У підручнику висвітлена сучасна концепція і теоретико-методологічні основи медичної екології – найважливішого розділу екології людини, що швидко розвивається. Наводиться медико-екологічна характеристика атмосфери, гідросфери, літосфери. Надається класифікація основних екологічних факторів ризику навколишнього середовища. Розглядаються основні медико-екологічні проблеми взаємодії людини з багатофакторним середовищем її проживання, закономірності реакції реакції організму на зовнішні середовищні впливи.

Підручник призначений для студентів медичних вишів.

Книга:

…організм без зовнішнього середовища, що підтримує його існування, неможливе.

І. М. Сєченов

Умовою розвитку живих організмів є їхня взаємодія з навколишнім середовищем. Відкриті системи розглядаються як системи, які можуть обмінюватися з оточуючими тілами енергією, речовиною та інформацією. Відкрита система завжди динамічна: в ній безперервно відбуваються зміни, і, природно, вона сама схильна до змін. Завдяки складності даних систем у них можливі процеси самоорганізації, які є початком виникнення якісно нових і складніших структур у її розвитку.

Онтогенез людського організму є безперервним процесом постійного руху, спрямований на підтримку кількісно-якісних особливостей в організмі людини. Причому для подальшого самовідновлення та підтримки динамічної рівноваги організму потрібні додаткові речовини, енергія та інформація, отримати які він може лише при взаємодії із зовнішнім середовищем. Досліджуючи організм як відкриту систему, Необхідно цілісне його розгляд, встановлення взаємодії складових частин чи елементів у сукупності.

У медицині історично під впливом природничих наук, а головне – анатомічних досліджень, незважаючи на проголошений (починаючи з основних робіт С. Г. Зибеліна, М. Я. Мудрова, Є. О. Мухіна, І. М. Сеченова, І. П. Павлова та ін.) принцип цілісності організму, склалося органне мислення.

Будь-який сучасний підручник з найважливіших фундаментальних дисциплін, таких, наприклад, як анатомія, фізіологія, гістологія та інші, будується за органом. Органна патологія - це легені, печінки, шлунково-кишкового тракту, нирок, мозку і т. д. розділилися за органними спеціальностями. Патогенез, діагностика та лікування безпосередньо пов'язуються з функцією конкретних органів, та професійний погляд лікаря, як правило, в основному спрямований у бік хворих органів (Судаков К. В., 1999).

П. К. Анохін сформулював новий підхід до розуміння функцій цілого організму. Замість класичної фізіології органів, традиційно наступних анатомічних принципів, теорія функціональних системпроголошує системну організацію функцій людини від молекулярного до соціального рівня.

Функціональні системи(по: Анохін П. К.) – самоорганізуються і саморегулівні динамічні центрально-периферичні організації, об'єднані нервовими і гуморальними регуляціями, всі складові компоненти яких сприяють забезпеченню різноманітних корисних самих функціональних систем й у організму загалом адаптивних результатів, задовольняють його потреби.

Теорія функціональних систем, таким чином, радикально змінює сформовані уявлення про будову організму людини та її функції. Натомість уявлень про людину як набір органів, пов'язаних нервовою та гуморальною регуляцією, дана теорія розглядає організм людини як сукупність безлічі взаємодіючих функціональних систем різного рівня організації, кожна з яких, вибірково поєднуючи різні органи та тканини, так само як і предмети навколишньої дійсності, забезпечує досягнення корисних для організму пристосувальних результатів, що зумовлюють стійкість метаболічних процесів.

З цих позицій адаптація людини визначається як здатність його функціональних систем забезпечувати досягнення значних результатів.

Аналіз механізмів саморегуляції життєво важливих констант організму (кров'яний тиск, напруга вуглекислого газу та кисню в артеріальній крові, температура внутрішнього середовища, осмотичний тиск плазми крові, стабілізація центру тяжкості у площі опори тощо) показує, що апаратом саморегуляції виступає функціональна).

«Всі функціональні системи, незалежно від рівня своєї організації та кількості складових їх компонентів, мають принципово одну й ту саму функціональну архітектуру, в якій результат є домінуючим фактором, що стабілізує організацію систем» (Анохін П. К., 1971).

Рис. 1.Схема саморегуляторних механізмів функціональної системи (по: Анохін П. К.):

1 - пусковий стимул (подразнення); 2 - Обстановкові аферентації; 3 - Пам'ять; 4 - домінуюча мотивація; 5 - аферентний синтез; 6 - прийняття рішення; 7 - акцептор результату дії; 8 - Програма дії; 9 - еферентні збудження; 10 - дія; 11 - результат дії; 12 - параметри результату; 13 – зворотна аферентація

До вузлових механізмів, що лежать в основі структури поведінкового акта будь-якого ступеня складності, належать: аферентний синтез; стадія ухвалення рішення; формування акцептора результату дії; формування самої дії (еферентний синтез); багатокомпонентна дія; досягнення результату; зворотна аферентація про параметри досягнутого результату і зіставлення його з моделлю результату, що раніше сформувалася в акцепторі результату дії (рис. 1).

Одні функціональні системи своєю саморегуляторною діяльністю визначають стійкість різних показників внутрішнього середовища – гомеостаз, інші – адаптацію живих організмів до довкілля.

У ході філо- та онтогенезу функціональні системи постійно вдосконалювалися. Причому старі системи не усувалися новими та вдосконаленими системами та механізмами управління; еволюційно ранні механізми адаптації зберігалися і входили у певні взаємодії як з давнішими, так і з новими механізмами.

Теорія функціональних систем(Анохін П. К., Судаков К. В.) виділяє чотири типи систем: морфофункціональні, гомеостатичні, нейродинамічні, психофізіологічні.

МорфофункціональніСистеми пов'язані з діяльністю певних функцій. До них відносяться опорно-руховий апарат, серцево-судинна, дихальна, ендокринна, нервова системи, клітини, органоїди, молекули. Словом, все, що виконує будь-яку функцію.

Гомеостатичні функціональні системивключають підкіркові утворення, вегетативну нервову та інші системи організму. Основна роль цієї системи полягає у підтримці сталості внутрішнього середовища організму. Гомеостатичні системи тісно взаємодіють із морфофункціональними, які вписуються в них окремими елементами.

Нейродинамічні системияк провідний структурний елемент мають кору головного мозку, а саме першу сигнальну систему. У межах цієї системи формується апарат емоцій як механізм оптимізації функцій організму та поведінки в умовах взаємодії організму та навколишнього середовища. Розвиток кори різко розширив адаптивні можливості організму, підпорядковуючи собі вегетативні функції. Нейродинамічні системи включають елементи гомеостатичної і морфофункціональної систем.

Психофізіологічні функціональні системи, Як і нейродинамічні, провідним структурним елементом мають кору головного мозку, однак ті її відділи, які пов'язані з другою сигнальною системою. Друга сигнальна система удосконалила механізми адаптивної поведінки за рахунок формування соціальних формадаптації. Психофізіологічні функціональні системи реалізують свою діяльність через вегетативну нервову систему та за допомогою емоцій, морфологічною основоюяких є підкіркові утворення (лімбічна система, таламус, гіпоталамус та інші). Вони включають елементи структурної архітектоніки нейродинамічних, гомеостатичних і морфофункціональних систем.

Компенсація може здійснюватися однією системою, стосовно якої даний фактор є найбільш специфічним. Якщо можливості специфічної системи є обмеженими, підключаються інші системи.

Одні функціональні системи генетично детерміновані, інші складаються в індивідуальному житті у процесі взаємодії організму з різноманітними факторами внутрішнього та зовнішнього середовища, тобто на основі навчання. Природно, що найскладніші і досконалі функціональні системи є в людей, як найдосконаліших живих істот. Зрозуміти їх взаємодії можна з урахуванням уявлень про структурні рівні організації біосистем.

рівні організації функціональних систем (Судаков К. В., 1999): метаболічний, гомеостатичний, поведінковий, психічний, соціальний.

На метаболічномуНа рівні функціональні системи зумовлюють досягнення завершальних етапів хімічних реакцій у тканинах організму. З появою певних продуктів хімічні реакції за принципом саморегуляції припиняються чи, навпаки, активуються. Типовим прикладом функціональної системи метаболічного рівня є процес ретроінгібування.

На гомеостатичнийНа рівні численні функціональні системи, що поєднують нервові та гуморальні механізми, за принципом саморегуляції забезпечують оптимальний рівень найважливіших показників внутрішнього середовища організму, таких як маса крові, кров'яний тиск, температура, рН, осмотичний тиск, рівень газів, поживних речовин тощо.

