Физиология высшей нервной деятельности История
Античность и средневековье
В античности сформировались два основных философских взгляда на природу мироздания – идеализм и материализм. У истоков материализма стоит учение Демокрита, а идеализма – учения Платона и Аристотеля
Согласно позиции идеализма, душа принадлежит к миру идей, а материальный мир является лишь проекцией мира идей. По этой причине объективное наблюдение и исследование души в рамках нашего материального мира не имеют смысла, а единственный способ узнать что-либо о душе – это постараться вспомнить то, что душа познала еще до рождения человека, пока она находилась в мире идей.
Согласно позиции материализма, душа является разновидностью материи (например, по Демокриту она состоит из атомов) и, по этой причине, он может быть доступна непосредственному физическому наблюдению и исследованию как и любое другое материальное вещество.
Согласно современной общепринятой точке зрения, психика («душа») является информационным процессом (т.е. в своем роде «идеальным» явлением, недоступным прямому физическому наблюдению), однако как и любой другой информационный процесс, она привязана к своему материальному носителю (мозгу) и по этой причине может быть исследована косвенными методами.
Демокрит (Demokritos), около 460 до н. э. - около 370 до н. э. Считал, что душа состоит из атомов, которые рассеиваются после смерти человека. При жизни же на организм постоянно падают атомы, отрывающиеся от предметов. Совокупности атомов, представляющие собой копии предметов, вызывают деятельность органов чувств и порождают ощущения и мышление.
Платон 428/7 до н. э до н. э. Полагал, что душа человека двойственна. Она делится на душу низшего порядка смертную, и на душу высшего порядка бессмертную. Бессмертная душа независима от тела, она может переходить от одного организма к другому и может существовать самостоятельно. Душа смертная, умирающая вместе с телом, пребывает в разных частях тела: разумная в голове, ощущающая в сердце, а растительная в животе. Человек наделен обоими видами души, а животное обладает только смертной душой.
Аристотель 384 до н.э- 322 до н.э В трактате «О душе» выступает как глубокий мыслитель, ратующий за единство души и тела и зависимость явлений психических от явлений телесных. По его мнению, человек обладает как высшей, так и низшей формой души, а животные только последней. Аристотель описал некоторые феномены психики (последовательные образы, явления сенсорной адаптации, некоторые иллюзии восприятия) и вместе с тем он отвергал представление о том, что органом психики является мозг.
Согласно представлениям Аристотеля, есть два вида пневмы (от греч. пнео – дую, дышу): 1)Физическая пневма - дыхание 2)Психическая пневма, которая растворена в крови. Такая точка зрения характеризует Аристотеля скорее как материалиста, чем как идеалиста (хотя потомки восприняли преимущественно идеалистическую сторону его учения – тем более, что Аристотель был учеником Платона).
Более того, душа понималась Аристотелем не только как нечто идеальное и абсолютно самостоятельное, а как некоторого рода функция своего материального носителя (тела человека). «… Душа, - писал Аристотель,- необходимо есть сущность в смысле формы естественного тела, обладающего возможностью жизнью. Сущность же (как форма) есть энтелехия; стало быть, душа есть энтелехия такого тела». «Если бы глаз был живым существом, то душой его было бы зрение». Итак, душа так же как зрение – сущность и «осуществление» глаза как органа зрения.
Гиппократ из Коса (Hippokrates) ок. 460 до н.э. - ок. 370 до н.э. …На собственном опыте он убедился, что основным методом в медицине следует считать "мыслящее" наблюдение. Умение наблюдать позволило ему описать ныне всем известные типы темперамента: сангвиника, холерика, флегматика и меланхолика. Рассматривал человека в неразрывном единстве телесной и духовной жизни, видел в темпераменте внутреннюю гармонию составных частей тела. Полагал, что мозг является органом ощущений и мышления.
Согласно представлениям Гиппократа, свойства души обусловлены равновесием четырех основных жизненных соков (кровь, желчь, слизь и черная желчь), которые в свою очередь связаны с четырьмя первичными элементами, составляющими материю согласно распространенным представлениям того времени (воздух, огонь, вода и земля соответственно). Обратите внимание, что на уровне познаний того времени такая точка зрения была по сути материалистической.
