Анохин физиология функциональных систем. Глава iv. основы теории функциональных систем

Её основные постулаты

Под функциональными системами понимают такие саморегулирующиеся динамические организации, деятельность всех составных компонентов которых взаимосодействует достижению полезных для организма в целом приспособительных результатов.

Такими результатами, прежде всего, являются различные показатели обмена веществ и внутренней среды организма. Кроме того, это многочисленные результаты поведенческой деятельности живых существ, определяющие удовлетворение их ведущих потребностей. В организме, таким образом, столько функциональных систем, сколько полезных, приспособительных результатов.

Например, из учения П. К. Анохина о функциональных системах вытекает одна из ведущих закономерностей роста и развития организма – СИС-ТЕМОГЕНЕЗ. Последний очень наглядно прослеживается на ранних этапах развития ребёнка: новорожденный не способен к какому-либо активному физическому действию, кроме осуществления врождённых рефлексов. На определённом этапе ребёнок повернётся на бочок, когда достаточного развития достигнет функциональная система, обеспечивающая этот акт (соответствующее развитие костно-связочно-мышечного аппарата, механизма ориентации в пространстве и т. п.). Так же, далее, он, в своё время, сядет, пойдёт, побежит, когда определённой степени развития достигнут функциональные системы, обеспечивающие эти акты. Таким образом, СИСТЕМОГЕНЕЗ – это избирательное и ускоренное развитие анатомо-физиологических образований (функциональных систем), обеспечивающих человеку выживание, функционирование на каждом отдельном этапе развития . Функциональные системы созревают неравномерно, включаются поэтапно, сменяются, обеспечивая организму приспособление в различные периоды онтогенетического развития.

Состав функциональных систем не определяется топографической близостью структур или их принадлежностью к какому-либо разделу анатомической классификации. В функциональную систему могут быть вовлечены как близко, так и отдалённо расположенные структуры организма. Единственным фактором, определяющим избирательность этих соединений, является биологическая и физиологическая архитектура функции, а единственным критерием их полноценности является конечный приспособительный эффект для целого организма, наступающий при развёртывании процессов в данной функциональной системе.

Таким образом, центральное звено любой функциональной системы представляет тот или иной полезный для организма в целом, для его метаболизма, результат. Последнее (результат) – это «визитная карточка» любой функциональной системы. Любое состояние результата и особенно отклонение от уровня, обеспечивающего нормальный метаболизм, воспринимается соответствующими рецепторами, которые передают информацию в специальные центры. Последние, в свою очередь, мобилизуют различные исполнительные механизмы, которые приводят результат к оптимальному для организма уровню. В итоге, функциональные системы работают по принципу саморегуляции.

Функциональные системы – единицы целостной деятельности организма. Они представляют собой динамические саморегулирующиеся организации, формирующиеся на метаболической основе или под влиянием факторов окружающей, а у человека – и социальной среды.

Многообразие полезных для организма приспособительных результатов указывает на то, что число функциональных систем, составляющих раз-личные стороны жизнедеятельности целого организма, может быть чрезвычайно велико. Одни функциональные системы своей деятельностью определяют различные показатели внутренней среды организма, другие – поведенческую деятельность и взаимодействие с окружающей средой.

Любая функциональная система, согласно представлениям П. К. Анохина, имеет принципиально однотипную организацию и включает следующие общие, универсальные для разных систем, периферические и центральные узловые механизмы:

· полезный приспособительный результат как ведущее звено функциональной системы – это «пусковой механизм» системы;

· рецепторы результата – дающие «задание» на получение приспособительного результата (здесь заканчивается безусловная часть рефлекса);

· обратную афферентацию , идущую от рецепторов результата в центральные образования функциональной системы как необходимая и универсальная стадия любого условного рефлекса или поведенческого акта, когда даётся весь комплекс информации «обратной связи» в центральное звено функциональной системы, насколько выданное решение корректно поставленной задаче;

· центральную архитектуру (центры коры головного мозга), представляющую избирательное объединение функциональных систем нервных элементов различных уровней, являющуюся анализатором (корректором) принятого решения (предсказание и контроль результатов действия);

· исполнительные соматические, вегетативные и эндокринные компоненты , включающие организованное целенаправленное поведение в рамках, определяемых сложившимся решением функциональной системы.

В целом организме взаимодействие различных функциональных систем строится на основе принципов иерархии и многосвязного, мультипараметрического взаимодействия результатов деятельности отдельных функциональных систем.

Принцип иерархии состоит в том, что в каждый данный момент времени деятельность организма определяется функциональной системой, доминирующей в плане выживаемости или адаптации к окружающей среде (принцип доминанты ). Другие функциональные системы выстраиваются в иерархическом порядке в соответствии с их биологической значимостью и необходимостью для социальной деятельности человека.

