне контакта составляет 0, 1 – 1, 0 мс [101]» (с. 10) «Существует модель, развиваемая Тиссеном с сотрудниками, согласно которой принимаются следующие гипотезы, подтверждаемые экспериментально [76].
1. При фрикционном взаимодействии тел некоторые элементы структуры за короткий промежуток времени поглощают так много энергии, что валентные электроны отрываются и образуются ионы, а состояние вещества переходит в плазменное.
2. На пятнах контакта вещество в течение некоторого времени находится во всех четырех агрегатных состояниях (твердом, жидком, газообразном и плазменном).
3. Пятна контакта малы и существуют столь кратковременно, что такие понятия как параметры состояния, равновесия и т.п., в этих условиях оказываются неприменимыми.
4. Благодаря мгновенной локализации энергии на пятнах контакта в материале происходят такие физические и химические процессы, которые не согласуются с законами классической физики.
Наличие термических пиков, динамический характер образования фактического пятна контакта, большие контактные нагрузки и короткое время его существования порождают специфические явления при трении, такие как экзоэлектронная эмиссия, люминиссценция, возникновение электромагнитного и акустического излучения [6, 7, 35, 76, 84] (c. 10 – 11).
КОММЕНТАРИИ:
В зонах пятен контактов поверхностных слоев контактирующие области изменяют свои агрегатно-структурные состояния. Модели и представления, соответствующие этим процессам, не существуют сами по себе. У каждого исследователя свои ориентационные модели, свои понятия и представления.
Согласно моим согласованным с моими версиями представлений, понятий, ориентационных моделей, соответствующих сотрудникам нашего коллектива, физические величины не являются самостоятельными участниками событий физического мира. «Под фактической (истинной) площадью контакта понимается…» - не может фактическая площадь контакта понимать себя, следовательно, автор Г. А. Сарычев, согласно моей версии, считает, что есть определенная группа ученых-исследователей, каждый член которой согласовал свои схемы ориентации с собственными версиями каждого из этой группы, что условно он может считать: «Под фактической (истинной) площадью контакта понимают такую, в пределах которой …».
Читатель-пользователь в любом случае, условно, считаю я, переводит то, что получает при пользовании-прочтении, с собственной версии чужой лексики на свою персональную лексику. Воображать он может что угодно, как, например, при говорении, пользуясь своим артикуляционным аппаратом, в частности языком – мышечным органом, он может воображать, что пользуется каким-то русским языком, английским языком, латынью.
ПСИХОФИЗИОЛОГИЯ
ГЛАВА 5
УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЯМИ
5.0. Введение.
5.1. Общие сведения о нервно-мышечной системе.
5.2. Проприоцепция.
5.3. Центральные аппараты управления движениями.
5.4. Двигательные программы.
5.5. Координация движений.
5.6. Выработка двигательных навыков.
5.7. Схема тела и система внутреннего представления.
5.00. Дополнительная литература.
Движения (включая речь и письмо) – главное средство взаимодействия организма человека с окружением. В этом взаимодействии рефлекторные ответы, побуждаемые стимулами внешней среды, составляют лишь часть двигательной активности; другая ее часть – это активность, инициируемая «изнутри». Мозг не просто отвечает на стимулы, поступающие извне, он находится в постоянном диалоге со средой, причем инициатива в нем принадлежит именно мозгу. Вопрос в том, как организован диалог между центральной нервной системой и внешним миром, занимал и продолжает занимать представителей разных наук. Можно с уверенностью сказать, что этот вопрос является главным и для психологии.
5.1. Общие сведения о нервно-мышечной системе
Понять принципы работы системы управления невозможно, не зная особенностей строения объекта управления. Применительно к движениям животных и человека объектом управления является опорно-двигательный аппарат. Своеобразие скелетно-мышечной системы заключается в том, что она состоит из большого количества звеньев, подвижно соединенных в суставах, которые допускают поворот одного звена относительно другого. Суставы позволяют звеньям поворачиваться относительно одной, двух или трех осей, т.е. они обладают двумя или тремя степенями свободы. Общее число степеней свободы скелета человека превышает 200.
Скелетные мышцы представляют собой очень своеобразные двигатели, которые преобразуют химическую энергию непосредственно в механическую работу и теплоту. В связи с особенностями молекулярных механизмов сокращения, которые сейчас довольно хорошо известны, развитие силы автоматически сопровождается изменениями упругости и вязкости мышечного волокна.
Кроме того, напряжение мышечного волокна зависит от его длины (угла в суставе) и скорости его удлинения или укорочения. Сложность управления движениями в суставах с помощью мышц связана еще и с тем, что на каждую степень свободы часто приходится больше одной пары мышц. При этом многие из мышц являются двух суставными, т.е. действуют они не на один, а на два сустава. Именно поэтому, например, изолированное сгибание пальцев руки невозможно без одновременной активации разгибателей кисти, препятствующих действию сгибателей пальцев в лучезапястном сочленении.
Как же нервная система управляет мышцей? Мотонейрон (один двигательный нейрон) иннервирует не всю мышцу, а лишь небольшую часть составляющих ее волокон. Эти волокна не обязательно соседствуют друг с другом, они рассредоточены по мышце, и между ними, как правило, расположены волокна, управляемые другими нейронами.
Мотонейрон и группа иннервируемых и мышечных волокон образуют двигательную единицу (ДЕ).
В ДЕ может входить от 10-15 ( в наружных глазных мышцах, управляющих направлением взора) до многих сотен мышечных волокон в крупных мышцах конечностей. Мелкие мышцы кисти могут насчитывать всего 30-40 ДЕ, а в двуглавой мышце плеча боле 700 ДЕ. Силу мышцы можно увеличить двумя способами:
• повышением частоты нервных импульсов, поступающих к каждой ДЕ;
• вовлечением новых двигательных единиц (рекрутированием).
Двигательные единицы одной мышцы неодинаковы. В зависимости от скорости сокращения и устойчивости к утомлению различают медленные (S) и быстрые (F) двигательные единицы, которые, в свою очередь, подразделяются на устойчивые к утомлению (FR) и быстро утомляемые (FF). Порядок рекрутирования ДЕ в обычных условиях определяется размерами их нейронов. Первыми вовлекаются мотонейроны меньших размеров, т.е. активируются медленные ДЕ, развивающие небольшую силу. При увеличении уровня возбуждения рекрутируются быстрые ДЕ, развивающие большую силу. Все это дает возможность очень точной дозировки двигательного ответа, но одновременно усложняет управление.
5.2. Проприоцепция
Для успешного выполнения движений необходимо, чтобы управляющие этими движениями центры в любой момент времени располагали информацией о положении звеньев тела в пространстве и о том, как протекает движение. В то же время сами движения являются мощными средствами получения сведений об окружающем мире. Некоторые виды сенсорной информации, например осязательная (гаптическое чувство) и зрительная, вообще могут быть получены только посредством определенных движений (соответственно кисти и пальцев или глаз). Таким образом, связь между сенсорной и моторикой очень тесна. По образному выражению Н. А. Бернштейна, «в организме все моторы осенсорены, а сенсоры омоторены».
