Концептуальные достижения современной биологии. 3

Т.И.Шустова

Некоторые аспекты фундаментальных знаний о живом организме.
1.Информационное отражение как форма деятельности функциональных систем организма

По современным представлениям, любой «живой организм – это самоорганизующаяся нелинейная открытая метаболическая информационная система с развитыми обратными связями, подчиняющаяся законам управления, на основе которых она способна сохранять неравновесное гомеостатическое состояние и выполнять целенаправленные действия для удовлетворения своих многочисленных потребностей». Такое определение касается и высокоорганизованных многоклеточных организмов, в том числе человека, однако основной характеристикой для них является наличие признаков психической деятельности, связанной с возникновением нервной системы и развитием коры головного мозга.
Размышления о природе психической деятельности продолжаются, вероятно, с тех самых пор, как эта деятельность появилась, но к согласию об ее источнике удалось прийти сравнительно недавно – после достижений естественных наук двадцатого столетия. В это время психология вышла за рамки описательного человековедения. Она стала играть активную роль в определении методов и приемов воздействия на человека, его природные силы и потенции, поэтому сразу включилась в сферу нейронауки, которая изучает сложную систему отношений: природа – человек – общество. Эта система отношений проявляется в жизнедеятельности отдельных субъектов, различных социальных групп и объединений, а также в деятельности всего вида человека разумного в целом.
Современному представлению о психической деятельности способствовал прогресс естественно-научных и технических дисциплин, позволяющий рассматривать жизнедеятельность с привлечением понятийного аппарата системного анализа. С этой точки зрения, живой организм образует единство с внешней средой, являясь элементом системы более высокого порядка – биосферы (или ноосферы по Вернадскому). В то же время организм сам представляет собой сложную систему взаимосвязанных между собой и взаимодействующих элементов или структурно-функциональных рабочих единиц (СФРЕ), которые обеспечивают ему рост, развитие и полноценную жизнедеятельность. Таким образом, организм является СФРЕ на уровне биосферы; системы органов (сердечно-сосудистая, дыхательная, пищеварительная, выделительная, эндокринная, половая) – СФРЕ на организменном уровне; органы – СФРЕ этих систем и так далее вплоть до молекулярного и субмолекулярного уровней. При этом целостность и функциональное единство организма, а также его взаимодействие с внешней средой обеспечивает нервная система. Нервная система управляет работой всех прочих СФРЕ организма, объединяя и координируя их деятельность. Кроме того, при помощи органов чувств и специальных чувствительных окончаний во внутренних органах нервная система постоянно воспринимает раздражения из внешнего мира и обеспечивает ту или иную деятельность организма, осуществляя его взаимосвязь с системами более высокого порядка – природой и обществом. Таким образом, нервная система является управляющей системой – регулятором, и с помощью этой системы организм как целостная СФРЕ вступает в единство с внешней средой, в которой он растет и развивается. Именно поэтому отрасль науки, связанная с вопросами взаимоотношения организма и окружающей его среды, стала называться нейронаукой.
Термин «нейронаука» (neurosciense) был введен в конце 60-х годов двадцатого века американским биологом Френсисом Шмидтом и с тех пор широко используется при международном общении.
На сегодняшний день центральным положением нейронауки является следующая аксиома.

АКСИОМА НЕЙРОНАУКИ.Все осознаваемые и неосознаваемые психические процессы в принципе являются производными физиологических процессов в нервной системе и могут рассматриваться как ее функция.

При этом нейронаука включает в себя все области знания, связанные с нервной системой и направленные на изучение нервных процессов, обеспечивающих взаимодействие организма с внешней средой. Различные аспекты этого взаимодействия исследуются на молекулярном (нейрохимия и биофизика), клеточном, тканевом, органном и организменном (нейроморфология) уровнях структурной организации. Изучение способности той или иной структуры совершать определенные действия, т.е. изучение ее функциональных свойств относится к компетенции нейрофизиологии и физиологии высшей нервной, в том числе психической деятельности (ВНД).
Став составной частью нейронауки и включившись в ту ее область, которая изучает поведенческие реакции высших животных и человека, возникающие в ответ на действие различных факторов внутренней и внешней среды, психология приняла и другое положение нейронауки о том, что источник психической деятельности заключен в информационном отражении на основе нервной системы, т.е. в том свойстве структурного взаимодействия, которое возникло при переходе материи от неживой – неощущающей к ощущающей – живой.