Смена доминирующих функциональных систем происходит постоянно и отражает сущность непрерывно происходящего обмена веществ и постоянного взаимодействия организма с окружающей средой. Однако все функциональные системы находятся в тесной взаимосвязи и изменение одного показателя, результата деятельности какой-либо функциональной системы, тут же сказывается на результатах деятельности других функциональных систем.

Целостный организм в каждый данный момент времени представляет слаженное взаимодействие, интеграцию (по вертикали и горизонтали) различных функциональных систем, что определяет нормальное течение метаболических процессов. Нарушение этой интеграции, если оно не компенсируется специальными механизмами, означает заболевание и может привести к гибели организма.

Теория функциональных систем описывает организацию процессов жизнедеятельности в целостном организме, взаимодействующем со средой.

Эта теория была разработана при изучении механизмов компенсации нарушенных функций организма. Как было показано П.К.Анохиным, компенсация мобилизует значительное число различных физиологических компонентов – центральных и периферических образований, функционально объединенных между собой для получения полезного, приспособительного эффекта, необходимого живому организму в данный конкретный момент времени. Такое широкое функциональное объединение различно локализованных структур и процессов для получения конечного приспособительного результата было названо “функциональной системой”.

Функциональная система (ФС) – единица интегративной деятельности целого организма, включающая элементы различной анатомической принадлежности, активно взаимодействующие между собой и с внешней средой в направлении достижения полезного, приспособительного результата.

Приспособительный результат – определенное соотношение организма и внешней среды, которое прекращает действие, направленное на его достижение, и делает возможным реализацию следующего поведенческого акта. Достичь результата – значит изменить соотношение между организмом и средой в полезном для организма направлении.

Достижение приспособительного результата в ФС осуществляется с помощью специфических механизмов, из которых наиболее важными являются:

Афферентный синтез всей поступающей в нервную систему информации;

Принятие решения с одновременным формированием аппарата прогнозирования результата в виде афферентной модели результатов действия;
- собственно действие;
- сличение на основе обратной связи афферентной модели акцептора результатов действия и параметров выполненного действия;
коррекция поведения в случае рассогласования реальных и идеальных (смоделированных нервной системой) параметров действия.

Состав функциональной системы не определяется пространственной близостью структур или их анатомической принадлежностью. В ФС могут включаться как близко, так и отдаленно расположенные структуры организма. Она может вовлекать отдельные части любых цельных в анатомическом отношении систем и даже детали отдельных целых органов. При этом отдельная нервная клетка, мышца, часть какого-либо органа, весь орган могут участвовать своей активностью в достижении полезного приспособительного результата, только будучи включены в соответствующую функциональную систему. Фактором, определяющим избирательность этих соединений, является биологическая и физиологическая архитектура самой ФС, а критерием эффективности этих объединений является конечный приспособительный результат.

Поскольку для любого живого организма количество возможных приспособительных ситуаций в принципе неограниченно, то, следовательно, одна и та же нервная клетка, мышца, часть какого-либо органа или сам орган могут входить в состав нескольких функциональных систем, в которых они будут выполнять разные функции.

Таким образом, при изучении взаимодействия организма со средой единицей анализа выступает целостная, динамически организованная функциональная система. Типы и уровни сложности ФС. Функциональные системы имеют разную специализацию. Одни отвечают за дыхание, другие - за движение, третьи - за питание и т.п. ФС могут принадлежать к различным иерархическим уровням и быть разной степени сложности: одни из них свойственны всем особям данного вида (и даже других видов); другие индивидуальны, т.е. формируются пожизненно в процессе овладения опытом и составляют основу обучения.

Иерархия – расположение частей или элементов целого в порядке от высшего к низшему, причем каждый вышележащий уровень наделен особыми полномочиями по отношению к нижележащим. Гетерархия – принцип взаимодействия уровней, когда ни за одним из них не зафиксирована постоянная роль ведущего и допускается коалиционное объединение высших и низших уровней в единую систему действия.

Функциональные системы различаются по степени пластичности, т.е. по способности менять составляющие их компоненты. Например, ФС дыхания состоит преимущественно из стабильных (врожденных) структур и поэтому обладает малой пластичностью: в акте дыхания, как правило, участвуют одни и те же центральные и периферические компоненты. В то же время ФС, обеспечивающая движение тела, пластична и может достаточно легко перестраивать компонентные взаимосвязи (до чего-то можно дойти, добежать, допрыгать, доползти).

Афферентный синтез. Начальную стадию поведенческого акта любой степени сложности, а, следовательно, и начало работы ФС составляет афферентный синтез. Афферентный синтез – процесс отбора и синтеза различных сигналов об окружающей среде и степени успешности деятельности организма в ее условиях, на основе которого формируется цель деятельности, управление ею.