На поведінковомубіологічному рівні функціональні системи визначають досягнення людиною біологічно важливих результатів – спеціальних факторів зовнішнього середовища, що задовольняють його провідні метаболічні потреби у воді, поживних речовин, захист від різноманітних ушкоджуючих впливів та у видаленні з організму шкідливих продуктів життєдіяльності; статеву активність тощо.

Функціональні системи психічноюдіяльності людини будуються на інформаційній основі ідеального відображення людиною її різних емоційних станівта властивостей предметів навколишнього світу за допомогою мовних символів та процесів мислення. Результати функціональних систем психічної діяльності представлені відображенням у свідомості людини його суб'єктивних переживань, найважливіших понять, абстрактних уявлень про зовнішні предмети та їх стосунки, інструкції, знання тощо.

На соціальномурівні різноманітні функціональні системи визначають досягнення окремими людьми або їх групами соціально значущих результатів у навчальній та виробничої діяльності, у створенні суспільного продукту, в охороні навколишнього середовища, у заходах захисту Вітчизни, у духовній діяльності, у спілкуванні з предметами культури, мистецтва і т. д. (Анохін П. К., Судаков К. В.).

Взаємодія функціональних систем в організмі здійснюється на основі принципів ієрархічного домінування, мультипараметричної та послідовної взаємодії, системогенезу та системного квантування процесів життєдіяльності.

Ієрархічне домінування функціональних систем. Завжди один із параметрів загальної потреби організму виступає в ролі ведучого, домінуючого, будучи найбільш значущим для виживання, продовження роду або для адаптації людини у зовнішньому та насамперед соціальному середовищі, формуючи домінуючу функціональну систему. При цьому всі інші функціональні системи або загальмовуються або своєю результативною діяльністю сприяють діяльності домінуючої системи. По відношенню до кожної домінуючої функціональної системи субдомінуючі системи відповідно до їх біологічної значущості та значущості соціальної діяльностілюдини, починаючи від молекулярного аж до організмового та соціально-громадського рівня, вибудовуються у певному ієрархічному порядку. Ієрархічні взаємини функціональних систем в організмі будуються з урахуванням результатів своєї діяльності.

Мультипараметрична взаємодія. Особливо чітко принцип мультипараметричного взаємодії проявляється у діяльності функціональних систем гомеостатичного рівня, у яких зміна одного показника внутрішнього середовища, що становить результат діяльності будь-якої функціональної системи, негайно б'є по результатах діяльності інших що з ним функціональних систем. Принцип мультипараметрического взаємодії чітко виявляється, наприклад, у діяльності функціональної системи, визначальною рівень газових показників у організмі.

Послідовна взаємодія функціональних систем.В організмі людини діяльність різних функціональних систем послідовно пов'язана один з одним у часі, коли результат діяльності однієї функціональної системи послідовно формує іншу потребу та відповідну функціональну систему.

Принцип послідовного взаємодії різних функціональних систем у людини чітко проявляється у континуумі процесів кровообігу, травлення, дихання, виділення тощо.

Особливий різновид послідовної взаємодії функціональних систем у часі представляють процеси системогенезу.

П. К. Анохін визначив системогенез як вибіркове дозрівання функціональних систем та їх окремих частин у процесах пре-і постнатального онтогенезу.

Континуум життєдіяльності кожної людини на різних рівняхорганізації завдяки послідовній взаємодії функціональних систем поділяється на окремі, дискретні «системокванти». Кожен окремий «системоквант» життєдіяльності включає виникнення тієї чи іншої біологічної чи соціальної потреби, формування лише на рівні мозку домінуючою мотивації і, через досягнення проміжних і кінцевого результату, завершується задоволенням потреби. При цьому оцінка різних параметрів проміжних та кінцевих результатів діяльності постійно здійснюється за допомогою зворотної аферентації, що надходить від різноманітних органів чуття та рецепторів організму до апарату передбачення потрібного результату – акцептора результату дії.

За характером організації можна назвати послідовне, ієрархічне і змішане квантування процесів життєдіяльності (Судаков До. У., 1997).

Починаючи з чудових робіт канадського біолога Л. фон Берталанфі, у біологію та медицину все ширше впроваджується системний підхід.

Розуміння функціональних особливостейпобудови цілого організму необхідно насамперед для лікаря, що займається діагностикою та лікуванням хворої людини. Сучасна дійсність вимагає для вирішення великих теоретичних і практичних завдань тісного об'єднання фахівців різного профілю.

Фізіологічні механізми людини вже зараз не можуть справлятися з величезними навантаженнями сучасної виробничої діяльності та умов життя. За наявності великої кількості зворотних зв'язків від різних властивостей машин практично немає контроль за фізіологічними функціями працюючих цих машинах людей.

Ситуацію посилюють соціально-політичні перетворення у багатьох країнах світу, включаючи Росію, і навіть екологічне неблагополуччя у багатьох районах земної кулі.

Теорія функціональної системи відкрила нові перспективи ранньої діагностики порушень фізіологічних функцій людини за умов реальної виробничої діяльності, особливо у умовах напруженої роботи сучасного виробництва (Судаков До. У.).

Будь-яка хвороба, чи то соматична чи психічна, є проявом адаптації організму (особистості) в мінливих умовах зовнішнього та внутрішнього середовища. Адаптація здійснюється в залежності від цілого ряду факторів, починаючи від біологічних, соціальних і психологічних особливостей хворого організму, закінчуючи особливостями патогенного фактора, умовами середовища, в якому відбувається дана дія, тривалістю та інтенсивністю впливу і т. д., і зачіпає багато морфофункціональних рівнів, системи, організації. Тобто хвороба поводиться як багаторівнева система (Сукіасян С. Г., 2005).

У зв'язку з цим оцінка різних показників діяльності організму за умов патології має враховувати системну інтеграцію фізіологічних функцій.

При кожному захворюванні насамперед необхідно визначити: які функціональні системи торкнувся патологічного процесу та порушення діяльності яких посилює його; діяльність яких функціональних систем має компенсаторну спрямованість (Судаков До. У.).

Стійке підвищення артеріального тиску, наприклад, може бути пов'язане з порушеннями в різних ланках функціональної системи, що визначає оптимальний рівень артеріального тиску в організмі: барорецепторного апарату, центральних емоціогенних і судиннорухових механізмів, периферичної судинної або гормональної регуляції і т. д. Одночасно з цим змінюється діяльність інших, пов'язаних із нею функціональних систем виділення, водно-сольового балансу, підтримання температури тіла тощо.

При хірургічному видаленні того чи іншого органу, виходячи з уявлень про те, що одні й ті самі органи різними сторонами свого метаболізму беруть участь у діяльності різних функціональних систем, насамперед необхідно визначити, які функціональні системи та якою мірою торкнулася хірургічна операція, які компенсаторні механізми при цьому продовжують забезпечувати провідні фізіологічні функції організму, які корисні пристосувальні результати діяльності організму при цьому збережені, а які порушені, а також які сторони гомеостазу чи поведінки вони торкаються?

З системних позицій компенсація порушених функцій завжди йде у напрямку збереження функціональними системами здатності забезпечувати корисні організму пристосувальні результати.

Як показали дослідження Є.Л. дихання. При цьому порушується діяльність та інших функціональних систем, що визначають оптимальний для організму рівень кров'яного та осмотичного тиску, реакції крові, виділення тощо, які за принципом багатозв'язкової взаємодії компенсаторно перебудовують свою діяльність.

Хірургічна операція, наприклад заміна протезом висхідної дуги аорти, може порушити функції барорецепторів та хеморецепторів газового гомеостазу. В цьому випадку компенсаторна функція значною мірою лягає на інші хеморецепторні зони: синокаротидну та центральні, стан яких у цьому випадку необхідно оцінити ще до операції (Судаков К. В.).

Теорія функціональних систем дає змогу по-новому підійти до проблеми реабілітації порушених функцій людини.

З позицій теорії функціональних систем всі реабілітаційні заходи виступають у ролі додаткової зовнішньої ланки саморегуляції, компенсуючи цим недостатню функцію тих чи інших функціональних систем організму.

На особливу увагу в цьому плані заслуговує перша інформаційна стадія формування патологічного процесу ( преморбідний стан).

