Взгляды ученых на рефлексы

1. Рефлекторная дуга - рефлекторное кольцо

Ранее механизм движения описывался в физиологии схемой рефлекторной дуги: стимул – процесс его центральной переработки (возбуждение программ) – реакция. Понятие  введено М. Холлом в 1850 г. В настоящее время понятие рефлекторной дуги не полностью отражает механизм осуществления рефлекса, был предложен новый термин — «рефлекторное кольцо».

Считалось, что на этапе обучения движению в двигательных центрах формируется и фиксируется его программа, затем в результате действия стимула она возбуждается, в мышцы идут моторные командные импульсы, и происходит движение. Бернштейн Н.А. установил, что, хотя простое движение (как коленный рефлекс) может произойти в результате прямого проведения моторных команд от центра к периферии, но сложные двигательные акты, решающие какую-то задачу, организуются иначе, поскольку результат сложного движения, кроме управляющих сигналов, зависит от дополнительных факторов.

Функционирование кольца необходимо для большинства движений. Классическая рефлекторная дуга может рассматриваться как частный случай кольца, когда совершаются элементарные кратковременные движения, не нуждающиеся в коррекции (движения рефлекторной природы), или, с точки зрения Бернштейна Н.А., как «разорванное кольцо», абстракция от целостного акта кольцевой регуляции.

2. Дополнительные факторы, влияющие на ход движения

1) реактивные силы:  если сильно взмахнуть рукой, то в других частях тела разовьются реактивные силы, которые изменят их положение и тонус;

2) инерционные силы: если резко поднять руку, то она взлетает не только за счет импульсов, посланных в мышцы, но и движется по инерции;

3) внешние силы: если движение направлено на объект, то оно встречается с его сопротивлением, которое не всегда предсказуемо;

4) исходное состояние мышцы: состояние мышцы меняется по ходу движения с изменением ее длины, в результате утомления и т.д., поэтому тот же импульс, придя к мышце, может дать разный моторный эффект.

3. Принцип сенсорных коррекций

Многие факторы не поддаются предварительному учету и вносят отклонения в запланированный ход движения, поэтому необходима информация о состоянии двигательного аппарата и о ходе движения, называемая «сигналами обратной связи». То есть, для достижения цели сложного движения вопреки действию на него отклоняющих дополнительных факторов требуется постоянное внесение в движение поправок (коррекций), для чего в центральную нервную систему должны непрерывно поступать сигналы обратной связи с информацией о реальном ходе движения, и перерабатываться там в сигналы коррекции.

Этот принцип управления движениями установил Бернштейн Н.А., назвав принципом сенсорных коррекций, то есть коррекций, вносимых в моторные команды на основе сенсорной информации о ходе движения.

Можно привести пример, подтверждающий, что без учета информации о движении (при наличии управляющих сигналов) последнее выполняться не может. Говорящий  человек  получает сигналы обратной  связи по двум каналам – воспринимает мышечные сигналы от своих речевых движений, и одновременно слышит звуки своей речи, и оба вида сигналов используются для организации речевых движений. При исследовании установлено: когда испытуемый произносит текст, и этот текст подают ему в наушники с задержкой, то, хотя человек не лишен сигналов обратной связи, и оба его чувствительных канала функционируют, но, поскольку по ним поступает противоречивая информация, субъект не способен  говорить. 

4. Описание работы рефлекторного кольца

Развернутая схема функционирования рефлекторного кольца: в программе записаны последовательные этапы сложного движения, в каждый момент отрабатывается его частный этап или элемент, и соответствующая частная программа поступает в задающий прибор. Из задающего прибора сигналы (SW — «то, что должно быть») поступают на прибор сличения, и туда же от рецептора приходят сигналы обратной связи (IW — «то, что есть»), сообщающие о реальном состоянии рабочей точки. В приборе сличения сигналы сравниваются. Если устанавливается отклонение, то возникают сигналы рассогласования между требуемым и фактическим состоянием (DW). Они поступают на блок перешифровки, откуда выходят сигналы коррекции, попадающие через промежуточные центральные инстанции (регулятор) на эффектор. Мышца получает команду изменить свое положение. Новое положение мышцы аналогичным образом сличается с требуемым, и совершаются новые циклы регулирования движения, пока заданная цель не будет достигнута.  (см. схема)

Но рецептор не всегда посылает сигналы на прибор сличения; иногда сигнал поступает сразу на задающий прибор, если экономичнее перестроить движение, чем корректировать, что важно в экстренных ситуациях.