Важность афферентного синтеза состоит в том, что эта стадия определяет все последующее поведение организма. Задача этой стадии – собрать необходимую информацию о различных параметрах внешней среды. Благодаря афферентному синтезу из множества внешних и внутренних раздражителей организм отбирает главные и создает цель поведения. Поскольку на выбор такой информации оказывают влияние, как цель поведения, так и предыдущий опыт жизнедеятельности, постольку афферентный синтез всегда индивидуален. На этой стадии происходит взаимодействие трех компонентов: мотивационного возбуждения, обстановочной афферентации (т.е. информации о внешней среде) и извлекаемых из памяти следов прошлого опыта.

Мотивация – побуждения, вызывающие активность организма и определяющие ее направленность. Мотивационное возбуждение появляется в центральной нервной системе с возникновением у животного или человека какой-либо потребности. Оно – необходимый компонент любого поведения, которое всегда направлено на удовлетворение доминирующей потребности: витальной, социальной или идеальной. Важность мотивационного возбуждения для афферентного синтеза видна уже из того, что условный сигнал теряет способность вызывать ранее выработанное поведение (например, приход собаки к определенной кормушке для получения пищи), если животное уже хорошо накормлено и, следовательно, у него отсутствует пищевое мотивационное возбуждение.

Мотивационное возбуждение играет особую роль в формировании афферентного синтеза. Любая информация, поступающая в центральную нервную систему, соотносится с доминирующим в данное время мотивационным возбуждением, которое является как бы фильтром, отбирающим нужное и отбрасывающим ненужное для данной мотивационной установки.

Обстановочная афферентация – информация о внешней среде. В результате обработки и синтеза стимулов внешней среды принимается решение о том, “что делать” и происходит переход к формированию программы действий, которая обеспечивает выбор и последующую реализацию одного действия из множества потенциально возможных. Команда, представленная комплексом эфферентных возбуждений, направляется к периферическим исполнительным органам и воплощается в соответствующее действие. Важной чертой ФС являются ее индивидуальные и меняющиеся требования к афферентации. Именно количество и качество афферентных импульсаций характеризует степень сложности, произвольности или автоматизированности функциональной системы. Завершение стадии афферентного синтеза сопровождается переходом в стадию принятия решения, которая и определяет тип и направленность поведения. Стадия принятия решения реализуется через специальную, важную стадию поведенческого акта – формирование аппарата акцептора результатов действия.

Необходимой частью ФС является акцептор результатов действия – центральный аппарат оценки результатов и параметров еще не совершившегося действия. Таким образом, еще до осуществления какого-либо поведенческого акта у живого организма уже имеется представление о нем, своеобразная модель или образ ожидаемого результата.

Поведенческий акт – отрезок поведенческого континуума от одного результата до другого результата. Поведенческий континуум – последовательность поведенческих актов. В процессе реального действия от акцептора идут эфферентные сигналы к нервным и моторным структурам, обеспечивающим достижение необходимой цели. Об успешности или не успешности поведенческого акта сигнализирует поступающая в мозг афферентная импульсация от всех рецепторов, которые регистрируют последовательные этапы выполнения конкретного действия (обратная афферентация). Обратная афферентация – процесс коррекции поведения, на основе получаемой мозгом информации извне о результатах осуществляющейся деятельности. Оценка поведенческого акта, как в целом, так и в деталях невозможна без такой точной информации о результатах каждого из действий. Этот механизм является абсолютно необходимым для успешности реализации каждого поведенческого акта.

Каждая ФС обладает способностью к само регуляции, которая присуща ей как целому. При возможном дефекте ФС происходит быстрая составляющих ее компонентов так, чтобы необходимый результат, пусть даже менее эффективно (как по времени, так и по энергетическим затратам), но все же был бы достигнут.

Основные признаки ФС. П.К.Анохиным были сформулированы следующие признаки функциональной системы:

1) ФС, как правило, является центрально-периферическим образованием, становясь, таким образом, конкретным аппаратом само регуляции. Она поддерживает свое единство на основе циркуляции информации от периферии к центрам и от центров к периферии.
2) Существование любой ФС непременно связано с существованием какого-либо четко очерченного приспособительного эффекта. Именно этот конечный эффект определяет то или иное распределение возбуждения и активности по функциональной системе в целом.
3) Наличие рецепторных аппаратов позволяет оценивать результаты действия функциональной системы. В ряде случаев они могут быть врожденными, а в других – выработанными в процессе жизни.
4) Каждый приспособительный эффект ФС (т.е. результат какого-либо действия, совершаемого организмом) формирует поток обратных афферентаций, достаточно подробно представляющий все наглядные признаки (параметры) полученных результатов. В том случае, когда при подборе наиболее эффективного результата эта обратная афферентация закрепляет наиболее успешное действие, она становится “санкционирующей” (определяющей) афферентацией.
5) Функциональные системы, на основе которых строится приспособительная деятельность новорожденных животных к характерным для них экологическим факторам, обладают всеми указанными выше чертами и архитектурно оказываются созревшими к моменту рождения. Из этого следует, что объединение частей ФС (принцип консолидации) должно стать функционально полноценным на каком-то сроке развития плода еще до момента рождения.