Особое значение для управления движениями имеют сигналы двух типов мышечных рецепторов – мышечных веретен и сухожильных органов Гольджи. В каждой мышце человека можно встретить группы более тонких и коротких, чем остальные, мышечных волокон, заключенных в образованную соединительную тканью капсулу длиной в несколько миллиметров и толщиной в несколько десятков микрон. Из-за своей формы эти образования получили название «мышечные веретена», а заключенные в капсулу мышечные волокна называются интрафузальными (внутриверетенными).
Мышечные веретена - это сложные образования, имеющие как афферентную, так и эфферентную иннервацию. Толстые афферентное волокно группы 1а, проникая вовнутрь капсулы веретена, ветвится, и его окончания обвивают в виде спиралей центральную часть интрафузальных волокон. Эти окончания называют первичными. Многие веретена иннервируются также одним или несколькими более тонкими волокнами группы ll, окончания которых располагаются к периферии от первичных окончаний и называются вторичными окончаниями.
Оба типа окончаний чувствительны к механическим деформациям и активируются при растяжении мышцы. При этом частота импульсов, поступающих в мозг от первичных окончаний, зависит от амплитуды и скорости растяжения, а вторичные окончания чувствительны лишь к величине растяжения. Чувствительность афферентов 1а и ll может регулироваться путем изменения жесткости интрафузальных мышечных волокон. Такие изменения происходят под влиянием тонких (группа у) эфферентных двигательных волокон, идущих к веретену и являющихся аксонами гамма-мотонейронов. Различают два вида гамма-волокон, которые могут изменять чувствительность афферентов к величине растяжения и скорости независимо (соответственно гамма-статические и гамма-динамические волокна).
В отличие от веретен, расположенных параллельно мышечным волокнам, сухожильные органы Гольджи располагаются последовательно в месте перехода мышечных волокон в сухожилие. Эти рецепторы являются специализированными окончаниями толстых афферентных волокон первой группы (lb), и частота их разрядов пропорциональна развиваемой мышцей силе.
В суставных капсулах, внутрисуставных и внесуставных связках имеются рецепторы типа Руффини, активирующиеся при движениях в суставе, главным образом вблизи его крайних положениях. В мышце также очень много свободных нервных окончаний. Все перечисленные ранее типы рецепторов обеспечивают так называемую внутрисуставную чувствительность, снабжая ЦНС информацией о состоянии опорно-двигательного аппарата. Информацию о состоянии собственного тела могут давать также и другие виды рецепторов, формально не относящихся к проприоцептивным (рецепторы глубокой чувствительности, кожные рецепторы в области суставов и т.д.).
5.3. Центральные аппараты управления движениями
У животных спинной мозг может осуществлять довольно обширный класс функций, вплоть до спинального шагания (Ч. Шеррингтон), однако у человека на спинальном уровне протекают лишь простейшие координации (реципрокное торможение мышечных антагонистов, сгибательный рефлекс и др.). Нервные механизмы ствола мозга существенно обогащают двигательный репертуар, обеспечивая правильную установку тела в пространстве за счет шейных и лабиринтных рефлексов и нормального распределения мышечного тонуса. Важная роль в координации движений принадлежит мозжечку. Такие качества движения, как плавность, точность и необходимая сила, реализуются с участием мозжечка путем регуляции временных, скоростных и пространственных характеристик движения.
Животные с удаленными полушариями, но с сохраненным стволом мозга по координации движений почти неотличимы от интактных. Полушария мозга (кора и базальные ганглии) обеспечивают наиболее тонкие координации движений – двигательные реакции, приобретенные в ходе индивидуальной жизни. Осуществление этих функций базируется на рефлекторном аппарате мозгового ствола и спинного мозга, функционирование которого многократно обогащается деятельностью высших отделов ЦНС.
По мере филогенетического развития степень и форма участия разных отделов мозга в управлении двигательными функциями существенно менялась. У человека двигательные функции достигли наивысшей сложности в связи с переходом к прямо стоянию и прямо хождению (что осложнило задачу поддержания равновесия), специализацией передних конечностей для совершения трудовых и других особо тонких движений, использованием двигательного аппарата для коммуникации (речь, письмо). В управление движениями человека включены высшие формы деятельности мозга, связанные с сознанием, что дало основание соответствующие движения называть произвольными.
Результаты исследований разных классов движений позволили Н. А. Бернштейну сформулировать общие представления о многоуровневой иерархической системе координации движений. В соответствии с ними система управления движениями состоит из следующих уровней: А – уровень палеокинетических регуляций, он же ребро-спинальный уровень ЦНС; B – уровень синергий, он же таламо-паллидарный уровень; С – уровень пространственного поля, он же пирамидно-стриарный уровень; D – уровень действий (предметных действий, смысловых целей и т.п.), он же теменно-премоторный уровень. Остановимся кратко на характеристике первых трех уровней.
Уровень А. Это довольно древний уровень, который управляет главным образом мускулатурой туловища и шеи. Управляемые им движения – плавные, выносливые, как бы смесь равновесия и движения. Уровень А обеспечивает тонус всей мыскулатуры. Он может довольно тонко управлять возбудимостью спинальных структур, обеспечивая, в частности, реципрокную иннервацию мышц-антагонистов. Действия этого уровня полностью непроизвольны.
Уровень В. Уровень синергий и штампов, или таламопаллидарный уровень.
Движения этого уровня отличаются обширностью вовлекаемых в синергию мышц и характеризуются наклонностью к стереотипам, периодичности. Ведущая афферентация – проприоцепторика скоростей и положений, к которой присоединяется комплекс экстероцепторики – дифференцированная чувствительность прикосновения, укола, трения (болевая и температурная, с присущими этим рецепциям точными «местными знаками». В обощенном виде это афферентация собственного тела.
Уровень С. Уровень пространственного поля, пирамидно-стриарный. Ведущая афферентация этого уровня – синтаксическое пространственное поле. Пространственное поле – это восприятие и владение внешним окружающим пространством. Это поле обширно, простирается вокруг нас на большие расстояния. Оно однородно (гомогенно) и, что очень существенно, не смещаемо. Наряду с этими свойствами Н. А. Бернштейн подчеркивал также важнейшие свойства пространственного поля, как его метричность и геометричность, проявляющаяся в соблюдении геометрической формы и геометрического подобия. Пространство уровня С заполнено объектами (с их формой, размерами и массой) и силами, исходящими от этих объектов и действующими между ними.
Важнейшим качеством многоуровневой системы управления движениями является не столько соподчинение иерархически устроенных уровней, сколько сложное разделение труда. Такое разделение обусловлено, с одной стороны, анатомическим строением этой системы, состоящей из эволюционно различных структур мозга, которые до определенной степени сохранили специфику своего функционирования, а с другой – необычайно сложным устройством исполнительного аппарата, его огромной размерностью. Еще одна особенность функционирования этой системы состоит в разделении упомянутых уровней на ведущий и фоновые (в зависимости от текущей двигательной задачи и условий ее реализации).