На цій стадії порушені інформаційні внутрішньо-і міжсистемні відносини функціональних систем в організмі легко відновлюються інформаційними методами реабілітації: гіпнотичною дією, масажем, гомеопатією, акупунктурою, тепло-холодовими процедурами, гіпоксією та іншими, що дозволяють попередити перехід диспатолога. Виходячи з того, що хвороба первинно проявляється як порушення інформаційних системних відносин в організмі, стає зрозумілою роль культурних, сімейних і виробничих відносиняк своєрідного "людського імунітету". Ці чинники важливі й у збереження і зміцнення ефектів реабілітації (Судаков До. У., 1996).

Кожен організм має свою зону фізіологічного комфорту, в якій зберігається максимально можлива межа компенсації функції. При стійких змінах середовища організм переходить новий рівень гомеостазу, чи «гомеорезиса» (по: Адо У. Д.), якого оптимальними є інші показники гомеостазу. Це і є стан адаптації. Таким чином, теорія функціональних систем П. К. Анохіна, розглядаючи організм як цілісний біосоціальний об'єкт у філо- та онтогенетичному плані, підтверджує вчення про адаптаційний синдром (Судаков К. В., Сукіасян С. Г.).

Адаптація(пристосування) – це процес підтримки функціонального стану гомеостатичних систем та організму в цілому, що забезпечує його збереження, розвиток, максимальну тривалість життя у неадекватних умовах (Казначеєв В. П., 1973).

Адаптація є, безсумнівно, однією з фундаментальних якостей живої матерії. Вона притаманна всім відомим формам життя. Вирізняють такі типи адаптації: біологічна, фізіологічна, біохімічна, психологічна, соціальна тощо.

При класифікації процесів адаптації слід враховувати:

1. Чинники середовища (фізичні, хімічні, бактеріальні, вірусні).

2. Властивості організму (ембріональний, дитячий, дорослий, стать, національність.)

3. Характер адаптаційних перебудов у різних системахорганів (насамперед – нервова, гормональна, імунна системи, а також серцево-судинна, дихальна, травна та ін.).

4. Рівень організації біосистеми (вид, населення, організм, система, орган та інших.).

За значимістю для еволюції адаптаційні зміни може бути: генотипические, фенотипические.

В основі генотипноюАдаптації лежать стійкі зміни спадкового матеріалу (мутації), які можуть передаватися з покоління в покоління та закріплюватися дією природного відбору, дрейфу генів.

Наслідком цього адаптації є придбання нових адаптивних генотипічних ознак.

Під фенотиповоюадаптацією розуміється варіювання значення ознаки внаслідок дії зовнішньо-середовищних факторів. В основі даного варіювання лежить «норма реакції», яка контролюється генетично та визначає розмах варіювання ознаки у конкретних умовах навколишнього середовища.

З фізіологічної та патофізіологічної точок зору, поняття пристосування, норма та патологія повинні даватися лише з метою обґрунтування погляду, що нормологічний та патологічний процеси є різними якісними проявами одного й того самого процесу – пристосування чи адаптації. У цьому патологія який завжди є адаптивної аномалією, як і адаптивної нормою.

Виходячи з цього, практично всі хвороби є результатом помилок адаптивних реакціях на зовнішні подразники. З цієї точки зору більша частина хвороб (нервові розлади, гіпертонічна хвороба, виразкова хвороба шлунка і дванадцятипалої кишки, деякі типи ревматичних, алергічні, серцево-судинні захворювання та ниркові хвороби) є хворобами адаптації, тобто патологічні процеси та хвороби це всього лише особливості реакцій.

Відповідно до теорії адаптаційних реакцій залежно від сили впливу, в організмі можуть розвиватися три типи адаптаційних реакцій:

– на слабкі дії – реакція тренування;

– на дії середньої сили – реакція активації;

– на сильні, надзвичайні дії – стрес-реакція (по: Сельє Г.).

Реакція тренування має три стадії: орієнтування, перебудови, тренованості. У ЦНС переважає охоронне гальмування. В ендокринній системі спочатку помірно підвищується активність глюко- та мінералокортикоїдних гормонів, а потім поступово збільшується секреція мінералокортикоїдів та нормалізується секреція глюкокортикоїдів на тлі помірно підвищеної функціональної активності щитовидної та статевих залоз.

Реакція активації має дві стадії: первинну активацію та стадію стійкої активації. У ЦНС переважає помірне, фізіологічне збудження. В ендокринній системі відзначається збільшення секреції мінералокортикоїдів при нормальній секреції глюкокортикоїдів та підвищення функціональної активності щитовидної та статевих залоз. Підвищення активності залоз внутрішньої секреції виражено більше, ніж при реакції тренування, але не має характеру патологічної гіперфункції. В обох стадіях реакції активації підвищується активна резистентність до ушкоджуючих агентів різної природи.

Реакція тренування та реакція активації – це адаптаційні реакції, які зустрічаються протягом нормального життя організму. Ці реакції є неспецифічною основою фізіологічних процесів, як і стрес – неспецифічної основою патологічних процесів.

В основі будь-якої адаптивної реакції організму лежать певні біохімічні перетворення. Жоден вид адаптації не обходиться без істотних біохімічних перебудов.

Біохімічна адаптація виконує у клітині такі основні функції:

1. Підтримка структурної цілісності макромолекул (ферментів скорочувальних білків, нуклеїнових кислот та інших.) за її функціонуванні у специфічних умовах.

2. Достатнє постачання клітини:

а) енергетичною валютою – АТФ;

б) відновлювальними еквівалентами, необхідними для перебігу процесів біосинтезу;

в) попередниками, що використовуються при синтезі запасних речовин (глікогену, жирів тощо), нуклеїнових кислот та білків.

3. Підтримка систем, що регулюють швидкості та напрямки метаболічних процесів відповідно до потреб організму та їх змін при зміні умов середовища.

Виділяють три типи механізмів біохімічної адаптації:

1. Пристосування макромолекулярних компонентів клітини чи рідин організму:

а) змінюються кількості (концентрації) наявних типів макромолекул, наприклад ферментів;

б) утворюються макромолекули нових типів, наприклад нові ізоферменти, якими заміщаються макромолекули, що раніше були в клітині, але стали не цілком придатними для роботи в умовах, що змінилися.

2. Пристосування мікросередовища, в якому функціонують макромолекули. Сутність цього механізму полягає в тому, що адаптивна зміна структурних та функціональних властивостей макромолекул досягається шляхом видозміни якісного та кількісного складу навколишнього ці макромолекули середовища (наприклад, його осмотичної концентрації або складу розчинених речовин).

3. Пристосування на функціональному рівні, коли зміна ефективності макромолекулярних систем, особливо ферментів, не пов'язана зі зміною числа макромолекул, що є в клітині, або їх типів. Цей тип біохімічної адаптації називається метаболической регуляцією. Його сутність полягає у регулюванні функціональної активності макромолекул, раніше синтезованих клітиною.

При вивченні впливу комплексу довго чинних факторівдовкілля організм людини важливе завдання становить оцінка стратегії адаптації. На основі знання стратегії адаптації можна прогнозувати характер поведінки організму в часі при його контакті з факторами довкілля, що змінюються.

Під стратегією адаптаціїрозуміють функціонально-часову структуру потоків інформації, енергії, речовин, що забезпечує оптимальний рівень морфофункціональної організації біосистем у неадекватних умовах середовища.

Критерієм, що лежить в основі виділення різних стратегій адаптації (типів реагування) є час виконання субмаксимальної роботи. Ця відносна величина завжди обернено пропорційна силі протидії організму руйнівному впливу середовища, за умови виконання організмом роботи субмаксимальної інтенсивності.

Можна виділити три варіанти "стратегії" адаптивної поведінки організму людини.

1. Тип стратегії ( стратегія типу «спринтер»): організм має здатність потужних фізіологічних реакцій з високим ступенемнадійності у відповідь на значні, але короткочасні коливання у зовнішньому середовищі. Однак такий високий рівень фізіологічних реакцій може підтримуватись відносно короткий термін. До тривалих фізіологічних навантажень із боку зовнішніх факторів, навіть якщо вони середньої величини, такі організми мало пристосовані.

2. Другий тип ( стратегія типу «стаєр»): організм менш стійкий до короткочасних значних коливань середовища, але має властивість витримувати тривалий час фізіологічні навантаження середньої сили.

3. Найбільш оптимальним типомстратегії є проміжний типщо займає середнє положення між зазначеними крайніми типами.

Формування стратегії адаптації генетично детерміновано, але у процесі індивідуального життя, відповідного виховання і тренування їх варіанти можуть коригуватися. Слід зазначити, що в однієї людини різні гомеостатичні системи можуть мати різні стратегії фізіологічної адаптації.