Значение теории ФС для психологии. Начиная с первых своих шагов, теория функциональных систем получила признание со стороны естественно-научной психологии. В наиболее выпуклой форме значение нового этапа в развитии отечественной физиологии было сформулировано А.Р.Лурией (1978).

Он считал, что внедрение теории функциональных систем позволяет по-новому подойти к решению многих проблем в организации физиологических основ поведения и психики.

Благодаря теории ФС:

Произошла замена упрощенного понимания стимула как единственного возбудителя поведения более сложными представлениями о факторах, определяющих поведение, с включением в их число моделей потребного будущего или образа ожидаемого результата.
- было сформулировано представление о роли “обратной афферентации” и ее значении для дальнейшей судьбы выполняемого действия, последнее радикально меняет картину, показывая, что все дальнейшее поведение зависит от выполненного действия.
- было введено представление о новом функциональном аппарате, осуществляющем сличение исходного образа ожидаемого результата с эффектом реального действия – “акцепторе” результатов действия. Акцептор результатов действия – психофизиологический механизм прогнозирования и оценки результатов деятельности, функционирующий в процессе принятия решения и действующий на основе соотнесения с находящейся в памяти моделью предполагаемого результата.

П.К.Анохин вплотную подошел к анализу физиологических механизмов принятия решения. Теория ФС представляет образец отказа от тенденции сводить сложнейшие формы психической деятельности к изолированным элементарным физиологическим процессам и попытку создания нового учения о физиологических основах активных форм психической деятельности. Однако следует подчеркнуть, что, несмотря на значение теории ФС для современной психологии, существует немало дискуссионных вопросов, касающихся сферы ее применения.

Так, неоднократно отмечалось, что универсальная теория функциональных систем нуждается в конкретизации применительно к психологии и требует более содержательной разработки в процессе изучения психики и поведения человека. Весьма основательные шаги в этом направлении были предприняты В.Б.Швырковым (1978, 1989), В.Д.Шадриковым (1994, 1997). Было бы преждевременно утверждать, что теория ФС стала главной исследовательской парадигмой в психофизиологии. Существуют устойчивые психологические конструкты и явления, которые не получают необходимого обоснования в контексте теории функциональных систем. Речь идет о проблеме сознания, психофизиологические аспекты которой разрабатываются в настоящее время весьма продуктивно.

Назад | |

Академик П.К. Анохин в фундаментальных трудах по нейрофизиологии – механизмам условного рефлекса, онтогенезу нервной системы ввел понятие системообразующего фактора (результата системы). Под результатом системы П.К. Анохин понимал полезный приспособительный эффект во взаимодействии «организм – среда», достигаемый при реализации системы.

Поведение индивида можно описать как результат определенного взаимодействия организма с внешней средой. Причем по достижении определенного результата, исходное воздействие прекращается, что делает возможным реализацию следующего поведенческого акта [Швырков, 1978]. Поэтому в системной психофизиологии поведение рассматривается с позиции будущего – результата.

На основании обобщения экспериментов П. К. Анохин пришел к выводу, что для понимания взаимодействия организма со средой следует изучать не «функции» отдельных органов или структур мозга, а их взаимодействие, то есть координацию их активности для получения конкретного результата.

В системной психофизиологии активность нейронов связывается не с какими – либо специфическими «психическими» или «телесными» функциями, а с обеспечением систем, в которые вовлекаются клетки самой разной анатомической локализации и которые, различаясь по уровню сложности и качеству достигаемого результата, подчиняются общим принципам организации функциональных систем [Анохин, 1975,1978].

Именно поэтому системные закономерности, выявленные при изучении нейронной активности у животных, могут быть применены для разработки представлений о системных механизмах формирования и использования индивидуального опыта в разнообразной деятельности человека [Александров, 2001].

В теории функциональных систем П. К. Анохина разработана концепция изоморфности иерархических уровней. Изоморфность уровней заключается в том, что все они представлены функциональными системами, а не какими-либо специальными процессами и механизмами, специфичными для данного уровня, например периферического кодирования и центральной интеграции, классического обусловливания и инструментального обучения, регуляции простых рефлекторных и сложных произвольных движений и т. п. Независимо от уровня системообразующим фактором для всех этих систем является результат, а фактором, определяющим структурную организацию уровней, их упорядоченность, - история развития.