5.4. Двигательные программы
Управление движениями немыслимо без согласования активности большого количества мышц. Характер этого согласования зависит от двигательной задачи. Так, если нужно взять стакан воды, то ЦНС должна располагать информацией о положении стакана относительно тела и исходном положении руки. Однако, чтобы движение было успешным, необходимо, чтобы кисть заранее раскрылась на величину, соответствующую размеру стакана, чтобы сгибатели пальцев сжимали стакан с достаточной для предотвращения проскальзывания, чтобы приложенная сила была достаточна для плавного подъема, но не вызывала резкого отрыва, чтобы ориентация стакана в кисти после захвата все время была вертикальной. Таким образом, чтобы реализация движения соответствовала двигательной задаче, необходимы не только данные о пространственных соотношениях, но и сведения о свойствах объекта манипулирования. Многие из этих сведений не могут быть получены в холе самого движения посредством обратных связей, а должны быть предусмотрены на этапе планирования. Следовательно, для осуществления движения должна быть сформирована двигательная программа. Двигательную, или центральную программу рассматривают как заготовленный набор базовых двигательных команд, а также набор готовых корректирующих подпрограмм, обеспечивающих реализацию движения с учетом текущих афферентных сигналов и информации, поступающей от других частей ЦНС.
Зарождение побуждения к движению связано с активностью подкорковых и корковых мотивационных зон. Замысел движения формируется в ассоциативных зонах коры. Далее происходит формирование программы движения с участием базальных ганглиев и мозжечка, действующих на двигательную кору через ядра таламуса. За реализацию программы отвечают двигательная кора и нижележащие стволовые и спинальные двигательные центры.
Предполагается, что двигательная память содержит обобщенные классы двигательных программ, из числа которых в соответствии с двигательной задачей выбирается нужная. Программа модифицируется применительно к ситуации: однотипные движения могут выполняться быстрее или медленнее, с большей или меньшей амплитудой. Интересно, что одна и та же программа может быть реализована разными наборами мышц. Так, почерк человека сохраняет характерные черты при письме правой и левой рукой и даже карандашом, зажатым в зубах или прикрепленным к носку ботинка. Такой перенос навыка возможен потому, что система управления движениями является многоуровневой (уровень планирования движениями и уровень его исполнения в ней не совпадают). Действительно, произвольное движение планируется в терминах трехмерного евклидова пространства. Для исполнения этого плана необходимо перевести линейные перемещения в соответствующие угловые переменные (изменения суставных узлов), определить, какие именно моменты необходимы для этих угловых перемещений, и, наконец, сформировать двигательные команды, которые вызовут активацию мышц, дающую необходимые значения моментов.
Двигательная программа может быть реализована различными способами. В простейшем случае ЦНС посылает к мышцам заранее сформированную последовательность команд, не подвергающуюся во время реализации никакой коррекции. В этом случае говорят о разомкнутой системе управления. Подобное управление используется при осуществлении быстрых, так называемых баллистических движений. Чаще всего ход осуществления движения сравнивается с его планом на основе сигналов от многочисленных рецепторов и в реализуемую программу вносятся нужные коррекции. Это замкнутая система управления с обратными связями. Однако и такое управление имеет недостатки. В связи с относительно малыми скоростями проведения сигналов, не превышающими 100 – 120 м/с, задержками в центральном звене обратной связи, составляющими порядка 1 мс на каждое синаптическое переключение, и временем порядка 50-80 мс, необходимым для развития усилия мышцей, коррекция движения по сигналу обратной связи может запаздывать. Поэтому во многих случаях целесообразно реагировать не на отклонение от плана движения, а на само внешне возмущение еще до того, как оно успело вызвать отклонение. Такое управление называют управлением по возмущению.
Другим способом уменьшения влияния задержек является антиципация, т.е. упреждение, или предвосхищение. Во многих случаях ЦНС способна предусмотреть в двигательной программе появлений возмущений еще до их возникновения, особенно если эти возмущения связаны с собственной деятельностью человека. Примечательно, что эта упреждающая «позная» активность (антиципация) осуществляется автоматически в стабилизации положения звеньев тела иллюстрирует простой пример. Если официант удерживает на ладони вытянутой руки поднос с бутылкой шампанского и рюмками, а другой человек внезапно снимет бутылку с подноса, то рука резко подпрыгнет вверх с соответствующими последствиями. Если же он сам снимет бутылку свободной рукой, то рука с подносом останется на прежнем уровне.
5.5. Координация движений
Представление о координации движений возникло на основе наблюдений больных, которые в силу разных причин не в состоянии плавно и точно осуществлять движения, легко доступные здоровым людям. Координацию можно определить как способность реализовать движение в соответствии с его замыслом.
Формы участия мышц в осуществлении двигательных актов весьма многообразны. Анатомическая классификация мышц (например, сгибатели и разгибатели, синергисты и антагонисты) не всегда соответствуют их функциональной роли в движениях. Так некоторые двухсуставные мышцы в одном суставе осуществляют сгибание, а в другом – разгибание. Антагонист может возбуждаться одновременно с агонистом для обеспечения точности движения, и его участие помогает выполнить двигательную задачу. В связи с этим в каждом конкретном двигательном акте можно выделить основную мышцу (основной двигатель), вспомогательные мышцы (синергисты), антагонисты и стабилизаторы (мышцы, которые фиксируют не участвующие в движении суставы). Мышцы не только сокращаются, приводя в движение соответствующие звенья: антагонисты и стабилизаторы часто функционируют в режиме движения под нагрузкой, при этом поглощая и рассеивая энергию. Этот режим используется для плавного торможения движений и амортизации толчков. При поддержании позы многие мышцы работают в режиме, при котором их длина практически не изменяется.
На конечный результат движения влияют не только силы, развиваемые мышцами, но и силы немышечного происхождения. К ним относятся силы инерции, создаваемые массами звеньев тела, которые вовлекаются в движение, а также силы реакции, возникающие в кинематических цепях при смешении любого из звеньев. Движение смещает различные звенья тела относительно друг друга и меняет конфигурацию тела, а слндовательно, по ходу движения изменяются моменты указанных сил. Вследствие изменения суставных углов меняются и моменты мышечных сил. На ход движения влияет и гравитация: моменты сил веса тоже изменяются в процессе движения из-за изменения ориентации звеньев относительно вектора силы тяжести. В практической деятельности человек вступает во взаимодействие с предметами внешнего мира, различными инструментами, перемещаемыми грузами и т.д.; в процессе этого взаимодействия ему приходится преодолевать силы тяжести, упругости, трения, вязкости и инерции. Сила мышечного происхождения вмешивается в процесс движения и делают необходимым непрерывное согласование с ними деятельности мышечного аппарата. Кроме того, необходимо нейтрализовать действие непредвидимых помех, которые могут возникать во внешней среде, и оперативно исправлять допущенные в ходе реализации ошибки.
Кроме этих помех, возникающих при осуществлении движения, есть еще одна принципиальная сложность, проявляющаяся уже на этапе планирования движения. Речь идет о так называемой проблеме избыточности степеней свободы двигательного аппарата. Для того чтобы в трехмерном пространстве достичь любой заданной точки ( в пределах длины конечности), достаточно иметь двухзвенную конечность с двумя степенями свободы в пороксимальном суставе («плече») и одной степени свободы в дистальном («локтевом»). На самом деле конечности имеют болшее количество звеньев и число степеней свободы. Именно потому, если бы мы захотели решить геометрическую задачу о том, как должны изменяться углы в суставах для того, чтобы рабочая точка конечности переместилась из одного заданного положения в пространстве в другое, то оказалось бы, что задача имеет бесконечное множество решений.