В настоящее время понятие «психика» трактуется очень широко. В него входят такие процессы, как мышление, сознание, память, а также эмоции и интеллект – формы ВНД, обусловливающие и видоизменяющие поведение.
Поведение – это форма жизнедеятельности, которая определяет вероятность и продолжительность контакта организма с объектами внешней среды, способными удовлетворить его многочисленные врожденные и приобретенные потребности.
В физике явления, возникающие при всех видах взаимодействия объекта и стимула (воздействия) и связанные с изменениями структурного состояния объекта, можно назвать отражением или «рефлексом». При простом отражении объект меняет свое структурное состояние, не совершая при этом никаких действий. Так, например, при воздействии тепла лед превращается в воду. Информационное отражение предполагает наличие структур, способных не просто испытывать внешние воздействия и соответственно менять свое состояние, но и строить особые взаимоотношения с внешней средой, осуществляя поведенческие реакции, т.е. выполняя специальные функции. Таким образом, любая информационная система, в том числе и живой организм, является функциональной системой с определенным строением и способностью совершать различные действия, изменяя свою структуру. При этом внешний стимул влияет на состояние системы не прямо, а косвенно: он приводит систему в активное состояние, «включает» внутренние программы действий, которые затем осуществляются независимо от свойств самого стимула и составляют ту или иную функцию.
В процессе перехода материи от неощущающей к ощущающей и далее к материи, обладающей сознанием, возникли живые информационные системы, которые зволюционировали от простых информационных систем – одноклеточных организмов с элементарной раздражимостью к сложным информационным системам – многоклеточным организмам с рефлексами на основе нервной системы, а затем к высшим животным и человеку, обладающим ВНД и психическим отражением. Нейрофизиология, которая имеет дело со сложными информационными системами, позаимствовав из физики термин «рефлекс», наделила его новым содержанием. Применительно к живому организму рефлекс означает отражение на основе нервной системы или нейрофизиологическое отражение. Он связан с возбудимостью нервных клеток и генерацией нервного импульса.
Итак, генетически исходной формой информационного отражения, характерной для всего живого, является раздражимость – способность организма к специфическим реакциям в ответ на действие определенного раздражителя. Эти реакции проявляются уже на клеточном уровне и происходят за счет энергии самой клетки, а энергия внешнего стимула служит лишь для «запуска» внутреннего процесса. В этом свойстве проявляется признак информационной системы, в которой собственные характеристики раздражителя не являются определяющими для той или иной функции. Внешний раздражитель стимулирует, возбуждает внутреннюю программу самодвижения, он приводит в активное состояние ту функциональную систему, которая организует поведение независимо от свойств самого стимула. Часто ничтожное по собственным характеристикам – энергетическим или вещественным – воздействие может иметь громадное информационно-сигнальное значение для отражающей системы.
С появлением многоклеточных организмов и образованием нервной ткани, а затем и нервной системы, появилась такая форма информационного отражения как рефлекс, и, наконец, следующий шаг в эволюции живых информационных систем связан с развитием коры головного мозга, которая является субстратом психического отражения. У человека процесс восприятия внешнего мира как бы повторяет историю развития психики от элементарной раздражимости до понятийного мышления и сознания, связанных с деятельностью коры головного мозга. При этом между реакциями клетки и целенаправленным поведением человека лежит огромный слой явлений, возникающих в результате взаимодействия специализированных структурных образований нервной системы, организующих поведение и объединенных по принципу иерархии. Иерархия – это «служебная лестница», т.е. расположение СФРЕ в порядке подчинения и перехода от низшего уровня (или ранга) к высшему. Этот принцип проявляется как в объединении любых СФРЕ отдельного организма, так и в объединении общественных животных, в том числе людей, в социальные группы, различные сообщества, и, наконец, в таком объединении, которое мы называем «человечеством».
На нашей планете человечество является самой развитой живой информационной системой, способной не только познавать окружающий мир, осваивать его и защищаться от его повреждающих факторов, но и изменять предметы и явления внешней среды по своему усмотрению с тем, чтобы полностью удовлетворить все свои потребности.