Пример функционирования кольца: гимнаст выполняет комплекс упражнений, и в определенный момент ему нужно сделать стойку на руках. Вся комбинация содержится в его двигательной программе. Из программы спускается в задающий прибор соответствующий приказ, формируются сигналы SW, идущие на прибор сличения. Они будут сличаться с сигналами IW. Сигналы должны представлять собой образ движения, "картину" стойки: ее общего вида, ее двигательно-технического состава (положения частей тела, тонуса мышц и т.д.). В прибор сличения поступают и образ движения, и информация от рецепторов о движении. Если, выходя на стойку, спортсмен сделал ошибку и его начало клонить назад, то с прибора сличения поступают на блок перешифровки сигналы DW об излишней тяге назад, сообщающие, что нужно послать сигналы коррекции. Сигналы поступают, поправка происходит. В следующем цикле снова сличаются сигналы SW и IW. Когда DW=0, значит, элемент программы выполнен, и можно перейти к реализации ее следующего пункта.

5. Теория уровней построения двиений

Бернштейн Н.А. обнаружил, что в зависимости от того, какую информацию несут сигналы обратной связи (о степени напряжения мышц, положении частей тела и т.д.), они приходят в разные чувствительные центры мозга, и на разных уровнях переключаются на моторные пути. Он предположил, что для построения движений различной сложности «команды» отдаются на разных уровнях нервной системы. При автоматизации движений эта функция передается на более низкий уровень.

Бернштейн выделил следующие уровни:

1) А — самый низкий уровень. У человека он участвует в организации движений с другими уровнями, отвечает за тонус мышц, получает сигналы о степени напряжения мышц, информацию от органов равновесия. Он самостоятельно регулирует движения, связанные с вибрацией (дрожь), удержание позы в полетной фазе прыжка.

2) В — уровень синергий, отвечает за слаженные движения всего тела, ритмические и циклические движения, за автоматизацию двигательных навыков, выполняет внутреннюю координацию сложных движений, получает информацию о взаимном положении и движении частей тела. Движения этого уровня - потягивания, мимика.

3) C – уровень пространственного поля, обеспечивает ориентацию в пространстве, отвечает за движения, приспособленные к пространственным свойствам объектов (форме, положению, длине). Сюда поступает информация о внешнем пространстве. Движения: переместительные, баллистические.

4) D — уровень предметных действий. Это уровень коры головного мозга, отвечает за организацию действий с предметами в соответствии с их предметными назначениями. К нему относятся все орудийные действия и манипуляции с предметами. Здесь не фиксирован двигательный состав, движения могут быть разные, а конечный результат действия - одинаковый.

5) Е — уровень интеллектуальных двигательных актов. К нему относятся речевые движения, движения письма, символической, кодированной речи. Они определяются отвлеченным, вербальным смыслом, здесь речь идет о передаче знаний или замысла, что предполагает произвольный уровень регуляции действий. Бернштейн говорил, что этот уровень наименее изучен, и возможно, что здесь несколько уровней.

Чем сложнее, осмысленнее двигательная задача, тем более высок уровень построения движения, и тем более высокие уровни нервной системы участвуют в решении этой задачи и реализации движения.

Бернштейн Н.А. сделал важные выводы:

1) В организации сложных движений участвуют одновременно ведущий уровень, на котором строится движение, и все нижележащие (фоновые) уровни, но в сознании человека представлены только те компоненты движения, которые строятся на ведущем уровне, а работа фоновых уровней обычно не осознается.

2) Одно и то же движение может строиться на разных ведущих уровнях. Ведущий уровень построения движения определяется смыслом, или задачей, движения. Можно изменить характер протекания движения, изменив его смысл для исполнителя. Какие именно структуры участвуют в обеспечении построения движений человека, зависит от смысла движения. В подтверждение Бернштейн ссылался на исследование, проведенное во время войны: амплитуда движений раненой руки больного при решении двигательных задач менялась в зависимости от их смысла для испытуемого. 

Данное положение показывает решающее значение такой психологической категории, как задача или цель движения, для организации и протекания физиологических процессов. Предполагается, это также свидетельствует о приоритете принципа активности над принципом реактивности.