Для того чтобы найти однозначное решение задачи управления для кинематической цепи, необходимо исключить избыточное для данного движения степени свободы. Это можно достичь двумя способами: а) зафиксировать избыточные степени свободы путем одновременной активации антагонистических групп мышц (коактивация) и б) связать движения в разных суставах определенными соотношениями, уменьшив за счет этого количество независимых переменных, с которыми должна иметь дело ЦНС. Такие устойчивые сочетания одновременных движений в нескольких суставах, направленных на достижение одной цели, получили название синергии. Синергии чаще всего используются в относительно стереотипных, часто используемых движений, таких как локомоция, некоторые трудовые движения и др. Вместе с тем двигательные синергии не являются синонимами двигательных стереотипов – для них характерна определенная степень активности. Можно выделить три типа двигательных синергий: кинематические, динамические и управляющие. Согласно А. А. Фролову, кинематические синергии характеризуются согласованным изменением суставных углов, динамические – согласованным изменением силовых моментов (мышечных сил), управляющие – согласованным изменением центральных управляющих сигналов. Примером кинематических синергии является аксиальная синергия Бабинского, которая выражается в том, что при наклонах корпуса стоящего человека вперед или назад его ноги сгибаются так, чтобы минимизировать смещение центра тяжести и сохранить позу устойчивой. Такое согласование движений в голеностопном и тазобедренном суставах обусловлено контролем центральной нервной системы и нарушается, например, при поражениях мозжечка. Установлено также, что спинальные мотонейроны организованы в функциональные модули, каждый из которых активирует некоторый выбор мышц в определенной пропорции, обеспечивая мышечную синергию. Анализ уравнений движения показывает, что все три типа синергий могут достигаться одновременно только для определенных движений, для которых управление многосуставнм движением упрощается до уровня управления движением с одной степенью свободы. А. А. Фролов назвал эти движения «естественными синергиями». И показал, что естественные синергии у стоящего человека управляются независимо как по прямой, так и по обратной связи, т.е. они действительно выделены ЦНС как специальные единицы двигательного управления. Реальные движения представляют собой суперпозицию естественных синергий.
Типы движений
Движения человека очень разнообразны, однако все разнообразие можно свести к небольшому количеству основных типов активности, к которым относятся: обеспечение позы и равновесия, локомоция и произвольные движения.
Поддержание позы у человека обеспечиваются теми же физическими мышцами, что и движения, а специализированные тонические мышцы, имеющиеся у беспозвоночных и низших позвоночных, отсутствуют. Своеобразие поддержания позы заключается в том, что при «позной « деятельности мышц сила их сокращения обычно невелика, режим близок к изометрическому, а длительность сокращения значительна. В «позный», или постуральный, режим работы мышц вовлекаются преимущественно низкопороговые, медленные и устойчивые к утомлению двигательные единицы.
Примечание: далее упускаю части страницы 106, страницу 107, часть страницы 108.
5.6. Выработка двигательных навыков
Совершенствование двигательной функции в онтогенезе происходит как за счет продолжающегося в первые годы после рождения созревания врожденных механизмов, участвующих в координации движений, так и в результате научения, т.е. формирования новых связей, которые ложатся в основу программ тех или иных конкретных двигательных актов. Координация новых непривычных движений имеет характерные черты, отличающие ее от координации тех же движений после обучения.
Ранее уже говорилось, что обилие степеней свободы в опорно-двигательном аппарате, влияние на результат движения сил тяжести и инерции осложняют выполнение двигательной задачи. На первых порах обучения ЦНС справляется с этими трудностями, нейтрализуя помехи с помощью дополнительных мышечных напряжений. Мышечный аппарат жестко фиксирует суставы, не участвующие в движении, и активно тормозит инерцию быстрых движений. Такой путь преодоления помех энергетически невыгоден и утомителен. Использование обратных связей еще несовершенно – коррекционные посылки, возникающие на их основе, несоразмерны и вызывают необходимость повторных дополнительных коррекций.
Мышцы-антагонисты даже тех суставов, в которых совершается движение , активируются одновременно; в циклических движениях мышцы почти не расслабляются. Кроме того, возбуждены также многие мышцы, не имеющие прямого отношения к данному двигательному акту. Движения, совершаемые в таких условиях, напряжены и не эстетичны (например, движения человека, впервые на коньках на лед).
Как показал Н. А. Бернштейн, по мере обучения вырабатывается такая структура двигательного акта, при которой не мышечные силы включаются в его динамику, становятся составной частью двигательной программы. Излишние мышечные напряжения при этом устраняются, движение становится более устойчивым к внешним возмущениям. На электромиограммах видна концентрация возбуждения мышц во времени и пространстве: периоды активности работающих мышц укорачиваются, а количество мышц, вовлеченных в работу, уменьшается. Это приводит к повышению экономичности мышечной деятельности, а движения становятся более плавными , точными и непринужденными.
Важную роль в обучении движениям играет рецепция, особенно проприоцепция. В процессе двигательного научения обратные связи используются не только для коррекции движения по его ходу, но и для коррекции программ следующего движения на основе ошибок предыдущего.
5.7. СХЕМА ТЕЛА И СИСТЕМА ВНУТРЕННЕГО
ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
Со времен Шеррингтона и Павлова в физиологии движений господствовала рефлекторная теория. В ее рамках сложные двигательные акты описывались как комплексы множества рефлексов и их «переключений». Однако такая интерпретация столкнулась с множеством трудностей, так что возникла потребность в новых подходах. При поддержании позы и выполнении произвольных движений мозг должен решать проблему координации эфферентной информации от множества источников и управления сложной многосуставной структурой тела человека. Н. А. Бернштейн предложил новый подход, выдвигающий на первый план не «реакции», а «акции», активные действия (см. также активности и реактивности в главе 14). В. С. Гурфинкель развил эти новые идеи и применил их к управлению движениями у человека и животных. Данные идеи базируются на представлении о том, что мозг формирует внутренние модели собственного тела и окружающей среды. Эта система внутреннего представления обеспечивает интерпретацию сенсорных сигналов и модификацию двигательных реакций, возникающих в ответ на эти сигналы. Можно полагать, что сам по себе управляющий центр не мог бы справиться с управлением сложными пространственно-ориентированными движениями , затрагивающими большое число звеньев тела, если бы ЦНС не создавала внутреннее представление об управляемом объекте, его интегральный образ. Тело включает подвижные звенья, поэтому ЦНС должна уметь ставить соответствие тактильные сигналы и кинестезию. С другой стороны, мозг должен «понимать», что кинестетическая конечность и конечность, воспринимаемая зрительно, - это одно и то же. Поэтому модель тела должна быть не одномодальной, а мультимодальной или даже скорее надмодальной. Не следует отождествлять модель тела с сенсорным гомункулусом: наличие таких гомункулусов скорее является предпосылкой для ее построения и калибровки. Система внутреннего представления должна включать не только модель собственного тела, но и систему координат, в которой описывается ориентация и движение тела относительно внешнего пространства. Казалось бы естественно в начале поиска ответов на вопросы, связанными с системами отсчета, обратиться к механике, где использование системы координат для описания движения является очевидностью. Однако в живом организме использование системы отсчета имеет определенную специфику. В механике все системы равноправны, хотя одна может быть удобнее других. В физиологии дело обстоит несколько иначе. Выбор системы отсчета оказывается небезразличен для восприятия внешнего мира и собственного тела. Вопрос о системах отсчета, используемых ЦНС, также является одним из ключевых для понимания закономерностей сенсомоторного обеспечения позы и движений. В настоящее время большинство специалистов согласно, что взаимодействие организма с внешней средой устанавливается на основе моделей внешнего мира и собственного тела, выстроенных мозгом.