Гален (129201) Римский врач, проводивший не только наблюдения за поведением своих пациентов, но и анатомирование и физиологические эксперименты на животных. Он испытывал действие лекарственных веществ на организм животных, перерезал у них различные нервы, идущие от органов чувств к мозгу, и своими наблюдениями подтверждал взгляды Гиппократа на мозг как орган ощущений и мышления. Имеются сведения, что опыты ставились на живых людях (на гладиаторах и приговоренных к смерти преступниках), которым, например, механическим путем раздражали обнаженный мозг. Органами души Гален считал мозг, сердце и печень. Гален указывал, что в головном мозге есть центры глотания, жевания, мимики.
Далее развитие естественнонаучного знания в европейской культуре остановилось более чем на тысячу лет (до эпохи Возрождения). Знания, полученные Аристотелем и Галеном, долгое время не подлежали сомнению или проверке и считались абсолютно достоверными.
Абу Али Хусейн ибн Абдаллах Ибн Сина (латинизированное имя - Авиценна )
Возрождение и новое время
Рисунок из книги Грегора Рейша Margarita Philosophica, опубликованной в 1504 году. В передней полости расположено общее чувствилище, связанное нервами с органами чувств; в этой полости пребывают также фантазия и воображение. Средняя полость – средоточение мыслей и суждений; в задней полости обитает память. - Таково было представление о душе и работе мозга на момент зарождения науки.
Механистическая концепция рефлекса
В эпоху расцвета механики, физики и математики, создания изощренных механических устройств (часов, музыкальных шкатулок и т.п.) возникла идея, согласно которой организм человека функционирует подобно механизму.
Рене Декарт (René Descartes) (латинизированное имя – Картезий, Renatus Cartesius) 1596–1650 Заложил важнейшие теоретические представления, которые легли в основу современной психологии и нейробиологии
Ответная реакция организма по Декарту: реакция является отражением внешнего воздействия на организм, аналогичным отражению света в физике.
Представления Р.Декарта о процессах, происходящих в нервной системе, соответствовали уровню развития науки того времени «Если, например, огонь приближается к ноге, то мельчайшие частицы этого огня, движущиеся, как вам известно, с большой скоростью, обладают способностью привести в движение то место кожи, к которому они прикасаются. Нажимая этим самым на нежное волокно, прикрепленное к этому месту кожи, они в тот же момент открывают поры (мозга), у которых заканчивается это волоконце, так же, как мы дергаем за веревку, чтобы зазвонил колокольчик на другом ее конце. Когда эти поры открыты, то животные духи из углубления входят в трубку и переносятся ею частично к мускулам, отдергивающим ногу от огня, частично к тем мускулам, которые заставляют голову повернуть к огню и глаза смотреть на огонь, и, наконец, к тем, которые служат для того, чтобы протянуть руки и согнуть все тело для его предохранения».
Основные теоретические положения Р. Декарта, используемые современной физиологией и психологией: органом ощущений, эмоций и мыслей является мозг; мышечный ответ порождается процессами в примыкающем к мышце нерве; ощущение обусловлено изменениями в нерве, связывающем орган чувств с мозгом; движение в сенсорных нервах отражается на моторных, и это возможно без участия воли (рефлекторный акт); вызванные посредством сенсорного нерва движения в веществе мозга создают готовность вновь производить такое же движение (обучаемость).
Таким образом, Декарт сформировал понятие о стимуле необходимом для приведения в действие механизмов человеческого тела и о рефлексе как реакции на стимул (хотя сам термин «рефлекс» был введен позже). Детерминизм в представлениях Р.Декарта: поведение не спонтанно, а детерминировано стимулами.
В представлениях Декарта присутствовал дуализм. Согласно его гипотезе, есть две сущности. Тело является одной сущностью протяженной субстанцией, тогда как душа является непротяженной субстанцией. Душа состоит из непротяженных явлений сознания, или «мыслей». К этой категории были отнесены не только разум, но и ощущения, чувства, представления. Таким образом, мышление, воля нематериальны, но могут служить еще одной причиной поведения помимо стимулов.
Жюльен Офре де Ламетри Писал, что разделение Декартом двух субстанций представляло не более чем «стилистическую хитрость», придуманную для обмана теологов. Душа действительно существует, но ее невозможно отделить от тела. Если тело машина, то и человек в целом со всеми его душевными способностями всего лишь чувствующая, мыслящая и стремящаяся к наслаждениям машина. В 1748 г. Ламетри издал книгу «Человек машина».
Биологическая концепция рефлекса
Йиржи Прохазка (Jiří Procháska) Ввел термин «рефлекс». Сделал еще один шаг вперед в физиологическом утверждении стимула, ибо постулировал, что ответная рефлекторная реакция всегда проявляется в размерах, соответствующих силе приложенного стимула. Телесная часть «общего чувствилища» локализуется в спинном мозге, а душевная в головном. Учение Й.Прохазки обогатило представление Р. Декарта о рефлекторной природе поведения понятием о биологическом (а не механическом) назначении рефлекса (самосохранение).