Этот вывод согласуется с представлением о преобразовании последовательности стадий психического развития в уровни психической организации - стержнем концепции Я. А. Пономарева о превращении этапов развития явления в структурные уровни его организации. И с позицией Л. С. Выготского, считавшего, что «индивид в своем поведении обнаруживает в застывшем виде различные законченные уже фазы развития». Ж. Пиаже также подчеркивал соответствие стадий развития уровням организации поведения, полагая при этом, что формирование нового поведения означает «ассимиляцию новых элементов в уже построенные структуры».

Модель функциональной системы

Академик П.К. Анохин предложил модель организации и регулирования поведенческого акта, в которой есть место для всех основных процессов и состояний. Она получила название модели функциональной системы . Ее общее строение показано на рис. 1.

Модель функциональной системы. Рис. 1.

Суть данной концепции П.К. Анохина заключается в том, что человек не может существовать изолированно от окружающего мира. Он постоянно испытывает воздействие определенных факторов внешней среды. Воздействие внешних факторов было названо Анохиным обстановочной афферентацией . Одни воздействия для человека несущественны или даже неосознаваемы, но другие, - как правило, необычные - вызывают у него ответную реакцию. Эта ответная реакция носит характер ориентировочной реакции .

Все воздействующие на человека объекты и условия деятельности, вне зависимости от их значимости, воспринимаются человеком в виде образа . Этот образ соотносится с информацией, хранящейся в памяти, и мотивационными установками человека. Причем процесс сопоставления осуществляется, скорее всего, через сознание, что приводит к возникновению решения и плана поведения.

В центральной нервной системе ожидаемый итог действий представлен в виде своеобразной нервной модели, названной Анохиным акцептором результата действия . Акцептор результата действия - это цель, на которую направлено действие. При наличии акцептора действия и программы действия, сформулированной сознанием, начинается непосредственное исполнение действия. При этом включается воля, а также процесс получения информации о выполнении поставленной цели.

Информация о результатах действия имеет характер обратной связи (обратной афферентации) и направлена на формирование установки но отношению к выполняемому действию. Поскольку информация проходит через эмоциональную сферу, она вызывает определенные эмоции, влияющие на характер установки. Если эмоции носят положительный характер, то действие прекращается. Если эмоции негативны, то в выполнение действия вносятся коррективы [Маклаков, 2001].

Теория функциональных систем П. К. Анохина. Информационный анализ и синтез

Теория функциональных систем П. К. Анохина позволяет приблизиться к решению вопроса о взаимосвязи физиологических и психических процессов и явлений. Эта теория утверждает, что психологическое и физиологическое описание поведения и деятельности – это частные описания единых системных процессов.

Свойство восприятия окружающего мира, в котором отражаемые стимулы различаются как принадлежащие отдельным подмножествам систем модели субъективного мира человека или животного, называется уровнями восприятия окружающего мира .

– структура, представленная накопленными в эволюции и в процессе общественного и индивидуального опыта человека семью подмножеством систем, в которых представлены и обособлены категории субъективной оценки индивидом среды и собственного поведения.

Психологическими исследованиями выявлено семь уровней восприятия человека, графически изображаемых в форме пирамиды: миссия, самопредставление, убеждения, способности, люди моего окружения, поведение, окружение.

Последовательность пирамидального расположения уровней восприятия на модели субъективного мира человека соответствует последовательности формирования общественного и индивидуального опыта индивида.

Уровни восприятия окружающего мира человека – структура, представленная накопленными в эволюции и в процессе общественного и индивидуального опыта человека семью подмножеством систем, в которых представлены и обособлены категории субъективной оценки индивидом среды и собственного поведения.

Чтобы эффективно функционировать в сложном социальном окружении, у людей должны были развиться интеллектуальные способности к эффективной коммуникации, обучению, а главное - к пониманию не только поступков, но и мыслей и желаний своих соплеменников. Каким образом появились у людей эти способности?

Некоторые способности в ходе эволюции человека могли развиваться быстрее других - например, социальный интеллект. Ключевое значение имеет объем кратковременной памяти, измеряемый количеством идей или концепций, с которыми «исполнительный компонент» рабочей памяти может работать одновременно. Эту важнейшую характеристику рабочей памяти называют short-term working memory capacity (ST-WMC). Многочисленные эксперименты показали, что у человека ST-WMC = 7. Большинство животных не может обдумывать комплексно, как часть единой логической операции, более одной, максимум двух идей (ST-WMC = 2) .

Речь идет, таким образом, о магистральном направлении эволюции нашего разума. Становились ли мы «вообще умнее», или у нас совершенствовались в первую очередь строго определенные, социально-ориентированные умственные способности. Экспериментальные данные свидетельствуют в пользу второй версии . Основное направление эволюции нашего разума связано с формированием речевых навыков - употреблением у трехлетних детей предложений из более чем 3 слов. Далее этот процесс продолжает развиваться по прежней «траектории», достигая уровня около семи слов примерно к 12 годам и наконец, семи идей или концепций, с которыми «исполнительный компонент» рабочей памяти может работать одновременно у взрослых людей.