Необходимость внутренних моделей для управления движениями связана со спецификой сенсомоторной системы.
Большинство рецепторов расположено на подвижных звеньях тела – следовательно, они собирают информацию в собственных локальных системах координат. Для того, чтобы воспользоваться этой информацией, ее нужно преобразовать в единую систему координат или как минимум обеспечить возможность двухсторонних переходов.
Для управления движениями мозгу необходимы величины, которые не содержаться непосредственно в первичных сигналах рецепторов. К подобным величинам относятся такие, как длина кинематических звеньев, положения центров масс отдельных частей тела и общего центра масс. Кроме того, в первичных сенсорных сигналах не содержатся самые общие сведения о кинематической структуре тела: количестве и последовательности звеньев, числе степеней свободы и объеме движений в суставах. Ход выполнения движения оценивается путем сравнения реальной афферентации с ожидаемой (афферентная копия). Для многозвенных кинематических цепей, оснащенных рецепторами разных модальностей, эфферентная копия оказывается достаточно сложной, и для ее построения также требуется внутренняя модель.
На вывод о наличии в ЦНС модели собственного тела наталкивают клинические наблюдения фантома ампутированных, известного с глубокой древности. Человек, утративший конечность, в течение длительно времени субъективно продолжает ощущать ее присутствие. Речь идет не о редком феномене, проявляющемся в исключительных ситуациях: фантом после ампутации наблюдается более чем в 90 % случаев. Описаны случаи фантома у детей и при врожденном отсутствии конечности. Это означает, что по меньшей мере некоторые элементы внутренней модели, или, как ее называют, схемы тела, относятся к врожденным.
Характерные черты ампутационного фантома могут быть воспроизведены на здоровом человеке при выключенном зрении, в условиях блокады проведения импульсов, поступающих в мозг от кожных, суставных и мышечных рецепторов руки по чувствительным нервам. Блокировать чувствительность можно, вводя анестетик в плечевое сплетение или временно, останавливая кровоток в руке (ишемическая деафферентация).
Оказалось, что в этих условиях наблюдается своего рода экспериментальный фантом, рассогласование реального и воспринимаемого положения конечности, достигающее порой значительных величин. Когда испытуемого просили совершить движение ишемизированной, он планировал его, исходя из того, как в данный момент рука была представлена в системе внутреннего представления, а не из ее реального положения.
В условиях ишемической деафферентации, несмотря на отсутствие проприоцептивного притока, не возникает ощущения «исчезновения» руки либо ее дистальных звеньев. Это означает, что в ЦНС имеется своего рода список звеньев тела, составляющие которого обладают консерватизмом и устойчивостью к разного рода изменениям периферии. Сохранение кинестатических ощущений можно объяснить тем, что осознание положения кинематических звеньев происходит не на основе «сырой» афферентации, а на более сложной информационной структуры – схемы конечности, ее внутренней модели. При изменении или резком снижении афферентации нарушается «привязка» этой модели к физическому пространству, может наблюдаться и дрейф отдельных ее параметров, но сама модель сохраняется и служит базой для восприятия конечности и планирования ее движений.
Интересны также данные о связи схемы тела и восприятия тактильных стимулов. На коже испытуемого деревянной палочкой или с помощью тактильной матрицы рисовали буквы или цифры. (Мое примечание: кончик палочки двигался так по поверхностному слою кожи, что у экспериментатора возникали ассоциации процесса нанесения букв или цифр на поверхность кожи; у испытуемого также возникали ассоциации при движении кончика палочки, что на кожу наносят буквы или цифры). Во время нанесения раздражения глаза испытуемого были закрыты. После каждого предъявления он должен был открыть глаза и указать воспринятый им символ на лежащей перед ним таблице. Оказалось, что при тактильном раздражении поверхности тела восприятие следа движущегося по коже стимула зависит от того, какой участок тела раздражается. Одни и те же стимулы, нарисованные на коже спины и коже живота, могут восприниматься как зеркально симметричные или взаимно перевернутые. Когда испытуемый держал кисть руки, согнутой в локте под прямым углом, ладонью к себе (в положении супинации), наносимые на ладонь символы воспринимались нормально, а при повороте кисти ладонью от себя, те же стимулы интерпретировались как зеркальные. Таким образом, для правой руки в одном случае правой частью фигуры считалась часть, обращенная к большому пальцу, а в другом случае – наоборот. Иначе говоря, ориентация по отношению к положению траектории в пространстве оказывалось более важной, чем ориентация по отношению рецептивному полю.
Другим источником представлений о схеме тела стали клинические наблюдения, показывающие, что некоторые формы церебральной патологии, особенно поражения правой теменной доли, приводят к возникновению стойких искаженных представлений о собственном теле и окружающем пространстве. Среди этих нарушений встречается одностороннее игнорирование одной конечности или половины тела на пораженной стороне (контралатеральной по отношению к пораженному полушарию); аллостезия – ошибочная локализация стимулов, приложенных к больной стороне, как приложенных к здоровой стороне, отрицание дефекта; иллюзорные движения пораженных конечностей, отрицание; отрицание принадлежности больному пораженных конечностей; ослабление осознания частей тела (асхематия и гемидеперсонализация); фантомные дополнительные конечности.
Разнообразие клинических проявлений, обусловленных нарушениями схемы тела, указывает на сложность выполняемых ею функций. Кроме того, видно, что все многообразие нарушений распадается на три группы: а) нарушение представлений о принадлежности частей тела; б) нарушение правильных представлений о форме и в) иллюзорные движения.
С точки зрения схемы тела представляют интерес и исследования так называемых измененных состояний сознания, возникающих у здоровых людей под действием галлюциногенов, гипноза, сенсорной депривации, во сне и т.д. Из всего многообразия феноменов измененного состояния сознания выделяют группу этиологически независимых , т.е. независящих от природы агента, вызывавшего такое состояние. Треть из этих феноменов имеет непосредственное отношение к схеме тела и моторике. Люди, испытавшие измененное состояние сознания, часто сообщают что-либо из далее перечисленного: граница между телом и окружением была размытой; опора представлялась качающейся; конечности казались больше, чем обычно; окружающие предметы были больше, чем обычно; тело исчезало; тело представлялось плавающим; окружение казалось нереальным; «Я» и окружение представлялось единым целым; терялась возможность управлять движениями своего тела; части тела им не принадлежали. Из этого перечня видно, что и здесь можно выделить нарушения, связанные с восприятием целостности тела и его границ, размеров отдельных звеньев и нарушениями двигательных возможностей организма. В сравнении с клиническими проявлениями, характерными для органических поражений мозга, здесь можно выделить еще одну сторону, связанную с нарушением взаимоотношений тела и внешнего пространства; плавание, качающаяся опора и др. (т.е. с трудностями в формировании системы отсчета).
