Основные положения учения И.П. Павлова об условных рефлексах

Способность предвидеть результаты падения у одних видов является врожденным рефлексом, у других - условным, то есть результатом научения. Так, новорожденный котенок, обезьянка будут всеми силами сопротивляться подталкиванию их к краю стола, что свидетельствует о том, что рефлекс экстраполяции падения (то есть оценка результатов падения) является у них врожденным. В то же время ребенок не боится высоты и лишь приобретя опыт падения с дивана, стула и т.д., взрослый человек, будучи в здравом уме, никогда не выйдет на улицу через балкон, даже если он очень спешит. Таким образом, один и тот же вид экстраполяционного рефлекса - предвидение результатов падения - у некоторых животных является врожденным, у человека - приобретенным, то есть условным.

Деление условных рефлексов можно проводить по их эфферентному проявлению. С этой точки зрения все условные рефлексы делятся на двигательные и вегетативные, в которых в качестве эфферентного проявления выступает работа какого-либо внутреннего органа или системы органов. Так, вегетативным условным рефлексом является I слюноотделительный рефлекс, возникающий при сочетании света электрической лампочки с пищевым подкреплением. Возможны условные рефлексы, которые проявляются в форме изменения функции сердечно сосудистой системы. Так, если человек в белом халате, находясь рядом с собакой, берет шприц, заполняет его адреналином и затем вводит адреналин собаке, то буквально через 1-2 сочетаний этих процедур с непосредственным эффектом адреналина, вызывающего учащение сердцебиений и увеличение кровяного давления, у собаки образуется условный вегетативный рефлекс на белый халат, шприц, человека. Каждый из этих раздражителей становится условным сигналом, вызывая учащение сердцебиений и подъем кровяного давления. Подобные вегетативные условные рефлексы сопровождают нас когда мы идем к зубному врачу, сдаем экзамены или готовимся к старту на стадионе. К двигательным условным рефлексам относятся рефлексы оборонительного типа, когда условный сигнал, например, звуки метронома, подкрепляется локальным раздражением лапы собаки слабым электрическим током. Через несколько сочетаний звука метронома с током у собаки вырабатывается условный двигательный оборонительный рефлекс - включение метронома вызовет у собаки отдергивание лапы. Эти двигательные рефлексы -относительно простые. Более сложная форма двигательных условных рефлексов была изучена американским психологом Р. Торндайком, который начал свои исследования одновременно с Павловым в первой половине 20 века. Используя так называемый метод проблемных ящиков, Торндайк изучал скорость выработки различных двигательных навыков у животных. Простейшим примером такого подхода является помещение животного (обычно мелких грызунов - мышей, крыс) в ящик, перегороженный ширмами с щелями и имеющий проволочный пол. Животное находится в крайнем отсеке этого лабиринта, когда подается сигнал в форме, например, гудка и вслед за этим через проволочный пол начинают пропускать слабый электрический ток. Это заставляет животное методом проб и ошибок находить выход в системе ширм и, подбегая к противоположному краю ящика, опять же методом проб и ошибок открывать «замок» ( в простой форме это - педаль, на которую необходимо нажать), после чего животное может выскочить из ящика и тем самым избавиться от болевых ощущений. Регистрируя время, необходимое животному для совершения всех пробных движений, приводящих в конце концов к избавлению от боли, Торндайк установил, что это время сокращается при повторении ситуации, что отражает выработку определенных двигательных навыков у животных. Эти рефлексы, которые проявляются в форме сложных двигательных реакций при действии условных сигналов, получили название инструментальных условных рефлексов, поскольку животное использует движение для того, чтобы избежать наказание (как в описанном выше примере) или получить положительное подкрепление в форме еды.

Есть некоторые  отличия инструментальных рефлексов от классических рефлексов, которые изучал И.П. Павлов. Во-первых, инструментальные рефлексы образуются значительно быстрее - после 1-2 сочетаний, в то время как классические - после 6-10 и более сочетаний. Во-вторых, в инструментальных условных рефлексах животное активно, оно должно «поработать», чтобы было подкрепление, в то время как в классических условных рефлексах животное пассивно, оно как бы «ждет» подкрепления, которое будет независимо от того, проявится условное слюноотделение или нет. Активность животных в инструментальных рефлексах подчас приобретает форму «озарения», то есть нахождения более удобных движений для достижении цели. В яркой форме подобное «озарение» проявилось в наблюдениях за обезьянами, В клетку, где находилась обезьяна, помещались легкие ящики разных размеров. Условный раздражитель сопровождался появлением под потолком клетки банана. Методом проб и ошибок обезьяна строила из ящиков пирамиду и таким образом доставала банан. Келлер, исследовавший формирование у обезьяны этого навыка, пожелавший продемонстрировать его студентам, зашел в клетку к обезьяне. Когда вслед за условным сигналом под потолком клетки появился банан, обезьяна, схватив исследователя за руку, потащила его к центру клетки и, взобравшись по нему, достала банан, Эти наблюдения свидетельствуют о гибкости в поведении высших млекопитающих, способных для достижения определенной цели «творчески» решать вопрос о способах ее достижения.