Общение в коллективе и обществе способствовали формированию и функционированию дополнительных функциональных систем, связанных с речью . Одновременно с возникновением речи проходил процесс формирования внутреннего мира (субъективного мира) человека, и развивается социальное общение.

Социальное общение и индивидуальная биологическая уникальность индивидов являются необходимыми, но не достаточными признаками персонификации сообщества. Еще одно обязательное условие заключается в наличии «межиндивидуальных» отношений, т. е. отношений индивида к другим членам сообщества как к самостоятельным «персонам», имеющим не только собственный внешний облик, но и собственный внутренний мир. Способность к такого рода психофизической персонификации впервые появились у приматов и получила максимальное развитие у людей, которые могут «утонченно» воспринимать и оценивать внутренний мир (субъективный мир) окружающих как отличный от их собственного .

По современным представлениям, рабочая память имеет довольно сложную структуру. Центральное место в ней занимает «исполнительный компонент» (central executive component), локализованный в одном из участков префронтальной коры (а именно в полях Бродмана 9 и 46). Его главная задача - удерживать внимание на той информации, которая необходима субъекту для решения насущных задач. Сама эта информация может храниться где-то еще. Ее обычно называют кратковременной памятью (short-term memory) и рассматривают как компонент рабочей памяти.

Память, хранится не в каком-то специально выделенном для этой цели участке мозга, а распределяется по всем отделам, причем для запоминания используются те же нейроны, которые возбуждались при непосредственном переживании события (см.: Нейроны соревнуются за право участия в формировании рефлексов , «Элементы», 26.04.2007).

Субъективный мир человека (СМЧ) – структура, представленная накопленными в эволюции и в процессе общественного и индивидуального опыта человека семью подмножеством систем, в которых представлены и обособлены категории субъективной оценки индивидом среды и собственного поведения . Что позволяет «исполнительному компоненту» рабочей памяти реализовать обработку информации одновременно (параллельно) по семи подмножествам систем , активизировать фактор новизны, и привело к усиленной активации ранних генов в клетках мозга человека ; в эволюции, эти адаптивные модификации функциональных систем, обеспечили дифференциальное выживание, привели к феномену человека и новой фазе нейроэволюции .

Наша гипотеза поясняет возникновение функции безопасности в социальном общении .

У животных все основные функциональные системы представлены на двух (для обезьян не более 3) нижних уровнях модели восприятия окружающего мира, соответственно уровень окружения (с ключевым вопросом, что вокруг?) и уровень поведения (ключевой вопрос, что делаю?). Эти уровни модели восприятия окружающего мира отражают основную способность животных - приспособится к окружающей среде и тем самым выжить . При этом системы, сформированные в естественной природной среде, становятся для животных основными и необходимыми для сосуществования в естественных природных условиях. Поэтому взрослое высшее животное с системами, сформированными в искусственной среде обитания при участии человека, как правило, погибает, при помещении его в как будто бы привычные и естественные природные условия его обитания. Это, конечно, не находит объяснения у некоторых ученых, которых считают, что у животных поведение, умственная и психическая деятельность покоятся на врожденных, наследственно обусловленных инстинктах, закрепленных в генетической программе на протяжении всей эволюции.

Человек приспособлен к резким изменениям окружающей среды и его функциональные системы помимо двух нижних уровней восприятия представлены еще на пяти уровнях восприятия.

Уровни восприятия модели субъективного мира человека и соответствующие им системы, непрерывно поддерживая активным фактор новизны, позволили осуществить положительную обратную связь генерации процесса возникновения и развития языка и речи .

За счет генерации процесса возникновения и развития языка и речи, более объективной оценки окружающей среды, в процессе общественного и индивидуального опыта человека происходит выделение все большего количества подмножеств систем, в которых представлены и обособлены категории субъективной оценки индивидом среды и собственного поведения. Эти подмножества систем качественно улучшают объективную оценку окружающей среды и результатов собственной деятельности, что обеспечивает не только дифференциальное выживание, но обуславливает феномен человека и новую фазу эволюционного цикла .

Таким образом, обработка информации из внешней среды у человека идет одновременно и параллельно по семи подмножествам систем.

У большинства животных обработка информации из внешней среды идет также параллельно, но с участием не более 2 подмножеств систем. В обоих случаях этот процесс связан с реализацией встроенных систем безопасности .