Встановлено, що з переважанням стратегії першого типу («спринтер») одночасне поєднання роботи та відновлювальних процесів виражено слабко й у зазначених процесів потрібна чіткіша ритмічність (тобто розчленування у часі).

У людей з переважанням стратегії 2 типу («стайер»), навпаки, резервні можливості та ступінь швидкої мобілізації не високі, однак робочі процеси легше поєднуються з процесами відновлення, що забезпечує можливість тривалого навантаження.

Так, в умовах північних широт у людей з варіантами стратегії типу "спринтер" спостерігається швидке виснаження та порушення ліпідно-енергетичного обміну, що призводить до розвитку хронічних патологічних процесів. У той самий час в людей, які стосуються варіанта стратегії «стайер», пристосувальні реакції до специфічним умовам високих широт найбільш адекватні і дозволяють їм тривалий час перебувати у умовах без розвитку патологічних процесів.

З метою визначення ефективності адаптаційних процесів було розроблено певні критерії та методи діагностики функціональних станів організму.

Р. М. Баєвським (1981) запропоновано враховувати п'ять основних критеріїв:

1 – рівень функціонування фізіологічних систем;

2 – ступінь напруги регуляторних механізмів;

3 – функціональний резерв;

4 – ступінь компенсації;

5 – урівноваженість елементів функціональної системи.

Як індикатор функціонального стану цілісного організму може розглядатися система кровообігу. Розглядаються три властивості системи кровообігу, за допомогою яких можна оцінити перехід від одного функціонального стану до іншого. Це:

– рівень функціонування. Під ним слід розуміти підтримку певних значень основних показників міокардіально-гемодинамічного гомеостазу: ударний та хвилинний об'єм, частота пульсу та артеріальний тиск;

– ступінь напруги регуляторних механізмівяка визначається показниками вегетативного гомеостазу, наприклад ступенем активації симпатичного відділу вегетативної нервової системи та рівнем збудження вазомоторного центру.

– функціональний резерв. Для його оцінки зазвичай приймають функціональні навантажувальні проби, наприклад, ортостатичну або з фізичним навантаженням.

Класифікація функціональних станів при розвитку хвороб адаптації (Баєвський Р. М., 1980):

1. Стан задовільної адаптації до умов довкілля. Для цього стану характерні достатні функціональні можливості організму, гомеостаз підтримується за мінімальної напруги регуляторних систем організму. Функціональний резерв не знижено.

2. Стан напруги адаптаційних механізмів. Функціональні можливості організму не знижено. Гомеостаз підтримується завдяки певній напрузі регуляторних систем. Функціональний резерв не знижено.

3. Стан незадовільної адаптації до умов довкілля. Функціональні можливості організму знижено. Гомеостаз зберігається завдяки значній напрузі регуляторних систем або завдяки включенню компенсаторних механізмів. Функціональний резерв знижений.

4. Зрив (ламання) механізмів адаптації. Різке зниженняфункціональні можливості організму. Гомеостаз порушено. Функціональний резерв різко знижений.

Дезадаптація та розвиток патологічних станів відбувається поетапно. З позицій біокібернетики переміщення від здоров'я до хвороби є поетапною зміною способів управління. Кожен стан відповідає свій характер структурно-функціональної організації біосистеми.

Початковий етап прикордонної зони між здоров'ям та патологією – це стан функціональної напруги механізмів адаптації. Найбільш характерною його ознакою є високий рівень функціонування, що забезпечується за рахунок інтенсивної або тривалої напруги регуляторних систем. Стан напруги адаптаційних механізмів, яке не виявляється при традиційному клінічному обстеженні, слід відносити до дозонологічних, тобто попереднім розвитку захворювання.

Пізніший етап прикордонної зони – стан незадовільної адаптації. Він характерно зменшення рівня функціонування біосистеми, неузгодження окремих її елементів, розвиток втоми і перевтоми. Стан незадовільної адаптації є активним пристосувальним процесом. Організм намагається пристосуватися до надмірних для нього умов існування шляхом зміни функціональної активності окремих системта відповідною напругою регуляторних механізмів. Стан незадоволеної адаптації може бути віднесено до преморбідних, оскільки значне зниження функціонального резерву дозволяє при використанні функціональних спроб виявити неадекватну відповідь організму, що вказує на приховану або початкову патологію.

З клінічної точки зору, тільки зрив адаптації відноситься до патологічних станів, бо він супроводжується помітними змінами показників, що традиційно вимірюються: частота пульсу, ударний і хвилинний обсяг, артеріальний тиск і т. д.

За своїми проявами захворювання адаптації носять поліморфний характер, охоплюючи різні системи організму. Найбільш поширені хвороби адаптації при тривалому перебуваннялюдей у несприятливих умовах (гірська хвороба та ін.). Внаслідок тривалої напруги механізмів регуляції, а також клітинних механізмів, відбувається виснаження та втрата найважливіших резервів організму (Гора Є. П., 1999). Тож профілактики хвороб адаптації використовують методи підвищення ефективності адаптації.

Методи підвищення ефективності адаптаціїможуть бути специфічними та неспецифічними.

До неспецифічним методам відносяться: активний відпочинок, загартовування, середні фізичні навантаження, адаптогени та терапевтичні дози різноманітних курортних факторів, які здатні підвищити неспецифічну резистентність, нормалізувати діяльність основних систем організму.

Адаптогени- Це засоби, що здійснюють фармакологічне регулювання адаптивних процесів в організмі. За своїм походженням адаптогени можуть бути поділені на дві групи: природні та синтетичні. Джерелами природних адаптогенів є наземні та водні рослини, тварини та мікроорганізми. До найважливіших адаптогенів рослинного походження відносяться женьшень, елеутерокок, лимонник китайський, аралія маньчжурська, заманиха, шипшина і т. д. До препаратів тваринного походження відносяться: пантокрин, що отримується з пантів маралу; рантарин – з пантів північного оленя, апілак – із бджолиного маткового молочка. Широке застосування отримали речовини, виділені з різних мікроорганізмів та дріжджів (продігіоган, зимозан та ін.). Високу адаптогенну активність мають вітаміни. Багато ефективних синтетичних сполук отримані з природних продуктів (нафта, вугілля тощо).

Специфічні методи збільшення ефективності адаптації засновані на підвищенні резистентності організму до якогось певного фактора середовища: холоду, гіпоксії тощо. До них відносяться лікарські засоби, Фізіотерапевтичні процедури, спеціальні тренування і т. д. (Гора Є. П., 1999).

Безліч досліджень у галузі штучного інтелекту стикаються з проблемою відсутності на сьогоднішній момент будь-якої потужної теорії свідомості та мозкової активності. Фактично ми маємо досить убогі знання про те, яким чином мозок навчається і досягає адаптивного результату. Однак, на даний момент відбувається помітне збільшення взаємовпливу галузі штучного інтелекту та нейробіології. За результатами математичного моделювання мозкової активності ставляться нові цілі для експериментів у галузі нейробіології та психофізіології, а експериментальні дані біологів своєю чергою впливають на вектор розвитку ІІ.

Виходячи з вищесказаного стає ясно, що для майбутнього успішного розвитку біонічного ІІ необхідна щільна співпраця математиків і нейробіологів, яка буде плідною для обох областей. Для цього, зокрема, необхідно вивчення сучасних успіхів теоретичної нейробіології.

На даний момент існують три найбільш опрацьовані та частково експериментально перевірені теорії будови свідомості в галузі теоретичної нейробіології: теорія функціональних систем П.К. Анохіна, теорія селекції нейрональних груп (нейродарвінізм) Джеральда Едельмана та теорія глобальних інформаційних просторів Жана-П'єра Шанже (спочатку сформульована Бернардом Баарсом). Інші теорії або є модифікаціями названих, або не підтверджені жодними експериментальними даними. У цій статті йдеться про першу з цих теорій. Теорії функціональних систем П.К. Анохіна.

Парадигми реактивності та активності

У першу чергу необхідно сказати про те, що при всьому різноманітті теорій і підходів, що використовуються в психології, психофізіології та нейронауках, їх можна умовно поділити на дві групи. У першій групі як основний методологічний принцип, що визначає підхід до дослідження закономірностей мозкової організації поведінки та діяльності, розглядається реактивність, у другій – активність (рис. 1).