Рассмотрев  различные формы безусловных  и условных рефлексов, можно придти к выводу о том, что безусловные рефлексы, достаточно сложные и многообразные в своем проявлении, являются фундаментом для еще более сложных и многочисленных условных рефлексов, основное назначение которых обеспечить индивидуальную адаптацию к постоянно изменяющимся условиям среды обитания. Чем выше уровень филогенетического развития животного, тем более разнообразны его условные рефлексы, что создает основу для расширения границ его обитания, то есть его экологической ниши. Самые сложные по форме и многообразию условные рефлексы, несомненно, формируются у человека. Одно лишь сравнение возможности выработки инструментальных условных рефлексов у человека и высших животных подтверждает этот факт. Действительно, к инструментальным условным рефлексам у человека относятся все те двигательные навыки, которыми обладают люди таких профессий как хирурги, музыканты, спортсмены и др. Сравнение с вышеописанными двигательными навыками животных показывает качественное превосходство данного вида условных рефлексов и у человека.

5. Стадии и механизмы формирования условных рефлексов.

Основным  условием образования условных рефлексов  является, как уже указывалось, сочетание во  времени раздражителя,  который хотят сделать сигналом кормления (например, свет лампочки, звуки метронома), с раздражителем, вызывающим безусловнорефлекторную реакцию (например, с едой болевым раздражением). При этом сила первого сигнала, который является для животного на первых этапах индифферентным (то есть пока не связанным с  кормлением),  не  должна  превышать  силу  возбуждения  от безусловно-рефлекторного подкрепления. Иными словами, можно вырабатывать у собаки условный рефлекс на свет лампочки, но нельзя вырабатывать такой рефлекс на мощный свет электрической фары. В результате нескольких сочетаний света с едой свет приобретает сигнальное значение, то есть из индифферентного превращается в биологически значимый сигнал.  Почему свет приобретает способность   вызывать   слюноотделение?   Павлов   полагал,   что   в   основе образования условных рефлексов лежит процесс формирования временных ей за счет одновременного возбуждения в головном мозге двух центров распространения возбуждения между этими центрами, которое получило название встречной   иррадиации  возбуждения. Включение света воспринимается рецепторами сетчатки глаза собаки, и информация по зрительному нерву идет в головной мозг, достигая зрительного центра в коре больших полушарий, который приходит в состояние возбуждения. Вместе с тем, когда животному дают еду, возбуждаются вкусовые рецепторы ротовой полости, и от них информация по черепно-мозговым нервам (языкоглоточный, лицевой и др.) поступает также в головной мозг, приводя пищевой центр в состояние возбуждения. При этом пищевой центр возбуждается в большей степени, чем зрительный, то есть он является доминантным. В силу этого, как любой доминантный центр, он обладает особыми свойствами - притягивать к себе возбуждение от других менее возбужденных центров и усиливаться за их счет. Следовательно, возбуждение из зрительного центра распространяется волнами (иррадиирует), доходя до пищевого центра. Вместе с тем, доминирующий центр также распространяет вокруг себя волны возбуждения, вследствие чего наблюдается встречная иррадиация возбуждения. В результате неоднократных сочетаний индифферентного раздражителя с безусловным подкреплением всякий раз наблюдается встречная иррадиация возбуждения, что в конечном итоге приводит к «проторению пути», то есть к формированию между зрительным и пищевым центрами системы работающих нейронов, по которым возбуждение от центра условного сигнала идет к центру безусловного подкрепления, вызывая условную слюноотделительную реакцию. Таким образом, в основе образования условных рефлексов лежит «проторение пути» по механизму доминанты.

Временная связь, обеспечивающая передачу возбуждения  от центра условного сигнала к центру безусловного раздражителя, получила название прямой временной связи. Оказалось, что, помимо прямой, образуется и обратная временная связь, обеспечивающая передачу возбуждения от центра безусловного подкрепления к центру условного сигнала.

