В школе Б. Г. Ананьева проведен большой цикл исследований, показавших прямую взаимосвязь трудности и успешности познавательной деятельности, с одной стороны, и энергетических затрат на ее выполнение – с другой. Показателем энергетических затрат служило изменение температуры кожи висков при умственной деятельности по сравнению с ее фоновыми значениями. Чем более трудные задачи решали испытуемые и чем более успешной была их умственная деятельность, тем больше возрастала температура кожи висков по сравнению с фоном.
Локальное усиление нервной активности и метаболизма в работающих областях мозга
Имеется много данных о большей локальной нервной активности областей коры, занятых анализом и синтезом приходящих к ним сигналов, по сравнению с уровнем нервной активности других областей. Например, в одном красивом эксперименте, описанном Дж. Р. Андерсоном, от испытуемых требовалось определять длину демонстрируемых отрезков, предъявляемых в четырех разных позициях от точки фиксации (выше и левее, выше и правее, ниже и левее, ниже и правее). В четырех отведениях зрительной коры, соответствующих разной локализации отрезков в поле зрения, регистрировали вызванные потенциалы мозга (ВП). На приведенном Дж. Р. Андерсоном рисунке хорошо видно усиление нервной активности именно в тех частях зрительной коры, которые соответствуют местоположению тех отрезков, длина которых определялась.
Вместе с тем в областях коры, осуществляющих анализ и синтез приходящих сигналов, всегда усиливается также кровоток и метаболическая активность. На этом основаны методы косвенного определения локальной нервной активности – ПЭТ и ФМРК.
ПЭТ (позитронно-эмиссионная томография) – метод регистрации активности мозга, основанный на отображении различий в скорости мозгового кровотока и обмена веществ в разных мозговых зонах посредством введения в кровь радиоактивных веществ и последующего сопоставления их концентрации в разных мозговых областях. Концентрация введенных веществ всегда выше в активных областях мозга, а ее уровень тем больше, чем большее участие принимают те или иные зоны мозга в анализе и синтезе сигналов.
ФМРК – функциональное магнитно-резонансное картирование. Метод основан на отображении внутримозгового локального магнитного резонанса, вызываемого содержащимся в гемоглобине крови железом. Магнитный резонанс более интенсивен в зонах большей активности мозга, и он тем сильнее, чем более активны соответствующие области.
Обострение аналитической и синтетической функции коры при стимуляции неспецифических структур мозга
Имеется много данных, полученных в опытах на животных, о повышении возбудимости, лабильности и реактивности коры больших полушарий под влиянием стимуляции ретикулярной формации ствола мозга и таламической неспецифической системы. Эти данные свидетельствуют о ближайшем участии неспецифических структур в осуществлении мозгом самых тонких и сложных высокоспециализированных функций. Модифицирующие влияния неспецифических структур мозга в отношении корковых функций в большинстве случаев носят облегчающий характер, т. е. реализуются в улучшении и повышении соответствующих функций и основанных на них поведенческих реакций. Суммируем некоторые из этих данных.
• Повышение лабильности корковых нейронов зрительной коры по показателю возрастания критической частоты слияния импульсов в одиночных нейронах, вызываемых вспышками света, на 10–15 импульсов в секунду при стимуляции ретикулярной формации.
• Возрастание отношения сигнал/шум в параметрах вызванной стимулом корковой активности при стимуляции неспецифических систем мозга.
• Увеличение амплитуды корковых ВР на световые вспышки и звуковые щелчки при стимуляции ретикулярной формации, что трактуется как повышение возбудимости и усиление возбуждения в соответствующих корковых нейронах.
• Повышение корковой временной различимости сигналов. Если две вспышки света, предъявляемые с интервалом 50 мс, дают один кортикальный ответ, то стимуляция ретикулярной формации приводит к возникновению двух раздельных вызванных потенциалов.
• Расширение сферы усвоения ритмов в сторону высоких частот.