Рис. 1. Дві парадигми нейрофізіології - реактивність та активність

Відповідно до парадигми реактивності за стимулом слід реакція - поведінкова у індивіда, імпульсна у нейрона. В останньому випадку як стимул розглядається імпульсація пресинаптичного нейрона.

Відповідно до парадигми активності дія завершується досягненням результату та його оцінкою. У схему входить модель майбутнього результату: для людини, наприклад, контакт з об'єктом-метою .

Відповідно до реактивнісного підходу, агент не повинен проявляти активність без стимулів. Навпаки, при використанні парадигми активності ми можемо допустити випадок, коли агенту не надійшло жодного стимулу із зовнішнього середовища, проте, згідно з очікуванням агента, він повинен був надійти. У цьому випадку агент діятиме і навчатиметься для усунення неузгодженості, чого не може бути у разі найпростішої безумовної відповіді агента на стимул із зовнішнього середовища.

Теорія функціональних систем

Теоретично функціональних систем як детермінанти поведінки розглядається не минуле стосовно поведінки подія - стимул, а майбутнє – результат. Функціональна системає широка розподілена система, що динамічно складається, з різнорідних фізіологічних утворень, всі частини якої сприяють отриманню певного корисного результату. Саме випереджальне значення результату і модель майбутнього, створювана мозком, дозволяє говорити не про реакцію стимули із зовнішнього середовища, а про повноцінне цілепокладання.

Рис. 2. Загальна архітектура функціональної системи
(ОА – обстановкова аферентація, ПА – пускова аферентація)

Архітектура функціональної системи наведено на рис. 2. На схемі представлена послідовність процесів при реалізації однієї функціональної системи. Спочатку відбувається аферентний синтез, який акумулює сигнали із зовнішнього середовища, пам'ять та мотивацію суб'єкта. На основі аферентного синтезу приймається рішення, на основі якого формується програма дій та акцептор результату дії – прогноз результативності дії, що здійснюється. Після чого безпосередньо відбувається дія та знімаються фізичні параметри результату. Однією з найважливіших частин даної архітектури є зворотна аферентація – зворотний, яка дозволяє будувати висновки про успішності тієї чи багато дії. Це безпосередньо дозволяє суб'єкту навчатися, оскільки порівнюючи фізичні параметри отриманого результату та передбачуваного результату, можна оцінювати результативність цілеспрямованої поведінки. Причому слід зазначити, що у вибір тієї чи іншої дії впливає дуже багато чинників, сукупність яких обробляється у процесі афферентного синтезу.

Такі функціональні системи виробляються у процесі еволюціїі навчання протягом життя. Якщо узагальнювати, то вся мета еволюції – це вироблення багатофункціональних систем, які будуть давати кращий пристосувальний ефект. Функціональні системи, що виробляються еволюцією, розвиваються ще до народження, коли немає прямого дотику із середовищем, і забезпечують первинний репертуар. Саме цей факт вказує на еволюційну природуцих явищ. Такі процеси отримали загальна назва – первинний системогенез .

Системно-еволюційна теорія, розроблена Швирковим В.Б. на основі теорії функціональних систем, відкидала навіть поняття «пускового стимулу» і розглядала поведінковий акт не ізольовано, а як компонент поведінкового континууму: послідовності поведінкових актів, що здійснюються індивідом протягом його життя (рис. 3). Наступний акт у континуумі реалізується після досягнення та оцінки результату попереднього акта. Така оцінка - необхідна частина процесів організації наступного акта, які, таким чином, можуть бути розглянуті як трансформаційні або процеси переходу від одного акта до іншого.

Рис. 3. Поведінково-тимчасовий континуум

З усього вищесказаного випливає, що індивід, і навіть окремий нейрон, повинні мати здатність виробляти образ результату дії і можливість оцінювати результативність своєї поведінки. При виконанні цих умов поведінку можна з упевненістю називати цілеспрямованою.

Проте, процеси системогенезу відбуваються у мозку у розвитку (первинний системогенез), а й протягом життя суб'єкта. Системогенез– це утворення нових систем у процесі навчання. У рамках системно-селекційної концепції навчання – формування нової системи – розглядається як формування нового елемента індивідуального досвіду у процесі навчання. В основі формування нових функціональних систем при навченні лежить селекція нейронів з "резерву" (імовірно низько активних або "мовчазних" клітин). Ці нейрони можуть бути позначені як преспеціалізовані клітини.

Селекція нейронів залежить від своїх індивідуальних властивостей, тобто. від особливостей їх метаболічних потреб. Відібрані клітини стають спеціалізованими щодо новоствореної системи – системно-спеціалізованими. Ця спеціалізація нейронів щодо новостворених систем постійна. Таким чином, нова системавиявляється «добавкою» до раніше сформованих, «нашаровуючись» на них. Цей процес називається вторинним системогенезом .

Наступні положення системно-еволюційної теорії:
про наявність у мозку тварин різних видів великої кількості клітин, що «мовчать»;
про збільшення кількості активних клітин під час навчання;
про те, що новостворені спеціалізації нейронів залишаються постійними
що при навчанні відбувається швидше залучення нових нейронів, ніж перенавчання старих,
узгоджуються з даними, отриманими у роботах низки лабораторій.

Окремо хотілося б зазначити, що згідно з сучасними уявленнями психофізіології та системно-еволюційної теорії кількість та склад функціональних систем індивіда визначається як процесами еволюційної адаптації, що відображаються в геномі, так і індивідуальним прижиттєвим навчанням.

Теорія функціональних систем успішно досліджується шляхом імітаційного моделювання та на її основі будуються різні моделі управління адаптивною поведінкою.

Замість ув'язнення

Теорія функціональних систем у свій час першою ввела поняття цілеспрямованості поведінки за рахунок порівняння передбачення результату з фактичними його параметрами, а також навчання як спосіб усунення неузгодженості організму із середовищем. Багато положень цієї теорії вже зараз потребують суттєвого перегляду та адаптації з урахуванням нових експериментальних даних. Однак на сьогоднішній момент дана теорія входить до найбільш опрацьованих та біологічно адекватних.

Хотілося б ще раз відзначити, що на мій погляд подальшого розвитку області ІІ неможливо без тісної співпраці з нейробіологами, без побудови нових моделей на основі потужних теорій.

Список літератури

. Олександров Ю.І. «Вступ до системної психофізіології». // Психологія ХХІ сторіччя. М: Пер Се, стор 39-85 (2003).
. Александров Ю.І., Анохін К.В. та ін Нейрон. Опрацювання сигналів. Пластичність. Моделювання: Фундаментальний посібник. Тюмень: Видавництво Тюменського державного університету (2008).
. Анохін П.К. Нариси з фізіології функціональних систем. М: Медицина (1975).
. Анохін П.К. «Ідеї та факти у розробці теорії функціональних систем». / / Психологічний журнал. Т.5, стор 107-118 (1984).
. Анохін П.К. "Системогенез як загальна закономірність еволюційного процесу". // Бюлетень експериментальної біології та медицини. № 8, т. 26 (1948).
. Швирков В.Б. Введення у об'єктивну психологію. Нейрональні засади психіки. М: Інститут психології РАН (1995).
. Олександров Ю.І. Психофізіологія: Підручник для вузів. 2-ге вид. Спб: Пітер (2003).
. Олександров Ю.І. «Навчання та пам'ять: системна перспектива». // Другі симоновські читання. М: Вид. РАН, стор 3-51 (2004).
. Теорія системогенезу. Під. ред. К.В.Судакова. М: Горизонт (1997).
. Jog M.S., Kubota K, Connolly C.I., Hillegaart V., Graybiel A.M. "Bulding neural representations of habits". // Science. Vol. 286, pp. 1745-1749 (1999).
. Red"ko VG, Anokhin KV, Burtsev MS, Manolov AI, Mosalov OP, Nepomnyashchikh VA, Prokhorov DV "Project "Animat Brain": Designing the Animation Control System on the Basis of the Functional Systems Theory" // Anticipatory Behavior in Adaptive Learning Systems.LNAI 4520, pp.94-107 (2007).
. Red"ko V.G., Prokhorov D.V., Burtsev M.S. "Theory of Functional Systems, Adaptive Critics and Neural Networks" // Proceedings of IJCNN 2004. Pp.

Міністерство вищої професійної освітиРФ

Російський Державний Гуманітарний Університет

Інститут психології

Сорокін Олександр Олексійович

І курс, 1 група.

Реферат

"Основні поняття в теорії функціональних систем".

Москва,

1999 рік.

Що є функціональна система ?