Особенно  хорошо обратная связь проявляется  при выработке классического  проприоцептивного условного рефлекса. Вспомним процедуру его выработки. Пассивное сгибание лапы собаки подкрепляется едой, в результате чего через несколько сочетаний каждый раз, когда вы берете лапу собаки в свою руку, у собаки выделяется слюна. Собака с таким рефлексом продемонстрировала удивительное поведение: когда она была голодна, то подходила к экспериментатору и протягивала ему лапу. Таким образом, наряду с классическим условным     проприоцептивиым     рефлексом     у     животного     образовался инструментальный условный рефлекс. Этот рефлекс обеспечивается обратной связью, то есть движением возбуждения от пищевого, сильно возбуждённого центра, к двигательному центру, вследствие чего собака активно сгибает лапу. Прямые и обратные временные связи вырабатываются всегда, однако если в классических условных рефлексах доминируют прямые связи, то в инструментальных рефлексах преобладают обратные.

6. Взаимосвязь  левого и правого полушарий при образовании условных рефлексов.

Исследуя  процессы образования и торможения условных рефлексов, Павлов пришел к выводу о том, что в коре больших полушарий происходят как аналититические, так и синтетические процессы. Так, сам факт образования условного рефлекса отражает процессы синтеза, то есть объединения в коре двух или нескольких возбужденных очагов, между которыми устанавливается временная связь. Выработка дифференцировочного торможения лежит в основе анализа (различения) близкородственных раздражителей. Выработка условных рефлексов улучшает аналитические способности мозга. Так, если человеку на ладонь вытянутой руки положить сначала грузик весом 30 г, а затем - в 31 г, то человек не ощущает разницы в массе грузиков. Но если грузик массой в 30 г подкреплять слабым электрическим током, то есть сделать его сигналом условного оборонительного рефлекса, то человек очень четко анализирует различие между грузиками.

На первых этапах образования условных рефлексов животное отвечает сходными реакциями на сигналы, похожие на условный раздражитель. Так, если условный пищевой рефлекс выработан на ноту ДО, то сначала любая другая нота вызывает этот же рефлекс. Эта стадия, получившая название стадии генерализации условного рефлекса, отражает синтетические процессы в коре больших полушарий. Но, поскольку едой подкрепляется только нота ДО, нес другие неподкрепляемые ноты перестают вызывать условное слюноотделение. Эта стадия получила название стадии специализации условного рефлекса, в основе которой лежат аналитические процессы в коре, обеспечивающие распознавание звуков.

Павлов создал учение о синтез-анализаторах, суть которого в том, что сложные процессы анализа и синтеза в высшей нервной деятельности обеспечиваются совместной работой основных анализаторов: зрительного, слухового, обонятельного, кожного, двигательного, вестибулярного, вкусового, а также анализаторов, рецепторы которых заложены во внутренних органах. Каждый анализатор состоит из трех частей: периферического, проводникового и мозгового отделов .

Периферический  отдел анализатора представлен  рецепторами, которые воспринимают внешние и внутренние сигналы. Рецепторами зрительного анализатора являются палочки и колбочки, расположенные в сетчатке глаза, рецепторами слухового анализатора -чувствительные клетки кортиева органа, расположенного в улитке, рецепторами кожного анализатора -многочисленные рецепторы кожи всей поверхности тела. Рецепторы двигательного анализатора расположены в мышцах и сухожилиях, составляя группу проприорецепторов.

Вкусовые  рецепторы покрывают поверхность  языка и ротовой полости и  раздражаются при пережевывании  пищи. Рецепторы вестибулярного анализатора, отвечающего за правильное положение тела в пространстве, расположены в полукружных каналах и в преддверии внутреннего уха. Проводниковый отдел каждого анализатора представлен соответствующими чувствительными

(афферентными, центростремительными) нервами: зрительными, слуховыми, обонятельными, вестибулярными. Часть центростремительных нервов не имеет специальных названий, входя в состав лицевого, языкоглоточного, подъязычного нервов, которые несут информацию от вкусовых рецепторов. Информация от кожных рецепторов, проприорецепторов и интерорецепторов идет к головному мозгу по нервным волокнам мощных восходящих путей в составе задних и частично боковых канатиков спинного мозга. Характерной особенностью всех чувствительных нервов у позвоночных является их полное или частичное перекрещивание, в результате чего у млекопитающих информация о раздражений рецепторов левой половины туловища поступает в правое полушарие, а информация о раздражении рецепторов правой половины тела - в левое полушарие.