Основные положения ТФС П.К. Анохина отражают представления П. К. Анохина о том, что психика возникла в эволюции потому, что психические переживания содержат обобщенную оценку ситуации, благодаря чему они выступают в качестве важных факторов поведения (П. К. Анохин, 1978). Вопрос о функциональном смысле субъективного опыта и переживаний, их роли в поведении – одна из важнейших проблем науки о мозге. Представляя собой результат синтеза информации, психические феномены содержат интегрированную оценку ситуации, способствуя тем самым нахождению поведенческого ответа. Элементы обобщения содержатся в самых простых психических феноменах, таких как ощущение. При мышлении информационный синтез включает не только соединение, но и перекомбинацию уже известных сведений, что лежит в основе нахождения решения. Это относится как к перцептивному решению, т. е. опознанию стимула, так и к выдвижению и селекции гипотез, построению моделей будущих событий .

Комплексная функциональная система – комплекс избирательно вовлеченных компонентов - множество систем, у которых взаимодействие и взаимоотношение приобретают характер взаимосодействия компонентов, направленного на получение полезного результата в соотношении «организм – среда» .

Дальнейшее развитие теории функциональных систем П. К. Анохина связано с .

1. Функциональная система является центральнопериферическим образованием, становясь, таким образом, конкретным аппаратом саморегуляции. Она поддерживает свое единство на основе циклической циркуляции от периферии к центрам и от центров к периферии, хотя и не является «кольцом» в полном смысле этого слова.
2. Существование любой функциональной системы непременно связано с получением какого-либо четко очерченного результата. Именно этот результат определяет то или иное распределение возбуждений и активностей по функциональной системе в целом.
3. Другим абсолютным признаком функциональной системы является наличие рецепторных аппаратов, оценивающих результаты ее действия. Эти рецепторные аппараты в одних случаях могут быть врожденными, в других это могут быть обширные афферентные образования центральной нервной системы, воспринимающие афферентную сигнализацию с периферии о результатах действия. Характерной чертой такого афферентного аппарата является то, что он складывается до получения самих результатов действия.
4. Каждый результат действия такой функциональной системы формирует поток обратных афферентаций, представляющих все важнейшие признаки (параметры) полученных результатов. В том случае, когда при подборе наиболее эффективного результата эта обратная афферентация закрепляет последнее наиболее эффективное действие, она становится «санкционирующей афферентацией» [П.К.Анохин, 1935].
5. В поведенческом смысле функциональная система имеет ряд дополнительных широко разветвленных аппаратов.
6. Жизненно важные функциональные системы, на основе которых строится приспособительная деятельность новорожденных животных к характерным для них экологическим факторам, обладают всеми указанными выше чертами и архитектурно оказываются созревшими точно к моменту рождения. Из этого следует, что объединение частей каждой жизненно важной функциональной системы (принцип консолидации) должно стать функционально полноценным на каком-то сроке развития плода еще до момента рождения [П.К.Анохин, 1968].

1. Афферентный синтез.
2. Принятие решения.
3. Формирование акцептора результата действия.
4. Обратная афферентация (эфферентный синтез).
5. Целенаправленное действие.
6. Санкционирующая стадия поведенческого акта [П.К.Анохин, 1968].

Множество исследований в области искусственного интеллекта сталкиваются с проблемой отсутствия на сегодняшний момент какой-либо мощной теории сознания и мозговой активности. Фактически мы обладаем достаточно скудными знаниями о том каким образом мозг обучается и достигает адаптивного результата. Однако, на данный момент происходит заметное увеличение взаимовлияния области искусственного интеллекта и нейробиологии. По результатам математического моделирования мозговой активности ставятся новые цели для экспериментов в области нейробиологии и психофизиологии, а экспериментальные данные биологов в свою очередь во многом влияют на вектор развития ИИ.

Исходя из вышесказанного становится ясно, что для будущего успешного развития бионического ИИ необходимо плотное сотрудничество математиков и нейробиологов, которое в итоге будет плодотворным для обеих областей. Для этого в частности необходимо изучение современных успехов теоретической нейробиологии.

На данный момент существуют три наиболее проработанных и отчасти экспериментально проверенных теории строения сознания в области теоретической нейробиологии: теория функциональных систем П.К. Анохина, теория селекции нейрональных групп (нейродарвинизм) Джеральда Эдельмана и теория глобальных информационных пространств Жана-Пьера Шанже (изначально сформулирована Бернардом Баарсом). Остальные теории либо являются модификациями названных, либо не подтверждены никакими экспериментальными данными. В данной статье речь пойдет о первой из этих теорий - Теории функциональных систем П.К. Анохина .

Парадигмы реактивности и активности

Рис. 1. Две парадигмы нейрофизиологии - реактивность и активность

В соответствии с парадигмой реактивности за стимулом следует реакция – поведенческая у индивида, импульсная у нейрона. В последнем случае в качестве стимула рассматривается импульсация пресинаптического нейрона.