Анатомическая концепция рефлекса
В XIX в. развитие физиологии и анатомии позволило приступить к исследованию анатомической основы рефлексов в мозге.
Чарльз Белл (Charles Bell) Франсуа Мажанди (François Magendie) Независимо друг от друга открыли закон, названный впоследствии их именем, описывающий закономерности работы спинного мозга
Закон Белла-Мажанди: центробежные (двигательные) нервные волокна выходят из спинного мозга в составе передних корешков, а центростремительные (чувствительные) волокна вступают в спинной мозг в составе задних корешков. Через передние корешки выходят также центробежные нервные волокна, иннервирующие гладкие мышцы, сосуды и железы. Рефлекторная дуга коленного рефлекса
Маршал Холл (Marshall Hall) М. Холлу принадлежит термин «рефлекторная дуга», состоящая из 1) афферентного нерва 2) спинного мозга 3) эфферентного нерва
Иоганнес Мюллер (Johannes Müller) Мюллер провозгласил принцип «специфической энергии органов чувств», согласно которому каждый из органов чувств воспринимает только специфическую для него энергию.
Первые попытки связать психические функции с работой головного мозга. Френология.
Франц Галль (Franz Joseph Gall) ( ) Австрийский врач и анатом, создал учение - френологию - основанное на том, что различные психические способности (ум, память и др.) локализуются в определенных областях головного мозга, которым соответствуют «шишки» и другие рельефы на поверхности черепа.
Френологические карты Ф.Галля
Хотя френология Галля не имела под собой реальных оснований и впоследствии была забыта, в ней содержалась очень смелая для того времени идея, согласно которой высшие душевные функции можно привязать к материальному субстрату – мозгу. Через сто с лишним лет на основе этой идеи родилась наука нейропсихология.
Введение количественных экспериментальных методов изучения психических явлений.
В целом до конца XIX века исследователи не решались всерьез связать деятельность мозга с высшими психическими функциями. Однако со второй половины XIX века начали проводиться строгие количественные исследования психических явлений человека (психофизика), на рубеже веков начались количественные строго контролируемые исследования поведения животных (бихевиоризм). Одновременно стали накапливаться научные данные о нарушении психических функций человека при травмах мозга – позднее в XX в. из этих наблюдений родилась нейропсихология.
Психофизика
Эрнст Вебер (Ernst Henrih Weber) 1795–1878 Густав Фехнер (Gustav Theodor Fechner) Исследовали связь между физическим воздействием на органы чувств и интенсивностью ощущения (психофизика)
Закон ВебераФехнера: Связывает интенсивность субъективного (т.е. психического) ощущения с интенсивностью физического воздействия. Интенсивность ощущения (ψ) пропорциональная логарифму интенсивности раздражителя (φ):
Вильгельм Вундт (Wilhelm Wundt) Внедрил в психологию количественные методы изучения реакций человека на стимулы; считается основателем экспериментальной психологии.
Бихевиоризм
Эдвард Торндайк (Edward Lee Thorndike) Джон Уотсон (John B. Watson ) Американские психологи, заложили теоретические основы бихевиоризма, в основе которого - строгие количественные эксперименты для изучения поведения. Бихевиористы до середины XX века отказывались от изучения мозга и подходили к нему как к «черному ящику», недоступному для непосредственного изучения.
Кошка в проблемном ящике Торндайка
Торндайк сформулировал три главных закона обучения пользы, эффекта и упражнения. Суть этих законов в том, что полезные действия животного, в силу их связи с приятным чувством в результате выхода, освобождения из клетки, закрепляются, а вредные, вызывающие неприятные чувства, исчезают. Полезные действия становятся тем прочнее, чем больше организм в них упражняется. Торндайк заложил основы методического подхода, который в дальнейшем лег в основу бихевиоризма.
Заслуги бихевиоризма: 1. Психология встала на путь естественнонаучного развития. 2. Создан объективный метод. Благодаря этому в психологии стали бурно развиваться инструментальные методы исследований. 3. Расширился набор объектов исследования. Стали изучать поведение животных, а также младенцев, у которых еще не сформировалась речь.
Беррес Фредерик Скиннер (Burrhus Frederic Skinner) Выдвинул концепцию «оперантного» научения, согласно которой организм приобретает новые реакции благодаря тому, что сам подкрепляет их.