Скорость  проведения возбуждения от рецепторов и органов чувств в головной мозг по чувствительным нервам составляет 100-120 м/сек и обеспечивается самыми быстродействующими миелиновыми нервными волокнами типа А. В результате столь быстрого проведения информации от рецепторов к Головному мозгу организм в состоянии быстро оценить характер и силу действующих стимулов и организовать адекватную ответную реакцию.

Организация ответных реакций  организма на различные внешние  и внутренние стимулы обеспечивается мозговым отделом анализатора. У низших позвоночных с неразвитыми полушариями мозга главную роль в организации реакций на зрительные, звуковые и вестибулярные раздражители играют средний мозг и мозжечок. У высших позвоночных, млекопитающих, вся информация о раздражении органов чувств и рецепторов поступает в кору больших полушарий, наиболее молодой в филогенетическом плане и наиболее сложный по строению отдел головного мозга. Поэтому мозговой отдел анализаторов у млекопитающих называется корковым отделом. Процесс перемещения всех чувствительных функций в одну плоскость - коры больших полушарий, получивший название кортикализации функций, привел к качественному скачку в аналитико-синтетической функции мозга. Действительно, кора больших полушарий представляет не что иное, как совокупность всех анализаторов, которые взаимодействуют между собой за счет процессов иррадиации возбуждения и образования временных связей, обеспечивая высший; корковый анализ и синтез внешних и внутренних раздражителей.

Аналитические процессы возможны и на уровне периферических отделов анализаторов, то есть на уровне рецепторов, органов чувств. Это так называемый периферический анализ. Уже на уровне сетчатки глаза за счет специализации в процессе эволюции ее рецепторов и разделения их на палочки и колбочки происходит первичный анализ зрительных сигналов. Палочки отвечают за восприятие черных, серых и белых тонов, обеспечивая так называемое сумеречное зрение, в то время как колбочки отвечают за восприятие разнообразных цветов (цветовое зрение) и остроту зрения. Днем преимущественно функционируют колбочки, в силу чего мы воспринимаем цвета, в сумерках функционируют палочки, и потому все предметы кажутся серыми («ночью все кошки серы»). Кроме того, острота зрения в сумеречное время намного ниже, чем днем.

Достаточно  сложный периферический анализ происходит в сетчатке глаза лягушки. Здесь расположены светочувствительные клетки различных типов, одни из которых возбуждаются при смене освещенности, другие - при появлении быстро движущихся предметов (пролетающей бабочки, стрекозы), третьи - при шевелении очень мелких предметов, например кончика травинки. Информация от этих чувствительных клеток поступает в мозг лягушки по отдельным проводникам, что облегчает аналитико-синтетическую деятельность мозга лягушки.

Периферический  анализ осуществляется и на уровне кожных рецепторов опять же в силу их специализации в ходе эволюции. Действительно, на поверхности кожи находятся высокочувствительные рецепторы: термо-, хемо-, барорецепторы, а также болевые рецепторы. Совместная работа всех этих групп рецепторов позволяет дифференцировать, то есть анализировать, различные свойства внешних контактных раздражителей. Слуховые рецепторы кортиева органа, расположенного в улитке, представлены десятками тысяч высокоспециализированных клеток, воспринимающих звуки разной частоты.

По мере эволюционного  развития в жизни организма все  большее значение стали приобретать высшие формы анализа и синтеза, осуществляемые в мозговых отделах анализаторов, у млекопитающих - в корковых отделах анализаторов.

Рассмотрим, как проявляются  аналитико-синтетические процессы в высшей нервной деятельности млекопитающих при выработке сложных условных рефлексов, например, рефлексов на одновременный комплекс раздражителей. Напомним, как вырабатываются и проявляются такие рефлексы. Взятые в виде аккорда ноты ДО, МИ, СОЛЬ третьей октавы подкрепляются едой, в результате чего вырабатывается условный рефлекс на данный комплекс звуков. Однако, на первых этапах выработки каждая нота, взятая по отдельности, вызывает эту же реакцию, и лишь по мере укрепления условного рефлекса отдельные раздражители теряют сигнальное значение, и условный рефлекс осуществляется лишь на комплекс данных звуков. Эти особенности при выработке условного рефлекса на комплексный раздражитель отражают сложные синтетические процессы в коре больших полушарий. На первых этапах выработки каждый из раздражителей связывается временной связью