У цій роботі я повинен якомога ясно і коротко описати основні поняття теорії П.К. Анохіна про функціональні системи, як принципи життєдіяльності. Тому перш ніж розбирати складові системи, треба висвітлити, що є вона сама і для чого вона функціонує.

Основні фізіологічні закономірності таких систем було сформульовано лабораторією Анохіна ще 1935 року, тобто. задовго до того, як були опубліковані перші роботи з кібернетиці, проте зміст публікацій відповідав тим принципам, які Анохін виділив пізніше. За своєю архітектурою функціональні системи цілком відповідають будь-якої кібернетичної моделі зі зворотним зв'язком, і тому вивчення властивостей різних функціональних систем організму, зіставлення участі у яких приватних і загальних закономірностей, безсумнівно, послужить пізнання будь-яких систем з автоматичною регуляцією.

“Під функціональною системою ми розуміємо таке поєднання процесів і механізмів, яке формуючи динамічно в залежності від даної ситуації, неодмінно призводячи до кінцевого пристосувального ефекту, корисного для організму саме в цій ситуації ” . Тобто у наведеному формулюванні до нас хочуть донести, що функціональна система може бути складена з таких апаратів та механізмів, які можуть бути дуже віддаленими в анатомічному відношенні. Виходить, що склад функціональної системи (Далі ФС)і напрямок її діяльності визначаються не органом, ні анатомічною близькістю компонентів а динамікою об'єднання, що диктується лише якістю кінцевого пристосованого ефекту.

У деяких випадках формування саморегулівних систем отримало назву “ біологічного регулювання ” ( Wagner, 1958), але коли саморегуляція розглядалася щодо живих істот. Однак незалежно від найменування, для того, щоб придбати пристосований сенс для організму, ці різні форми об'єднання в усіх випадках повинні мати всі ті властивості, які ми формулюємо для ФС. Виходить, що ФС не відноситься лише до кори головного мозку або навіть до цілого головного мозку. Вона є за своєю суттю центрально - периферична освіта,в якому імпульси циркулюють як від центру до периферії, так і від периферії до центру ( зворотна аферентація), що створює безперервну інформацію центральної нервової системи про досягнуті на периферії результати.

Необхідно також охарактеризувати основу або "життєвий вузол" будь-якої ФС - надзвичайно міцно пов'язану функціональну пару - кінцевий ефект системи та апарат оцінки достатності чи недостатності цього ефекту за допомогою спеціальних рецепторних утворень.Як правило, “ кінцевий пристосувальний ефект ” служить основним завданням виживання організму і тією чи іншою мірою життєво необхідний. Це положення абсолютно правильне, коли йдеться про життєво важливі функції, як то: дихання, осмотичний тиск крові, рівень кров'яного тиску, концентрація цукру в крові та ін. Тут ФС є розгалуженою фізіологічною організацією, що становить конкретний фізіологічний апарат, що служить підтримці життєво важливих констант організму (гомеостазис) тобто. здійснення процесу саморегуляції. Коли йдеться про ФС, це відноситься не тільки до систем з константними кінцевими, які мають здебільшого вроджені механізми.

Основна відмінність у побудові та організації даного виду системи, формування її екстремально або на основі умовного рефлексу. Однак, незважаючи на такі різні якісні відмінності, всі ФС мають ті ж архітектурні особливості, а доказ цього те, що “ФС справді є універсальним принципом організації процесів та механізмів, що закінчуються отриманням кінцевого пристосувального ефекту ”. Загальноприйнято ФС сприймається як одиниця інтегративної діяльності.

З допомогою експериментів П.К. Анохін сформулював основні постулати у загальній теорії ФС.

Постулат перший

Провідним системоутворюючим фактором ФС будь-якого рівня організації є корисний для життєдіяльності організму пристосувальний результат.

Постулат другий

Будь-яка функціональна система організму будується на основі принципу саморегуляції: відхилення результату від рівня, що забезпечує нормальну життєдіяльність, за допомогою діяльності відповідної функціональної системи є причиною відновлення оптимального рівня цього результату.

Постулат третій

Функціональні системи є центрально - периферичними утвореннями, що вибірково поєднують різні органи і тканини для досягнення корисних для організму пристосувальних результатів.

Постулат четвертий

Функціональні системи різного рівня характеризуються ізоморфною організацією: вони мають однотипну архітектоніку.

Постулат п'ятий

Окремі елементи у функціональних системах взаємодіють досягненню їх корисних для організму результатів.

Постулат шостий

Функціональні системи та його окремі частини вибірково дозрівають у процесі онтогенезу, відбиваючи цим загальні закономірності системогенезу.

Тепер ми знаємо, що ФС – це організація активних елементів у взаємозв'язку, спрямоване на досягнення корисного пристосувальногорезультату. Слід гадати, що настав час розібрати поняття, які у систему, оскільки у цьому полягає основна тема.

Основні поняття теорії ФС.

За різними джерелами можна по-різному виділити і основні поняття ФС. Спочатку наведемо класичну схему самої системи, та був розберемо її окремі поняття.

1) Пусковий стимул (інакше роздратування).

2) Обстановкові аферентації.

3) Пам'ять.

4) Домінуюча мотивація.

5) Аферентний синтез.

6) Ухвалення рішення.

7) акцептор результату дії.

8) Програма дії.

9) Еферентні збудження.

10) Дія.

11) Результат дії.

12) Параметри результату

13) Зворотна аферентація.

Якщо мною нічого не забуто, то саме в такому компонуванні працює система. Тільки в багатьох роботах навіть не зустрічається згадка про такі частини системи, як: настановна аферентація, пусковий стимул. Це замінено однією єдиною фразою – аферентний синтез. Він становить початкову стадію поведінкового акта будь-якого ступеня складності, отже і початок роботи ФС становить він. Важливість ж аферентного синтезу у тому, що він визначає все наступне поведінка організму. Основне завдання цієї стадії полягає в тому, щоб зібрати необхідну інформацію про різні параметри зовнішнього середовища. Завдяки йому з безлічі зовнішніх та внутрішніх подразників організм відбирає головні та створює мету поведінки (мабуть тут паралельно діє механізм домінуючої мотивації) . Вважаю, що домінуюча мотивація – це дії в даний момент, спрямовані на рішення, задоволення будь-якої потреби, потреби, бажання, які переважають над усіма іншими спонуканнями.Оскільки вибір такої інформації впливає як мета поведінки, і попередній досвід життєдіяльності, то аферентний синтез завжди індивідуальний.Я вже згадав, що стадія аферентного синтезу включає не один компонент. Згідно з даними настановної аферентаціїі за сприяння домінуючої мотивації,базуючись на досвіді закладеному в пам'яті,формується рішення у тому що робити. Відбувається це в блоці прийняття рішення.Якщо до цього блоку доходять відразу кілька пускових стимулів, то має сформуватися рішення про домінуючий напрямок дій (але іноді і про домінуючих, тобто кількох) і запуску їх у програму виконання, інші повинні відсіється і розпастися як не функціональні. Відбувається перехід до формування програми процесів, яка забезпечує подальшу реалізацію однієї дії з безлічі потенційно можливих. Копія обраного рішення передається до блоку акцептора результату дій, а основна інформація надходить до блоку еферентного синтезу.Команда, представлена комплексом еферентних збуджень, прямує до периферичних виконавчим органамта втілюється у відповідну дію. У цьому блоці вже міститься набір стандартних програм, відпрацьованих у ході індивідуального та видового досвіду для отримання позитивних результатів. Завдання блоку на даний момент визначити та "підключити" найбільш адекватну програму. Важливою рисою ФС є її індивідуальні вимоги до аферентації. Саме кількість та якість аферентних імпульсацій характеризує ступінь складності, довільності чи автоматизованості функціональної системи.