• Удлинение периода следового последействия сенсорных раздражителей в корковых нейронах на фоне электростимуляции неспецифических структур мозга.
• Улучшение у обезьян реакций, требующих зрительного различения, повышение числа правильных двигательных реакций и сокращение их латентных периодов при стимуляции многих точек ретикулярной формации ствола мозга.
• Ускорение выработки условных рефлексов, т. е. повышение синтетической функции коры при раздражении ретикулярной формации слабым электрическим током.
Рассмотренные факты делают понятной необходимость поступления в кору импульсаций со стороны неспецифических активирующих структур мозга: они создают оптимальные условия осуществления корой ее специфических аналитико-синтетических функций.
Источники и механизмы включения в целостную функциональную систему психики ее активационно-энергетической подсистемы
По поведенческим, физиологическим данным и по данным вербальных отчетов можно выделить несколько разных источников и механизмов включения активационно-энергетической подсистемы психики.
• При действии сильных раздражителей и движущихся объектов. В этих случаях активирующие структуры ретикулярной формации ствола мозга включаются возбуждением коллатералей восходящих сенсорных систем. Биологическое значение такого включения состоит в том, что, как писал Э. Б. Титчеиер, животное, которому суждено жить, должно обращать внимание на движение, контраст, сильные впечатления и т. д.
• При несовпадении сенсорных впечатлений со сложившейся нервной моделью стимула. Это ориентировочный рефлекс, рефлекс «что такое» в терминах И. П. Павлова. Включение активирующих структур мозга, усиливая активацию и метаболические процессы коры, обеспечивает выяснение значения нового сигнала, анализ как его собственных свойств, так и окружающей обстановки.
• При действии жизненно значимых для организма и личности раздражителей (безусловно- и условно-рефлекторные сигналы опасности, сигналы пищи для голодного животного и человека, восприятие произносимого кем-то имени человека, неожиданная встреча в неожиданном месте с близким человеком и т. п.).
• При образовании условных рефлексов, новых временных связей в составе новых навыков, при переделке условных рефлексов и навыков, при решении сложных мыслительных задач и т. д. и т. п.
• При мотивационно-эмоциональных возбуждениях, направляющих анализ среды на выделение в ней значимых сигналов, обеспечивающих удовлетворение потребностей и выживание.
• При поддержании длительной готовности к восприятию определенных объектов и совершению определенных действий.
• При реальном появлении определенного объекта на фоне готовности к его восприятию и реальном появлении сигнала к определенному действию на фоне готовности к его совершению.
• При словесных приказах и инструкциях у человека (как со стороны других людей, так и своих собственных), предписывающих обращать внимание, запоминать, сопоставлять и сравнивать определенные объекты, решать определенные задачи и т. д. и т. п.
• При длительном успешном осуществлении человеком какой-либо деятельности. Здесь включаются в действие активирующие механизмы подкрепляющей системы мозга. Это состояния погруженности в деятельность, послепроизвольного внимания и вдохновения.
Из перечисленного видно, что экстренное усиление активности не специфических структур мозга на фоне обычного среднего уровня бодрствования – это постоянный спутник каждодневной жизни человека, а не какое-то редкое явление, возникающее в каких-то исключительных случаях.
Активирующих не специфических структур мозга несколько. Очевидно, в разных случаях в зависимости от обстановки и от вызова, с которым встречается функциональная система психической регуляции поведения и деятельности, включаются разные неспецифические структуры, в разных комбинациях, с разной степенью своей активности и, возможно, с разными нейрохимическими механизмами активации. Выяснение всех сложных деталей такого включения – задача нейрофизиологии мозга, а выяснение интимных механизмов активации и энергетического и метаболического обеспечения разных корковых процессов анализа и синтеза – задача нейробиологии.
Рассмотренные факты делают понятной необходимость поступления в кору импульсаций со стороны неспецифических активирующих структур мозга: они создают оптимальные условия осуществления корой ее специфических аналитико-синтетических функций.
Все приведенные факты образуют следующую систему:
