Основы физиологии высшей нервной деятельности - Коган Александр Борисович

Приспособительное поведение животных, особенно в сложных ситуациях, нередко принимает такие формы, которые трудно «уложить» в рамки рассмотренных выше актов элементарной условно-рефлекторной деятельности. Наблюдая, как шимпанзе ставит ящик на ящик и, взобравшись на них, достает приманку, подвешенную к потолку клетки, И.П. Павлов говорил: «Когда обезьяна строит свою вышку, чтобы достать плод, то это „условным рефлексом“ назвать нельзя. Это есть случай образования знания, уловления нормальной связи вещей». Действующая при этом сложная система условных связей на основе пищевой мотивации обеспечивает целесообразную последовательность действий животного, посредством которых оно достигает удовлетворения своей потребности. Исследование нейрофизиологических механизмов таких сложных форм поведения животных составляет очередную задачу физиологии высшей нервной деятельности. Значение таких исследований определяется и тем, что раскрытие этих механизмов образования своеобразных сложных систем условных связей может пролить свет на биологические предпосылки формирования некоторых свойств аналитико-синтетической деятельности мозга человека.

Одной из таких сложных форм высшей нервной деятельности является так называемое образное или психонервное поведение (И.С. Бериташвили, 1963). Представление о своеобразии такого поведения основывается на фактах, полученных при изучении пищевых реакций животных в условиях свободного поведения. Так, достаточно однажды покормить собаку в определенном месте и она будет туда прибегать. Предполагают, что при первом же поедании корма возникают множественные связи всех признаков местонахождения пищи и ее самой в виде синтетического их образа. Этот образ хранится в памяти, и когда по внешним (обстановка) или внутренним (голод) побуждениям он репродуцируется, то осуществляет соответствующее поведение. В случае возникновения образа угрожающей ситуации репродукция этого образа по какому-либо его компоненту направляет поведение на избегание опасности.

Рис. 52. Нейронный механизм объединения слухового и зрительного восприятия, создающего целостный образ звучания объекта (по И.С. Беритову):

S1 — S6 — сенсорные нейроны, P1 — P2 — передаточные звездчатые нейроны, B1 — В14 — вставочные пирамидные нейроны, A1 — A5 — ассоциативные пирамидные нейроны, РM — пирамидные проекционные нейроны, M — пирамидные нейроны Мейнерта, C — звездчатые нейроны Кахаля, MAR1 — MAR2 — вставочные нейроны Мартинотти, I—VI —слои коры; стрелками вверх и вниз обозначены афферентный вход и эфферентный выход соответственно

Считают, что в отличие от простых условных рефлексов, требующих повторения сочетаний сигнала и подкрепления, условные связи формирования образов возникают сразу. В качестве доказательства различия образного и простого условно-рефлекторного поведения приводят результаты опытов с выработкой пищевых условных рефлексов при усложненном подходе к кормушке. Когда звучал сигнальный звонок, находящийся от кормушки в 4–5 м, собаку сначала подводили к нему, потом вели в другую сторону и только затем приводили к кормушке для подкрепления едой. Оказалось, что после первого поедания корма собака стала бежать прямо к кормушке, и несмотря на сотни сочетаний условный рефлекс следования по усложненному пути был неустойчив и прерывался прямой побежкой к кормушке. Образ местонахождения пищи оказывался ведущим в поведении.

Поиски нервного субстрата формирования образов привели к заключению о том, что оно осуществляется с участием подкорковых структур совместной деятельностью проекционных и ассоциативных областей коры мозга, в которой особую роль играют звездчатые нейроны (И.С. Беритов, 1969). Их морфофизиологические особенности позволяют предположить, что звездчатые нейроны с околоклеточной сетью аксонов, образующие своеобразную матрицу в IV слое проекционных полей коры, являются сенсорными, порождающими ощущения; а звездчатые нейроны с аксонами, идущими к вставочным и ассоциативным пирамидным клеткам, связывают через них отдельные компоненты восприятия разных модальностей в целостный образ внешнего мира. На рис. 52 показан возможный нейронный механизм объединения зрительных и слуховых компонентов восприятия в целостный образ.

Другая сложная форма высшей нервной деятельности, демонстрирующая «улавливание нормальной связи вещей», о котором говорил И.П. Павлов, была исследована на примере экстраполяционного, или рассудочного, поведения (Л.В. Крушинский, 1977). Как показывает само название, речь идет о способности животного, наблюдавшего течение существенного для него события, «уловить» закономерности его протекания, а когда наблюдение прерывается, то экстраполировать, т.е. «мысленно» продолжить, ход событий и соответственно строить свое поведение без специального обучения. Примером такого поведения в природных условиях может служить случай, описанный известным натуралистом Э. Сетон-Томпсоном, когда ворона, пролетая над ручьем, уходящим в трубу, уронила в него кусок хлеба, который она несла в клюве. Заглянув внутрь, она быстро облетела трубу, дождалась выплывания куска, выловила его и полетела дальше.

Для экспериментального исследования способности к экстраполяции была разработана методика движущейся кормушки, скрывающейся на некоторое время в коридоре (Л.В. Крушинский, 1960).

На рис. 53 показана схема такой установки и результаты опытов на ней с разными птицами. Кормушка исчезала из поля зрения, проходя со скоростью 8–10 см/с через два полутораметровых коридора, между которыми оставался промежуток в 3–5 см. Как видно по поведению подопытных птиц, только сорока могла довольно точно экстраполировать движение кормушки и «предвидеть» ее появление из коридора.

Рис. 53. Поведение голубя (А) и сороки (Б) в опыте с экстраполяцией направления движения (по Л.В. Крушинскому):

1 — кормушка, двигающаяся по рельсам в направлении, указанном стрелками, 2 — коридоры, в которых движение кормушки перестает быть видимым, 3 — путь птицы

Исследования, проведенные с помощью соответственно модифицированных методик (прохождение кормушки под горизонтальной плоскостью, помещение кормушки в движущиеся объемные фигуры и др.), позволили дать сравнительную оценку способности к экстраполяции у исследованных животных разных видов. Так, среди млекопитающих на 1-м месте оказались обезьяны, дельфины и бурые медведи, 2-е место заняли лисицы, волки, собаки, 3-е — песцы и лисицы звероферм, 4-е — кошки, 5-е — мышевидные грызуны, зайцы, 6-е — пасюки, кролики. Среди птиц на 1-м месте — вороновые, на 2-м — хищные птицы, утки, куры, на 3-м — голуби. Способность к экстраполяции у черепах оказалась на уровне между 1-м и 2-м местами у птиц. Лягушки и жабы были совершенно неспособны к обучению, рыб можно было обучить экстраполяции.

Поиски нейрофизиологических механизмов, лежащих в основе экстраполяционного поведения, привели к заключению, что у млекопитающих особую роль в его осуществлении играют лобные отделы мозга, удаление которых делает экстраполяцию невозможной. У птиц, по-видимому, эту роль выполняет особый вырост стриарных тел — вульст, развитие которого коррелирует с показателями экстраполяционной деятельности. У рептилий такая деятельность нарушается при повреждении передних отделов примитивной дорсальной коры мозга. В отношении нейронной организации экстраполяционных процессов предполагают, что они осуществляются при участии нейронов, детектирующих характер изменения действующих раздражителей, свойства которых формировались генетически в онтогенезе.