Завдання намічені до виконання в блоці прийняття рішення та запущені у здійснення і слід називати програмою.Навіщо створюється програма? Відповідь вже була дана вище, для того ж навіщо існує система – для досягнення кінцевої мети. Це практична частинасистеми на відміну стратегічного аферентного синтезу. Але програма з будь-яких зовнішніх впливів може виконати поставленої мети. Що ж через це руйнувати всю систему та формувати нову? Це було б не функціонально, забезпечувало б погану пристосованість і вимагало більше часу. Система не діє таким шляхом, вже при виконанні програми в роботу вступає акцептор одержаного результату. У ньому завжди зберігається копія отриманого раніше рішення. Він є необхідною частиною ФС – це центральний апарат оцінки результатів і параметрів дії, що ще не відбулася. Припустимо, що має бути здійснено певну поведінкову дію, а вже до його здійснення змодельовано уявлення про нього або образ очікуваного результату. У процесі реальної дії від акцептора йдуть еферентні сигнали до нервових моторних структур, що забезпечують досягнення необхідної мети. Якщо припустити що через якихось впливів настановної аферентації поставлена під загрозу життя всієї системи, то акцептор коригує програму прямо в процесі її виконання, причому адекватно до змін. А про успішність \ неуспішності поведінкового акту сигналізує аферентна імпульсація, що надходить в мозок, від усіх рецепторів, які реєструють послідовні етапи виконання конкретної дії (Зворотна аферентація). Оцінка поведінкового акта як у цілому, і у деталях неможлива без такої точної інформації про результати кожного з дій. Щоб гарантувати реалізацію будь-якого поведінкового акта, потрібна наявність саме цього механізму. Більше того, швидше за все організм загинув би в перші години через неадекватність дій, якби такого механізму не існувало.

Теорія функціональних систем визначає організацію процесів життєдіяльності в цілісному організмі, що взаємодіє із середовищем.

Функціональна система (ФС) – одиниця інтегративної діяльності цілого організму, що включає елементи різної анатомічної приналежності, активно взаємодіючі між собою та із зовнішнім середовищем у напрямку досягнення корисного, пристосувального результату.

Пристосувальний результат – певне співвідношення організму та зовнішнього середовища, яке припиняє дію, спрямоване на його досягнення, та уможливлює реалізацію наступного поведінкового акту. Досягти результату – значить змінити співвідношення між організмом та середовищем у корисному для організму напрямку.

Досягнення пристосувального результату ФС здійснюється за допомогою специфічних механізмів, з яких найбільш важливими є:

Аферентний синтез всієї інформації, що надходить у нервову систему;

Прийняття рішення з одночасним формуванням апарату прогнозування результату як аферентной моделі результатів дії;
- Власне дія;
- звірення на основі зворотнього зв'язкуаферентної моделі акцептора результатів дії та параметрів виконаної дії;
корекція поведінки у разі неузгодженості реальних та ідеальних (змодельованих нервовою системою) параметрів дії.

Склад функціональної системи не визначається просторовою близькістю структур або їх анатомічною приналежністю. У ФС можуть включатися як близько, і віддалено розташовані структури організму. Вона може залучати окремі частини будь-яких цілісних анатомічному відношенні систем і навіть деталі окремих цілих органів. При цьому окрема нервова клітина, м'яз, частина будь-якого органу, весь орган можуть брати участь своєю активністю в досягненні корисного пристосувального результату, тільки включені у відповідну функціональну систему. Чинником, що визначає вибірковість цих сполук, є біологічна та фізіологічна архітектура самої ФС, а критерієм ефективності цих об'єднань є кінцевий пристосувальний результат.

Оскільки для будь-якого живого організму кількість можливих пристосувальних ситуацій у принципі необмежена, то, отже, та сама нервова клітина, м'яз, частина будь-якого органу чи сам орган можуть входити до складу кількох функціональних систем, у яких виконуватимуть різні функції.

Отже, щодо взаємодії організму з середовищем одиницею аналізу виступає цілісна, динамічно організована функціональна система. Типи та рівні складності ФС. Функціональні системи мають різну спеціалізацію. Одні відповідають за дихання, інші – за рух, треті – за харчування тощо. ФС можуть належати до різних ієрархічних рівнів і бути різного ступеня складності: одні з них властиві всім особам цього виду (і навіть інших видів); інші індивідуальні, тобто. формуються довічно у процесі оволодіння досвідом та становлять основу навчання.

Ієрархія – розташування частин чи елементів цілого порядку від вищого до нижчого, причому кожен вищележачий рівень наділений особливими повноваженнями стосовно нижележащим. Гетерархія – принцип взаємодії рівнів, коли за жодним з них не зафіксовано постійну роль ведучого та допускається коаліційне об'єднання вищих і нижчих рівніву єдину систему дії.

Функціональні системи різняться за рівнем пластичності, тобто. за здатністю змінювати складові їх компоненти. Наприклад, ФС дихання складається переважно зі стабільних (вроджених) структур і тому має малу пластичність: в акті дихання, як правило, беруть участь ті самі центральні та периферичні компоненти. У той же час ФС, що забезпечує рух тіла, пластична і може легко перебудовувати компонентні взаємозв'язки (до чогось можна дійти, добігти, дострибати, доповзти).

Аферентний синтез. Початкову стадіюповедінкового акта будь-якого ступеня складності, отже, і початок роботи ФС становить аферентний синтез. Аферентний синтез – процес відбору та синтезу різних сигналів про довкіллята ступеня успішності діяльності організму в її умовах, на основі якого формується мета діяльності, управління нею.

Важливість аферентного синтезу у тому, що це стадія визначає все наступне поведінка організму. Завдання цієї стадії – зібрати необхідну інформацію про різні параметри зовнішнього середовища. Завдяки аферентному синтезу з безлічі зовнішніх і внутрішніх подразників організм відбирає головні та створює мету поведінки. Оскільки на вибір такої інформації впливають як мета поведінки, так і попередній досвід життєдіяльності, остільки аферентний синтез завжди індивідуальний. На цій стадії відбувається взаємодія трьох компонентів: мотиваційного порушення, обстановочної аферентації (тобто інформації про зовнішнє середовище) і слідів минулого досвіду, що витягуються з пам'яті.

Мотивація - спонукання, що викликають активність організму та визначають її спрямованість. Мотиваційне порушення з'являється в центральній нервовій системі з виникненням у тварини або людини будь-якої потреби. Воно – необхідний компонент будь-якої поведінки, яка завжди спрямована на задоволення домінуючої потреби: вітальної, соціальної чи ідеальної. Важливість мотиваційного збудження для аферентного синтезу видно вже з того, що умовний сигнал втрачає здатність викликати раніше вироблену поведінку (наприклад, прихід собаки до певної годівниці для отримання їжі), якщо тварина вже добре нагодована і, отже, у неї відсутня харчове мотиваційне збудження.

Мотиваційне збудження грає особливу роль формуванні аферентного синтезу. Будь-яка інформація, що надходить у центральну нервову систему, співвідноситься з домінуючим у даний часмотиваційним збудженням, яке є хіба що фільтром, що відбирає необхідне і відкидає непотрібне для цієї мотиваційної установки.

Обстановкова аферентація – інформація про довкілля. В результаті обробки та синтезу стимулів зовнішнього середовища приймається рішення про те, що робити і відбувається перехід до формування програми дій, яка забезпечує вибір і подальшу реалізацію однієї дії з безлічі потенційно можливих. Команда, представлена комплексом еферентних збуджень, прямує до периферичних виконавчих органів та втілюється у відповідну дію. Важливою рисою ФС є її індивідуальні та змінні вимоги до аферентації. Саме кількість та якість аферентних імпульсацій характеризує ступінь складності, довільності чи автоматизованості функціональної системи. Завершення стадії аферентного синтезу супроводжується переходом у стадію прийняття рішення, яка визначає тип і спрямованість поведінки. Стадія ухвалення рішення реалізується через спеціальну, важливу стадію поведінкового акта – формування апарату акцептора результатів дії.

Необхідною частиною ФС є акцептор результатів дії - центральний апарат оцінки результатів і параметрів дії, що ще не відбулася. Таким чином, ще до здійснення будь-якого поведінкового акта живого організму вже є уявлення про нього, своєрідна модель або образ очікуваного результату.

Поведінковий акт - відрізок поведінкового континууму від одного результату до іншого результату. Поведінковий континуум - Послідовність поведінкових актів. У процесі реальної дії від акцептора йдуть еферентні сигнали до нервових та моторних структур, що забезпечують досягнення необхідної мети. Про успішність або не успішність поведінкового акту сигналізує афферентна імпульсація, що надходить в мозок, від усіх рецепторів, які реєструють послідовні етапи виконання конкретної дії (зворотна афферентація). Зворотна аферентація – процес корекції поведінки, з урахуванням одержуваної мозком інформації ззовні про результати діяльності. Оцінка поведінкового акта, як у цілому, і у деталях неможлива без такої точної інформації про результати кожного з дій. Цей механізм є абсолютно необхідним успішності реалізації кожного поведінкового акта.

Кожна ФС має здатність до самої регуляції, яка властива їй як цілому. При можливому дефекті ФС відбувається швидка складових її компонентів так, щоб необхідний результат, нехай навіть менш ефективно (як за часом, так і за енергетичними витратами), але все ж таки був би досягнутий.