Но, возможно, не стоит слишком сильно расширять перечень функций, выполняемых схемой тела, а отнести к ним только описание таких стабильных характеристик тела, как разделение на туловище и соединенные и соединенные с ним голову и конечности, последовательность и длины звеньев конечностей, число степеней свободы и объемы движений в суставах, расположение мышц и основных рецептивных полей. Без этого описания невозможны ни анализ поступающих от многочисленных рецепторов сигналов о теле (соместезия), ни реализация моторных программ. Задачу описания текущего положения тела и его конфигурации в рамках соответствующей системы отсчета целесообразно отнести к функциям системы внутреннего представления собственного тела. Такое разделение – это не просто вопрос терминологии, в его пользу говорит тесная связь между представлением собственного тела и окружающего (экстраперсонального) пространства, включая как общие закономерности формирования представлений о теле и ближнем пространстве, так и во многом общий анатомический субстрат. Последнее подтверждается тем, что поражения определенных структур ЦНС нарушения восприятия пространства и собственного тела сопутствуют друг другу.
Подавляющая часть наших движений пространственно ориентирована, т.е. направлена на достижение определенной точки в пространстве. Пространственно ориентированной является и поза (относительно опоры, гравитационной вертикали и структуры зрительного окружения). Именно поэтому управление позой и движениями требует системы отсчета, в которой представлено как тело, так и окружающее пространство. Из физики известно, что всякое движение относительно, поэтому говорить о движении имеет смысл только в том случае, если указано, в какой системе отсчета это движение происходит. В последнее время изучением системы внутреннего представления и системами отсчета начали заниматься и нейрофизиологи. В результате появилось много экспериментальных данных, свидетельствующих о том, что система внутреннего представления пространства реально существует и доступна изучению. Например, установлено, что можно мысленно манипулировать трехмерными объектами так же, как и их реальными физическими прототипами. Система внутреннего представления работает не просто с двухмерной проекцией предмета, аналогичной изображению на сетчатке, а с его трехмерной моделью. Это следует из опытов, в которых человеку предъявляли на экране два идентичных или зеркальных предмета в разной ориентации. Для того, чтобы установить, одинаковы ли показанные предметы, мозг конструировал необходимый мысленный путь для преобразования (поворот или перемещение). Выбирался не случайный, а простейший и кратчайший путь. Время мысленного манипулирования зависело от величины угла линейного поворота, необходимого для того, чтобы привести объекты к одной ориентации. Индикатором процессов внутреннего моделирования двигательных актов может быть усиление локального мозгового кровотока в двигательных центрах мозга, обнаруженное при многих типах мысленных движений. Так, избирательная активация в области классических речевых центров левого полушария наблюдается при невокализованной речи, например, счете про себя.
В зависимости от того, выполняется ли движение относительно собственного тела или относительно системы координат, связанной с внешним, или, как его называют, экстраперсональным пространством, изменяется активность нейронов в различных областях мозга.
Своеобразным клиническим подтверждением существования системы внутреннего представления служит геминеглект, т.е. игнорирование пациентом половины своего тела и внешнего пространства (обычно левой) при поражениях правой теменной доли, несмотря на сохранность сенсорных и моторных функций. Гёминеглект связывали с дефицитом внимания и нарушениями программирования движений, однако многие данные свидетельствуют о том, что дефект затрагивает именно систему внутреннего представления.
В классическом эксперименте пациента - жителя Милана просили представить себя стоящим спиной к знаменитому Миланскому собору и описать расположенную перед ним площадь. Пациент называл и рисовал только здания, находящиеся с правой стороны площади лицом к собору, игнорируя ее левую часть. Затем его просили представить себя стоящим на противоположной стороне площади лицом к собору и вновь описать открывающуюся панораму. Пациент опять описывал только правую половину площади, но при новой ориентации в сферу его внимания попадали здания, которые игнорировались в первом случае. Это означает, что внутренняя модель у пациента была полной, но он имел доступ только к одной половине этого представления, менявшейся в зависимости от ориентации его тела, т.е. от избранной системы отсчета. Таким образом, при операциях с внутренним представлением пространства проявлялся тот же дефект, что и при просматривании реальных объектов.
Также описан больной с игнорированием левой половины пространства (неглектом), которое распространялось на ближнее экстраперсональное пространство. Если больному давали линейку и просили разделить ее пополам, он показывал точку, сильно смещенную вправо. Если та же линейка была удалена и больной для ее деления пользовался лазерной указкой, он делил линейку правильно. Однако если ему давали обычную длинную указку, он снова выполнял задание неправильно, опять проявлялось игнорирование. В другой работе регистрировали активность клеток теменной коры японских макак. Были обнаружены так называемые бимодальные клетки, которые реагировали на прикосновение к ладони и зрительные стимулы в этой области. Затем макак, которые в норме не пользуются орудиями, обучали в условиях фиксации в приматологическом кресле доставать пищу с помощью инструмента, напоминавшего грабельки. После обучения рецептивные поля бимодальных нейронов расширялись и начинали включать области, достижимые инструментом. Эти примеры показывают, что система внутреннего представления включает несколько моделей, относящихся к разным зонам пространства и разным сенсорным модальностям. Здесь можно вспомнить старые представления о Raumschalen – зонах пространства, отличающихся по ведущим видам афферентации и способам действий в них, а также о выводах Н. А. Бернштейна о том, что каждый уровень управления движениями имеет свои ведущие виды афферентации. Поэтому ставить равенство между терминами «схема тела» и «система внутреннего представления» было бы не правильно.
Известные способы изучения системы внутреннего представления длительное время были ориентированы главным образом на ее роль в восприятии. Однако позже появились новые экспериментальные подходы, базирующиеся на традиционных методах физиологии движений, а не ориентированные исключительно на перцепцию и словесные отчеты. На осознаваемом уровне отражается лишь небольшая часть работы нервной системы при выполнении пространственно ориентированных действий. Поэтому можно полагать, что большинство интегральных действий, выполняемых внутренней моделью тела, протекают на подсознательном уровне. Примером таких действий могут служить описанные Р. Магнусом шейные и вестибулярные «позные» автоматизмы, участвующие в поддержании нормального положения тела и восстановлении нарушенного равновесия у животных. У здорового взрослого человека в состоянии покоя шейные влияния на мускулатуру туловища и конечностей незаметны, но выявляются на фоне топических реакций, вызванных вибрационной стимуляцией мышечных рецепторов. У сидящего человека, стопы которого не имеют контакта с полом, вибрация ахилловых сухожилий вызывает двухстороннюю активацию четырехглавых мышц и разгибание ног в коленных суставах. Поворот головы относительно вертикальной оси сопровождается нарушением симметрии реакции: она усиливается на «затылочной» ноге и ослабляется на «подбородочной». Такая реакция наблюдается в ответ на непроизвольный поворот головы при вибрации шейных мышц.
Известно, что вибрация сухожилия или брюшка мышцы с частотой, вызывающей активацию мышечных рецепторов растяжения, может приводить к возникновению локального тонического вибрационного рефлекса – сокращению мышцы, подвергающейся вибрации. В результате возникает движение соответствующего звена. Если его предотвратить с помощью жесткой фиксации, то тонический вибрационный рефлекс, как правило, не развивается, зато появляется иллюзия движения звена в направлении, противоположном тому, в котором происходило бы реальное движение в отсутствие фиксации. Так, вибрацией соответствующих шейных мышц можно вызвать поворот головы, а при ее фиксации в среднем положении при той же вибрации у испытуемых создавалась иллюзия поворота головы в противоположную сторону.