В соответствии с парадигмой активности действие завершается достижением результата и его оценкой. В схему включается модель будущего результата: для человека, например, контакт с объектом-целью .

Согласно реактивностному подходу, агент не должен проявлять активность в отсутствии стимулов. Напротив, при использовании парадигмы активности мы можем допустить случай, когда агенту не поступило никакого стимула из внешней среды, однако, согласно ожиданиям агента он должен был поступить. В этом случае агент будет действовать и обучаться для устранения рассогласования, чего не может бы быть в случае простейшего безусловного ответа агента на стимул из внешней среды.

Теория функциональных систем

Рис. 2. Общая архитектура функциональной системы
(ОА – обстановочная афферентация, ПА – пусковая афферентация)

Архитектура функциональной системы приведена на рис. 2. На схеме представлена последовательность действий при реализации одной функциональной системы. Вначале происходит афферентный синтез, который аккумулирует сигналы из внешней среды, память и мотивацию субъекта. На основе афферентного синтеза принимается решение, на основе которого формируется программа действий и акцептор результата действия – прогноз результативности совершаемого действия. После чего непосредственно совершается действие и снимаются физические параметры результата. Одной из самых важных частей данной архитектуры является обратная афферентация – обратная связь, которая позволяет судить об успешности того или много действия. Это непосредственно позволяет субъекту обучаться, так как сравнивая физические параметры полученного результата и предсказанного результата, можно оценивать результативность целенаправленного поведения. Причем небходимо отметить, что на выбор того или иного действия влияет очень много факторов, совокупность которых обрабатывается в процессе афферентного синтеза.

Такие функциональные системы вырабатываются в процессе эволюции и обучения в течение жизни . Если обобщать, то вся цель эволюции – это выработка функциональных систем, которые будут давать наилучший приспособительный эффект. Функциональные системы, вырабатываемые эволюцией, развиваются еще до рождения, когда нету прямого соприкосновения со средой, и обеспечивают первичный репертуар. Именно этот факт указывает на эволюционную природу этих явлений. Такие процессы получили общее название – первичный системогенез .

Системно-эволюционная теория, разработанная Швырковым В.Б. на основе теории функциональных систем, отвергала даже понятие «пускового стимула» и рассматривала поведенческий акт не изолировано, а как компоненту поведенческого континуума: последовательности поведенческих актов, совершаемых индивидом на протяжении его жизни (рис. 3) . Следующий акт в континууме реализуется после достижения и оценки результата предыдущего акта. Такая оценка – необходимая часть процессов организации следующего акта, которые, таким образом, могут быть рассмотрены как трансформационные или процессы перехода от одного акта к другому .

Рис. 3. Поведенчески-временной континуум

Из всего вышесказанного следует, что индивид, и даже отдельный нейрон, должны обладать способностью вырабатывать образ результата действия и возможностью оценивать результативность своего поведения. При выполнении этих условий поведение можно с уверенностью называть целенаправленным.

Однако, процессы системогенеза происходят в мозге не только в развитии (первичный системогенез), но и в течение жизни субъекта. Системогенез – это образование новых систем в процессе обучения. В рамках системно-селекционной концепции научения - формирование новой системы - рассматривается как формирование нового элемента индивидуального опыта в процессе научения. В основе формирования новых функциональных систем при научении лежит селекция нейронов из «резерва» (предположительно низко активных или «молчащих» клеток). Эти нейроны могут быть обозначены как преспециализированные клетки .

Селекция нейронов зависит от их индивидуальных свойств, т.е. от особенностей их метаболических «потребностей». Отобранные клетки становятся специализированными относительно вновь формируемой системы – системно-специализированными. Эта специализация нейронов относительно вновь формируемых систем постоянна. Таким образом, новая система оказывается «добавкой» к ранее сформированным, «наслаиваясь» на них. Этот процесс называется вторичным системогенезом .

Следующие положения системно-эволюционной теории:
о наличии в мозге животных разных видов большого числа «молчащих» клеток;
об увеличении количества активных клеток при обучении;
о том, что вновь сформированные специализации нейронов остаются постоянными
что при научении происходит скорее вовлечение новых нейронов, чем переобучение старых,
согласуются с данными, полученными в работах ряда лабораторий .

Отдельно хотелось бы отметить, что согласно современным представлениям психофизиологии и системно-эволюционной теории количество и состав функциональных систем индивида определяется как процессами эволюционной адаптации, которые отражаются в геноме, так и индивидуальным прижизненным обучением.

Теория функциональных систем успешно исследуется путем имитационного моделирования и на ее основе строятся различные модели управления адаптивным поведением .

Вместо заключения

Хотелось бы еще раз отметить, что с моей точки зрения дальнейшее развития области ИИ невозможно без тесного сотрудничества с нейробиологами, без построения новых моделей на основе мощных теорий.

Список литературы