Основні ознаки ФС. П.К.Анохіним були сформульовані такі ознаки функціональної системи:

1) ФС, зазвичай, є центрально-периферичним освітою, стаючи, в такий спосіб, конкретним апаратом саморегуляції. Вона підтримує свою єдність на основі циркуляції інформації від периферії до центрів та від центрів до периферії.
2) Існування будь-якої ФС обов'язково пов'язані з існуванням будь-якого чітко окресленого пристосувального ефекту. Саме цей кінцевий ефект визначає той чи інший розподіл збудження та активності за функціональною системою в цілому.
3) Наявність рецепторних апаратів дає змогу оцінювати результати дії функціональної системи. У ряді випадків вони можуть бути вродженими, а в інших – виробленими у житті.
4) Кожен пристосувальний ефект ФС (тобто результат будь-якої дії, що здійснюється організмом) формує потік зворотних аферентацій, що досить докладно представляє всі наочні ознаки (параметри) отриманих результатів. У тому випадку, коли при доборі найефективнішого результату ця зворотна аферентація закріплює найуспішнішу дію, вона стає “акціонерною” (визначальною) аферентацією.
5) Функціональні системи, на основі яких будується пристосувальна діяльність новонароджених тварин до характерних для них екологічних факторів, мають всі зазначені вище риси і архітектурно виявляються дозрілими до моменту народження. Із цього випливає, що об'єднання частин ФС (принцип консолідації) має стати функціонально повноцінним на певному терміні розвитку плода ще до народження.

Значення теорії ФС для психології. Починаючи з перших своїх кроків, теорія функціональних систем здобула визнання з боку природничо-наукової психології. У найбільш опуклій формі значення нового етапу у розвитку вітчизняної фізіологіїбуло сформульовано А.Р.Лурією (1978).

Він вважав, що використання теорії функціональних систем дозволяє по-новому підійти до вирішення багатьох проблем в організації фізіологічних основ поведінки та психіки.

Завдяки теорії ФС:

Відбулася заміна спрощеного розуміння стимулу як єдиного збудника поведінки складнішими уявленнями про фактори, що визначають поведінку, з включенням до їхньої кількості моделей потрібного майбутнього або образу очікуваного результату.
- було сформульовано уявлення про роль “зворотної аферентації” та її значення для подальшої долівиконуваного дії, останнє радикально змінює картину, показуючи, що це подальше поведінка залежить від виконаного действия.
- було введено уявлення про новий функціональний апарат, який здійснює звірення вихідного образу очікуваного результату з ефектом реальної дії – “акцептор” результатів дії. Акцептор результатів дії - психофізіологічний механізм прогнозування та оцінки результатів діяльності, що функціонує в процесі прийняття рішення і діє на основі співвіднесення з моделлю передбачуваного результату, що знаходиться в пам'яті.

П.К.Анохін впритул підійшов до аналізу фізіологічних механізмів прийняття рішення. Теорія ФС представляє зразок відмовитися від тенденції зводити найскладніші формипсихічної діяльності до ізольованих елементарних фізіологічних процесів та спроби створення нового вчення про фізіологічні засади активних форм психічної діяльності. Проте слід наголосити, що, незважаючи на значення теорії ФС для сучасної психології, існує чимало дискусійних питань, що стосуються сфери її застосування.

Так, неодноразово зазначалося, що універсальна теорія функціональних систем потребує конкретизації стосовно психології і потребує більш змістовної розробки у процесі вивчення психіки та поведінки людини. Дуже ґрунтовні кроки в цьому напрямку були вжиті В.Б.Швирковим (1978, 1989), В.Д.Шадриковим (1994, 1997). Було б передчасно стверджувати, що теорія ФС стала головною дослідницькою парадигмою психофізіології. Існують стійкі психологічні конструкти та явища, які не отримують необхідного обґрунтування у контексті теорії функціональних систем. Мова йдепро проблему свідомості, психофізіологічні аспекти якої розробляються у час дуже продуктивно.

Назад | |

Теорія функціональної системи П.К. (Анохін). Функціональна система поведінки.

Теорія функціональної системи Петра Кузьмича Анохіна розроблялася протягом другої половини ХХ століття. Вона постала як закономірний етап розвитку рефлекторної теорії.

Ця теорія була розроблена щодо механізмів компенсації порушених функцій організму. Як було показано П.К.Анохіним, компенсація мобілізує значну кількість різних фізіологічних компонентів - центральних і периферичних утворень, функціонально об'єднаних між собою для отримання корисного, пристосувального ефекту, необхідного живому організму в даний момент часу. Таке широке функціональне об'єднання по-різному локалізованих структур та процесів для отримання кінцевого пристосувального результату було названо “функціональною системою”. Функціональна система (ФС) – одиниця інтегративної діяльності цілого організму, що включає елементи різної анатомічної приналежності, активно взаємодіючі між собою та із зовнішнім середовищем у напрямку досягнення корисного, пристосувального результату.

Головним постулатом рефлекторної теорії став постулат про провідне значення стимулу, що викликає через збудження відповідної рефлекторної дуги рефлекторну дію. Найвищий розквіт рефлекторної теорії – вчення І.П. Павлова про вищу нервову діяльність. Проте в рамках рефлекторної теорії важко судити про механізми цілеспрямованої діяльності організму, поведінку тварин. І.П. Павлов встиг запровадити принцип системності уявлення про регулювання функцій нервової системою. Його учень П.К.Анохін, а потім учень П.К.Анохіна академік Костянтин Вікторович Судаков розробили сучасну теоріюфункціональної системи

Виклад основних положень теорії по К.В.Судакову.

1.Визначальним моментом діяльності різних функціональних систем, що забезпечують гомеостазис та різні форми поведінки тварин і людини є не сама дія (і тим більше не стимул до цієї дії – подразник), а корисний для системи та всього організму в цілому результат цієї дії.

2.Ініціативна роль у формуванні цілеспрямованої поведінки належить вихідним потребам, що організують спеціальні функціональні системи, що включають механізми мотивації і на їх основі мобілізують генетично детерміновані або індивідуально набуті програми поведінки.

3.Кожна функціональна система будується за принципом саморегуляції, відповідно до якого будь-яке відключення результату діяльності функціональної системи від рівня, що забезпечує нормальний метаболізм, саме (відхилення) є стимулом до мобілізації відповідних системних механізмів, спрямованих на досягнення результату, що задовольняє відповідні потреби.

4. Функціональні системи вибірково поєднують різні органи та тканини для забезпечення результативної діяльності організму.

5.У функціональних системах здійснюється стала оцінка результату діяльності за допомогою зворотної аферентації.

6. Архітектоніка функціональної системи набагато складніше, ніж рефлекторна дуга. Рефлекторна дуга – лише частина функціональної системи.

7.В центральній структурі функціональних систем поряд з лінійним принципом поширення збудження складається спеціальна інтеграція випереджальних збуджень, що програмують властивості кінцевого результату діяльності.

По П.К.Анохіну системою можна назвати тільки такий комплекс вибірково залучених до неї компонентів, у яких взаємодія та взаємовідносини набувають характеру взаємо сприяння компонентів, націленого на отримання фокусованого корисного результату. Результат є невід'ємним та вирішальним компонентом системи, інструментом, що створює впорядковане сприяння між усіма компонентами.

З погляду академіка Анохіна функціональні системи (травлення, виділення, кровообігу) – це динамічні саморегулюючі організації всіх складових елементів, діяльність яких підпорядкована отриманню життєво важливих організму пристосувальних результатів.

Умовно К.В.Судаков виділяє три групи пристосувальних результатів.

Провідні показники внутрішнього середовища, що визначають нормальний метаболізм тканин (збереження констант внутрішнього середовища, гомеостазис);

Результати поведінкової діяльності, що задовольняють основні біологічні потреби (взаємодія особи з місцем існування, пошук їжі);

Результати стадної діяльності тварин, що задовольняють потреби спільноти (збереження виду);

Для людини характерна і четверта група результатів:

Результати соціальної діяльності, задовольняють його соціальні потреби, зумовлені його становищем у певної суспільно-економічної формації.

Оскільки в цілому організмі існує безліч корисних пристосувальних результатів, що забезпечують різні сторони обміну речовин, організм існує завдяки сукупній діяльності багатьох функціональних систем. Існує поняття про ієрархію функціональних систем, через існування ієрархії результатів.