При иллюзорном повороте асимметрия имела знак, соответствующий направлению иллюзии, причем она была выражена даже сильнее, чем при реальном повороте головы. Это показывает, что вибрационная стимуляция одних и тех же афферентов может оказывать прямо противоположное модулирующее влияние на тоническую активность мышц ног в зависимости от состояния системы внутреннего представления.
Известен феномен изменения направления отклонения тела при гальванической вестибулярной пробе в зависимости от ориентации (поворота) головы. Оказалось, что сходный эффект можно получить и в том случае, когда вместо реального поворота головы вызывалась иллюзия такого поворота. Таким образом, «позные» автоматизмы модулируются внутренним представлением о конфигурации тела. Кроме этого, система внутреннего представления должна включать также систему координат, в которой описываются ориентация и движение тела относительно внешнего пространства. В зависимости от ситуации и двигательной задачи организма может использовать систему отсчета, связанную с корпусом, головой, внешним пространством или каким-либо подвижным объектом. Переход от одной системы координат к другой влияет не только на восприятие, но и на двигательные реакции, обычно относимые к автоматическим. Так, медленные повороты корпуса относительно фиксированной в пространстве головы вызывает иллюзию движения головы относительно неподвижного корпуса. Это показывает, что система внутреннего представления склонна использовать систему координат, связанную с корпусом, и интерпретировать взаимный поворот головы и корпуса как вращение головы относительно неподвижного корпуса. Однако в условиях данного эксперимента можно вызвать переход от эгоцентрической системы координат (связанной с корпусом) к экзоцентрической (связанной с внешним пространством). Для этого испытуемого просили захватить рукой рукоятку, жестко закрепленную на массивном неподвижном столе. Информация о взаимном перемещении корпуса и рукоятки, а также априорное представление о том, что рукоятка не смещаема, приводили к переходу от эгоцентрической системы координат к экзоцентрической – у испытуемого появились ощущения поворотов корпуса, который ранее воспринимался как неподвижный, соответственно исчезали ощущения поворотов головы.
Переход от одной системы координат к другой подтверждался не только субъективным отчетом испытуемого, но и ярко выраженными изменениями реакций глазодвигательного аппарата. Если вначале амплитуда движения глаз в направлении иллюзорного поворота головы превосходила амплитуду поворотов корпуса, то после захвата рукоятки она уменьшалась в 3-4 раза.
Из всего сказанного выше можно сделать следующее заключение. В живых системах мы имеем дело с объектами, у которых большое число степеней свободы. Состояние сегментов тела связано с афферентацией очень сложным образом; для выполнения осмысленных движений необходима привязка к внешнему пространству. Поэтому можно полагать, что сам по себе управляющий центр не мог бы справиться с управлением сложным пространственно-ориентированными движениями, затрагивающими большое число звеньев тела, если бы ЦНС не создавала внутренне представление об управляющем объекте, его интегральный образ. При этом внутренняя модель тела является не блоком, оптимизирующим или адаптирующим управление, который пусть менее точно, но могло бы осуществлять и без нее. Эту модель следует считать существенным и незаменимым элементом в системе регуляций позы и движений. Анализ физиологических и клинических данных заставляет предположить, что система внутреннего представления является комплексом сложных мозговых механизмов, лежащих в основе многих функций, связанных с собственным телом и ближним внешним пространством. Эти функции не только обеспечивают такие чувства, как чувство нахождения внутри собственного тела, чувство контроля за своими действиями, ощущение границ, разделяющих мир на «я» и «не я», и принадлежности частей тела, но и позволяют осуществлять управление позой и движениями в сложных, постоянно меняющихся условиях. Действия, которые у животных считаются классическими примерами рефлекторных «позных» автоматизмов, у человека в сильной степени определяются состоянием внутренней модели, т.е. тем, как описывается взаимное положение звеньев в системе внутреннего представления. Важной функцией системы внутреннего представления является формирование систем отсчета для планирования и реализации двигательных актов. Выбор системы отсчета во многом определяется априорными сведениями об объектах внешнего мира, с которыми человек поддерживает контакт (жесткость, несмещаемость и др.). При этом переход из одной системы координат в другую ведет к изменению интерпретации сенсорных сигналов и модификации двигательных реакций, возникающих в ответ на эти сигналы. Анализ физиологических и клинических данных заставляет предположить, что система внутреннего представления является комплексом сложных мозговых механизмов, лежащих в оснгове упомянутых выше чувств, связанных с собственным телом и ближним пространством, таких как чувство нахождения внутри собственного тела (sense of embodiment), чувство контроля над своими действиями (sense of
agency), ощущение границ, разделяющих мир на «я» и «не я», и принадлежности частей тела. Нарушения работы этих механизмов могут лежать в основе таких необычных феноменов, как аутоскопия, чувство выхода из собственного тела (Out of body experience, OBE), макросоматогнозия, микросоматогнозия и другие. Конечно, проявления работы системы внутреннего представления не ограничиваются психологическими феноменами. Подводя итог, можно сказать, что внутренняя модель тела является не блоком, оптимизирующим или адаптирующим управление, которое пусть менее точно, но могла бы осуществляться и без нее. Эту модель следует считать существенным и незаменимым элементом в системе организации мультисенсорных взаимодействий и моторного контроля. Кроме того, нарушения в формировании внутренних моделей тела и внешнего пространства могут быть связаны со многими феноменами, серьезно влияющими на психическое здоровье человека.
Дополнительная литература
Александров А. В., Фролов А. А. Биомеханический анализ коорлинации позы и движения у стоящего человека при наклонах корпуса в сагиттальной плоскости // ЖВНД им. И. П. Павлова, 2017. 67(1). С. 33 – 48.
Бернштейн И. А. О ловкости и ее развитии. М.: Физкультура и спорт, 1991.
Бернштейн И. А. О построении движений. М.: Медгиз, 1947.
Гурфинкель В. С. , Левик Ю. С., Лебедев М. А. Концепция схемы тела и моторный контроль. Схема тела и управление позными автоматизмами // Интеллектуальные процессы и их моделирование / Ред. А. В. Чернавский. М.: Наука, 1991.
Идеи Н. А. Бернштейна в наши дни. Сборник статей. М.: КДУ: Университетская книга, 2019.
Латаш М. Л. Физика биологического движения и восприятия. М.: Когито-Центр, 2020.
Руководство по физиологии. Физиология движений. Л.: Наука, 1976.
Скелетные мышцы: структура и функции. М.: Наука, 1985.
Физиология человека / Под ред. В. М. Покровского, Г. Ф. Коротько. 2-е изд. М.: Медицина, 2003г.
СООТВЕТСТВИЕ ПЕРЕВОДУ ГЛАВЫ 5-ОЙ
5-ОГО ИЗДАНИЯ УЧЕБНИКА ПСИХОФИЗИОЛОГИЯ
ПОД РЕДАКЦИЕЙ Ю. И. АЛЕКСАНДРОВА
УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЯМИ
«Движения (включая речь и письмо) – главное средство взаимодействия организма с окружением». Можно считать, что движение – это состояние, в котором может находиться физическое тело, предмет, объект. Покой – это также состояние, в котором может находиться что-то или нечто. Следовательно, НЕЧТО может находиться в состоянии покоя или движения. Живой психофизический организм может находиться в состоянии покоя или движения.