Гештальтпсихология
Основной тезис гештальтпсихологии: «Существуют контексты, в которых то, что происходит в целом не может быть выведено из характеристик отдельных частей, но напротив, то, что происходит с частью целого очевидным образом определяется законами внутренней структуры целого.»
Классическая иллюстрация существования гештальта: постарайтесь увидеть на данном изображении собаку
Вольфганг Кёллер (Wolfgang Köhler) В рамках концепции гештальтпсихологии провел революционные исследования разумного поведения животных.
Эксперименты Кёллера на шимпанзе
И.М.Сеченов
Иван Михайлович Сеченов 1829 – 1905 В 1863 г. опубликовал книгу «Рефлексы головного мозга», где приводил убедительные доказательства рефлекторной природы психической деятельности. Открыл центральное торможение.
Профессора Медико-хирургической академии: С.П.Боткин, И.М.Сеченов, В.Л.Грубер (фото 1860-х годов)
И. М. Сеченов поставил вопрос о существовании двух родов рефлексов. Во-первых, постоянные, врожденные, осуществляемые низшими отделами нервной системы. Во-вторых, рефлексы головного мозга изменчивые, приобретенные в индивидуальной жизни.
И. М. Сеченов понимал рефлекс как универсальную и своеобразную форму взаимодействия организма со средой, опирающаяся на эволюционную биологию. И. М. Сеченов был выдающимся пропагандистом дарвиновского учения в России, он внедрил эволюционно- биологический подход в физиологию мозга и ввел понятие об изменчивости и преобразовании рефлексов в целях успешной адаптации, усложнения и развития.
Открытие центрального торможения И. М. Сеченовым в 1862 г. было первым шагом к созданию им новой физиологии головного мозга. И. М. Сеченов вводит понятие «физиологического состояния центра», которое непосредственно связано с биологическими потребностями. В учение о рефлексах вносится существенное дополнение. Реакция ставится в непосредственную зависимость не только от наличных раздражений, но и от всей суммы прежних воздействий, оставивших длительно сохраняющиеся следы в нервных центрах.
И.П.Павлов
Иван Петрович Павлов 1849 – 1936 Создал первый уникальный метод физиологического изучений психических явлений. Создал учение об условном рефлексе, детально исследовал это фундаментальное явление.
Иван Петрович Павлов
Опыт мнимого кормления собаки (по И.П.Павлову): 1 выведенный наружу отрезок пищевода; 2 фистула желудка; 3 цилиндрик для сбора желудочного сока. За работы по изучению нервной регуляции пищеварительных желез И.П.Павлов был удостоен Нобелевской премии (1904 г.)
Эксперимент в лаборатории И.П.Павлова
Установка для исследования условных слюнных рефлексов по И.П.Павлову: А внутренняя часть экспериментальной камеры; Б внешняя часть
И. П. Павловым был прежде всего создан лабораторный метод объективного изучения приспособительной деятельности человека и животных метод условных рефлексов. Условнорефлекторные методики до сих пор являются одним из основным методов изучения нейробиологических механизмов поведения. И. П. Павлов создал теорию условных рефлексов – важнейшую веху в понимании мозговых механизмов психических явлений, до сих пор сохранившую огромное научное значение. И. П. Павлов предпринял попытку локализовать сам нервный процесс замыкания нервных связей в коре головного мозга у высших животных и человека (хотя как показали исследования конца XX века, этот процесс оказывается намного сложнее).
Дальнейшее развитие
Алексей Алексеевич Ухтомский 1875 – 1942
Эзрас Асратович Асратян
Леон Абгарович Орбели ( )
Ежи Конорски (Jerzy Konorski)
Кларк Леонард Халл (Clark Leonard Hull) 1884 – 1952
Роберт Рескорла (Robert Rescorla)
Леонид Григорьевич Воронин
Леонид Викторович Крушинский
Постепенно в течение XX в. в нейробиологии происходил переход к когнитивной трактовке наблюдаемых явлений, так как чисто рефлекторного объяснения («стимул- реакция») многих наблюдаемых явлений оказалось недостаточно. Прежде всего при этом подразумевается, что основная функция нервной системы состоит не столько в реакции на раздражители (хотя эта функция не отрицается), сколько в формировании адаптивного поведения на основе некоторых сложных и отчасти автономных процессов в нервной системе.
Физиологические исследования в сочетании с изучением анатомии и морфологии головного мозга привели к однозначному заключению – именно головной мозг является инструментом нашего сознания, мышления, восприятия, памяти и других психических функций.