Потребностно-информационный подход к деятельности нервной системы, организующей и регулирующей поведение, основывается на большом количестве научных фактов, полученных при изучении структуры и функций нервной системы животных и человека, при исследовании их поведенческих реакций, а также при анализе результатов деятельности здорового и больного мозга человека. Этот подход в какой-то мере позволил выяснить способы, с помощью которых нервная система координирует потребности организма с условиями внутренней и внешней среды и организует поведенческие акты, направленные на достижение определенной цели.
Потребностно-информационные критерии поведения

Нервная система является регулирующей системой, которая управляет работой всех других систем организма, осуществляя процессы его жизнеобеспечения и поведения во внешней среде.
Деятельность нервной системы, направленную на объединение и согласование работы отдельных частей организма и регуляцию процессов жизнеобеспечения принято считать низшей нервной деятельностью. В этой деятельности принимают участие все структуры нервной системы, в том числе и кора большого мозга.
Деятельность нервной системы, направленную на осуществление взаимодействия организма с внешней средой, т.е. на организацию поведения, называют высшей нервной деятельностью (ВНД.Психическая деятельность является составной частью ВНД.
ВНД называется так вследствие своей сложности, а не потому, что она связана с высшими отделами ЦНС, т.к. в организации поведения принимают участие как высшие корковые структуры мозга, так и верхние, и нижние отделы ствола, спинной мозг и периферические образования нервной системы.
При этом поведение, обусловленное активностью нервной системы, является континуумом  результатов.
Континуум результатов или поведенческий континуум – это непрерывная последовательность поведенческих актов, совершаемых организмом на протяжении жизни. Отдельный поведенческий акт является отрезком поведенческого континуума от одного результата до другого.
В организации поведения инициаторами действия являются многочисленные потребности, и конечной целью любого поведенческого акта является их удовлетворение.
Наличие потребностей обусловливает постоянную активность разнообразных функциональных систем и, в первую очередь, нервной системы, а удовлетворение потребности снижает эту активность, другими словами, активность того или иного нейронного ансамбля (блока) закономерно увеличивается при реализации поведения, направленного на достижение определенной цели (конечного результата), и уменьшается когда цель достигнута, т.е. потребность удовлетворена.
Понятия активности и целесообразности связаны с представлениями об опережающем отражении – о направленной в будущее активности отдельных нейронов, нейронных ансамблей, всех компонентов управляющей нервной системы и организма в целом.
В развитой управляющей системе имеются компоненты, отвечающие за получение осведомительной информации из окружающей среды (внешней и внутренней); компоненты, отвечающие за планирование действий и прогнозирование результатов; компоненты командных систем, побуждающих к действию те или иные исполнительные органы или системы, а также структуры, относящиеся к акцептору действий, т.е. получающие информацию о реальных результатах и о соответствии их ожидаемым (контролеры). Если результат окажется
неудовлетворительным, акцептор действия посылает импульсы к структурам, отвечающим за планирование действий и создание конкретных программ новых действий. Таким образом, происходит перепрограммирование и достижение необходимого результата.
Основные этапы организации поведенческого актa. Поведенческий акт возникает:
1 – при наличии пускового стимула и в соответствующей обстановке (подкрепляющая афферентация), т.е. первым этапом поведенческого акта является актуализация потребности (появление мотива  и наличие соответствующей обстановки).
2 – при активации нейронных механизмов, необходимых для принятия решения о действии, т.е. при возникновении мотивации ; на втором этапе происходит извлечение из памяти соответствующего материала либо осуществление поискового поведения.
3 – при активации структур, ответственных за оценку вероятности удовлетворения потребности (эмоциональный фон), за составление программ действий и при наличии механизмов реализации действий, т.е. третий этап включает в себя принятие решений о действиях, составление программ действий и реализацию действий.
Если отсутствует любой из этих компонентов, необходимых на каждом из этапов организации поведения, то поведенческой акт не реализуется (например, по экспертной оценке эмоциональной сферы вероятность удовлетворения потребности мала – появляется отрицательная эмоция, программы не составляются, и команды к действию не возникают).
Таким образом, мотив необходим для осуществления первого этапа поведенческого акта, для второго этапа необходима мотивация, а на третьем этапе программируются и реализуются действия.
Способность воспринимать изменения внешней и внутренней среды и изменять свое поведение для достижения определенной цели – два основных свойства всех живых информационных систем (живых организмов) от самых простых до самых сложных. Вместе с тем, информационные системы, обладающие нервной системой и, особенно, головным мозгом, в своих способностях ощущать и действовать намного превосходят другие, более простые организмы. Это обусловлено тем, что с развитием ЦНС в целенаправленном поведении живых информационных систем появились такие варианты действий, которые характеризуются как «моделирование», а среди механизмов управления, наряду с «программным» и «блочным» появилось «форпостное» управление, основу которого составляет прогноз развития ситуации во внешней среде.
Механизмы управления. Простейшие механизмы, с помощью которых реализуются все законы управления, базируются на двух основных принципах: управление «по возмущению» и управление «по отклонению».
При управлении «по возмущению» проявляется избирательность информационного отражения, когда система может принять, отклонить или изменить (усилить или ослабить) сигнал  из внешней среды «на входе» и придать ему значение стимула . При этом реализуются защитные реакции.
Важно, что все информационные потоки, которые могут иметь сигнальное значение, т.е. восприниматься как сигнал в той или иной конкретной ситуации, существуют в виде раздражителей.
Раздражители – те изменения внешней среды, которые существуют объективно и не зависят от нашего восприятия. Не каждый раздражитель является сигналом. Существуют индифферентные раздражители, которые не воспринимаются системой и, соответственно, не становятся сигналами. Раздражители, несущие информацию, необходимую как для ориентировки во внешней среде, так и для оценки состояния самого организма, приобретают сигнальное значение, если они вызывают генерацию нервного импульса в рецепторных клетках сенсорных систем.
Из этого следует, что сами по себе раздражители еще не являются информацией, они приобретают это качество только после того, как становятся сигналами – семантически значимыми информационными элементами для той информационной системы, которая их воспринимает (семантический – смысловой).
Сигнал превращается в стимул, когда становится побуждением к действию, т.е. в тех случаях, когда после восприятия сигнала возникает то или иное действие. Не каждый сигнал становится стимулом, как не каждый раздражитель является сигналом.
Таким образом, выстраивается цепочка: раздражитель – сигнал – стимул, где наиболее широким понятием является «раздражитель», а наиболее узким – «стимул».
При управлении «по отклонению» с помощью биологических обратных связей (БОС) реализуется опережающее отражение. Управляющая система улавливает изменения параметров действий других функциональных систем «на выходе». Если такие параметры отличаются от «заданных», включаются БОС, происходит коррекция отклонений и возвращение параметров к необходимым. При участии положительных и отрицательных БОС формируется целенаправленное самостоятельное поведение, включающее предвидение.
Совместное действие положительных и отрицательных БОС позволяет организовать адаптивное поведение, в том числе и процессы самоорганизации (например, компенсаторно-приспособительные реакции – КПР).
Из других механизмов управления, развивающихся в процессе эволюции, в организме используются:
–  «пороговые схемы», т.е. подключение командных систем к исполнительным органам только при наличии некоторого порогового уровня «входного» сигнала» (подпороговый или запредельный уровни могут восприниматься сенсорными системами, но они не приводят к действию, т.к. отклоняются командными системами); для реализации действия при управлении с помощью «пороговой схемы» необходимо, чтобы сигнал приобрел пороговое значение и стал стимулом;
– «программное управление» – конкретная программа действий зависит от «выходного» сигнала, который имеет значение стимула и включает вполне определенную программу действий;
– «блочное управление», при котором действие реализуется с помощью соединения стандартных программ в единые блоки (например, при ходьбе или беге в конечностях одновременно включаются программы действия мышц-сгибателей и мышц-разгибателей, а при беге и программа поддержания тела в «полете», чтобы обеспечить равновесие и нормальное положение тела в пространстве);
–  «форпостное управление», основу которого составляет прогнозирование результатов действия и развития ситуации во внешней среде, т.е. управление поведением, направленным в будущее (например, при охоте кошки на птицу, когда кошка прыгает не туда, где птица находится в данный момент, а туда, где будет находиться птица, когда она взлетит; таким образом, кошка действует с «учетом потребного будущего» по терминологии Бернштейна).
Поведенческие действия, реализуемые управляемой системой, делят на три группы:
– «реакции», где каждое действие рассматривается как простой механизм поведенческого акта, включающийся в любой ситуации при переходе определенного сигнального раздражителя в пусковой стимул; к таким механизмам относятся – раздражимость и простые рефлексы, осуществляемые по принципу «пуск–тормоз» или «сигнал–ответ»;
– «стереотипы», при которых поведение строится по определенным программам, когда каждая программа была неоднократно отработана системой и стала для нее стандартной (типовой), т.е. на действие внешнего стимула организм отвечает стандартным набором поведенческих актов (автоматизированное поведение), так осуществляются сложные безусловные и условные рефлексы;
– «моделирование», при котором каждый поведенческий акт учитывает изменяющиеся параметры внешней среды, текущее состояние организма, преследуемые цели и прогнозируемые результаты, т.е. составляется модель «потребного будущего» и устанавливается соответствие между наличными и возможными ситуациями и поведением.
В этом варианте действий требуется всесторонний анализ информации, поступающей из внешней и внутренней среды, для распознавания конкретной ситуации.
В связи с этим особое значение приобретают сигналы, поступающие из органов чувств – сенсорные сигналы. Сигналы, возникающие в рецепторных нейронах органов чувств и передающиеся по афферентным волокнам к нервным центрам, называются сенсорными сигналами. Процесс передачи информации по афферентным путям нервной системы сопровождается многократным их преобразованием (перекодированием) на всех иерархических уровнях и завершается опознанием сенсорного образа. Понятно, что опознание сенсорного образа включает в себя сбор информации, ее анализ и синтез. Для этого различные нервные элементы объединяются в функциональные системы, которые имеют свои датчики, каналы связи, детекторы признаков и т.д. Все эти элементы необходимы для того, чтобы в процессы высшей нервной деятельности включилась осведомительная информация.
Сенсорная система представляет собой совокупность периферических и центральных образований, обеспечивающих кодирование (отражение) физико-химических характеристик внешних раздражителей, оценку их сигнальной сущности и биологической значимости. Эти образования участвуют в организации отдельных поведенческих актов и всего адаптивного целенаправленного поведения. Кроме сенсорной информации в организации поведения участвует информация, хранящаяся в памяти, а для оценки поступающей информации в структуру поведенческого акта включаются так называемые «экспертные системы» – внимание и эмоции. Механизмом побуждения к действию является доминирующая мотивация. Командные системы включают в работу исполнительные структуры, их активность направлена на целевой объект.

Мотивом, или побудительной причиной действий, всегда является та или иная актуализированная потребность (у животных – витальная или социальная, у человека к этому добавляется большой спектр идеальных потребностей).
На основе потребностей существуют инстинкты (сложные и сложнейшие безусловные рефлексы – БУР), влечения – драйвы и условные рефлексы, а также возникающие вместе с потребностями эмоции. Кроме того у людей добавляются установки и идеалы, которые приобретаются в онтогенезе на основе мышления и сознания. С помощью эмоций выделяются доминирующие и субдоминирующие потребности, если в какой-то момент времени актуализируется несколько конкурирующих  потребностей.
Когда говорят о конкуренции потребностей или «о борьбе мотивов», то на самом деле имеют в виду те эмоции, которые вызваны потребностями, одновременно актуализированными в данный конкретный момент у данной конкретной личности.
Если причиной действия является мотив, то механизмом, побуждающим к действию, является мотивация, т.е. активация деятельности мозговых структур, участвующих в реализации поведенческих актов, направленных на удовлетворение потребностей и, соответственно, на устранение или минимизацию отрицательных эмоций и получение или максимизацию положительных эмоций.
С нейрофизиологической точки зрения, мотивация – это механизм активирования в памяти энграмм (следов памяти) тех внешних объектов, которые способны удовлетворить имеющуюся у организма потребность и тех действий, которые необходимо для этого совершить. Таким образом, возникновение мотивации тесно связано с избирательным возбуждением нервных центров, участвующих в организации целенаправленного поискового поведения.
Не существует мотивации без потребностей, но вполне можно встретить потребность, не ставшую мотивацией. Например, человек испытывает острую потребность в витаминах, что вызывает у него состояние дискомфорта, т.е. отрицательные эмоции, которые являются отражением неудовлетворенной потребности. Не зная о причинах своего дискомфортного состояния, человек не является мотивированным. Необходимо сходить к врачу и выяснить мотив, тогда возникнет и мотивация, активируется память о средствах, и человек начинает действовать.