Моя доктрина: физические тела (предметы, вещи) и явления, с которыми я имею дело, согласно результату моего воображения, на уровне сознания, - это мои ориентационные модели. Физический мир, моя физическая вселенная – это созданная мною интегральная ориентационная модель, которой соответствует некая для меня гипотетическая реальность – среда обитания меня как организма. ЦНС находится внутри организма в герметизированной прочной оболочке (dura-mater), мой организм есть внешняя среда для ЦНС. Для самого организма внешняя среда нечто иное. Согласно моим представлениям – это дно воздушного океана, мой организм окружен слоем воздуха, частицы которого бомбардируют поверхностные слои защитных структур моего организма, что является причиной того, что я называю атмосферным давлением. Благодаря нахождению слоя воздуха между защитными структурами моего организма и поверхностными слоями других тел, я могу пользоваться различными вещами, с поверхностными слоями которых мой организм контактирует в пятнах контакта.
Основное средство, которое может использовать психофизический организм (или просто – организм), это он сам в целом (что всегда) и его части. Чтобы использовать что-либо иное, он вынужден использовать себя в целом и какие-либо части самого себя. Используя себя, психофизический организм взаимодействует с окружением своими защитными структурами. Окружение человеческого организма – это примыкающий слой к поверхностному слою защитных структур – слой воздушной среды. Частицы этого слоя бомбардируют поверхностный слой защитных структур, находящийся в контакте с воздушным слоем. Благодаря этому, тело человека испытывает давление со стороны среды обитания – атмосферы. При взаимодействии поверхностного слоя тела человека с поверхностными слоями того, с чем он взаимодействует, между контактирующими слоями находится воздух. Процесс взаимодействия организм совершает в контактных пятнах.
«…Включая речь и письмо»…
Явление устная речь – это ситуации, участниками которых являются говорящие и слушающие. Человек может частью своего организма возмущать контактирующие к ней (части) воздушные слои так, что другой человек может создавать с помощью системы слуха звуки. При этом возмущающий воздушные слои человек использует структуры организма, обеспечивающие ему управление частью, которая возмущает воздушную среду. Назовем часть организма, которая возмущает воздушную среду, артикуляционным аппаратом. В него входит часть системы дыхания и питания, в частности мышечный орган – язык, находящийся в ротовой полости.
Звуки создает система слуха слушающего человека. Если она неисправна, то звуки человеческий организм создавать не может.
При говорении человек не использует какой-то русский, немецкий и французский язык, не использует и какую-то лексику. Попадая после рождения в определенные условия, он первоначально создает структуры организма, которые обеспечивают ему создание им устной речи на основе звуков, создаваемых им при соответствующих возмущениях среды говорящими. «Формирование устной речи у ребенка невозможно при нарушении слухового анализатора» (Н. В. Крылова, Л. В. Наумец. 2004, с.50). Отмечу, речь ребенок создает в себе («у ребенка…»).
Приспосабливаясь к условиям речевых общений взрослых, ребенок формирует структуры, обеспечивающие ему создание устной речи. Он формирует структуры, обеспечивающие ему речевые программы-автоматизмы, благодаря чему он создает речь с достаточной скоростью. Также с достаточной скоростью возмущает воздушную среду артикуляционным аппаратом, синхронно чему слушатель может создавать устную речь. В целом можно считать, что ребенок создает неосознанно свою персональную лексику, которую он потом использует в речевых общениях. Что касается того, что он может считать, что устную речь он воспринимает от говорящего, а говорящий может считать, что он использует слова, которые принимает от него слушатель, то это полнейшая дезориентация участников речевого общения.
Люди могут общаться, создавая и используя средства письменности. Используя себя, человеческое существо может преобразовывать какую-то основу, применяя также различные инструменты. Например, человек может организовать нанесение кончиком пера ручки чернил на бумагу. Потом он может использовать конструкцию из бумаги с нанесенными чернилами. Конструкции из чернил в сцеплении с бумагой сами по себе невидимы, т.е. если воздушная среда не возмущаема соответствующим образом, то система зрения не создает визуальных образов, соответствующим конструкциям.
Естественно, что на бумаге ни знаков, ни символов, ни букв нет. Тексты и иллюстрации создает пользователь-читатель в себе и для себя.
ПРИМЕНИТЕЛЬНО К МОЕМУ СЛУЧАЮ
Я работаю над собой с помощью средства письменности для зрячих, которому можно поставить в соответствие: изделие филиала АО «Первая Образцовая типография» «Чеховский Печатный Двор» - конструкция из листов бумаги и других материалов.
Кроме средств письменности для зрячих, есть средства письменности для незрячих. Конструктивным элементом средств письменности для незрячих является выпуклость в основе средства письменности определенной формы и величины. При пользовании средством письменности незрячий пользователь применяет пальцы, обнаруживая конструктивные элементы – выпуклости (питхилы, pit – яма, hill – холм).
Благодаря пользованию зрячим средствами письменности незрячих, ему легко понять, что текст создает он.
РАЗБОР НЕКОТОРЫХ ЧАСТЕЙ
«Скелетные мышцы представляют собой очень своеобразные двигатели, которые преобразуют химическую энергию непосредственно в механическую работу и теплоту» (с.99). Энергия – это характеристика, которую создает наблюдатель для какой-то ситуации. Точно также, механическая работа и теплота – это характеристики процесса, которые создает наблюдатель. Они не являются участниками событий физического мира. Когда человек применяет прибор (термометр), то регистрирует он изменение положения мениска жидкости, интерпретируя это как величину температуры. В действительности после помещения части прибора в определенное место среды среда взаимодействует с частью прибора, которая изменяет свое состояние. Прибор устроен так, что в большей степени изменение состояния жидкости приводит к изменению положения ее мениска – границы раздела жидкой фракции и газообразной. Наблюдатель это интерпретирует как изменение температуры за счет передачи теплоты. Это химерическая интерпретация. В действительности при изменении состояния жидкости более интенсивно начали двигаться ее частицы. Физические тела действуют друг на друга движущимися частицами и их полями. Естественно, что зрительно это нельзя зарегистрировать, т.е. создать соответствующую визуальную модель явлений микромира. Воображению о передачи теплоты и энергии соответствуют химеры по причине незнания человеком того, что происходит с ним. Ранее считали, что есть теплород, т.е. то, что порождает теплоту, которую одно тело, может передавать другому (теплоемкость, коэффициенты теплопередачи и прочее).
Примечание: аналогично тому, как сейчас считают, что люди передают друг другу информацию, делятся мыслями, общаются при помощи слов.
«Следовательно, для осуществления движения должна быть сформирована двигательная программа». Для осуществления движения должна быть сформирована структура, которая может обеспечить процессы в организме, которые приведут к получению нужного результата. Можно считать, что процессы в сформированной структуре – это и есть программа. Но нельзя отождествлять программу со структурой, процессы в которой обеспечивают существование того, что наблюдатель может считать программой. Команда как элемент программы также не существует самостоятельно. Самостоятельно существует структура, которая обеспечивает существование команды в качестве модели наблюдателя.
Точно также, характеристики движения скорость и ускорение не существуют сами по себе. Если нет того, что находится в состоянии движения, то нет ни движения (ни состояния покоя), ни его скорости или ускорения. Условно считая, что физические тела и поля – это не просто ориентационные модели, но то, что условно наблюдатель отождествляет с неизвестными фрагментами ему неизвестной реальности. Делая это вполне осознанно, он – адекватен. Его ошибка ему известна.