Інтегративна функція
У трудовій діяльності людина виконує різноманітні дії, фізичні та розумові, щоб досягти поставленої мети, відчуває певні навантаження та зазнає впливу багатьох факторів зовнішнього середовища, що відбивається на характері фізіологічних функцій і процесів. При цьому виконання роботи, з одного боку, має бути точним і відповідати поставленій меті, а з іншого — економним щодо затрат енергії та підтримки фізіологічних показників організму в заданих межах.
Цілеспрямована регуляція сотень тисяч реакцій, що відбуваються в організмі працівника, та трудових дій згідно з поставленою метою забезпечується завдяки інтегративній функції центральної нервової системи.
Інтегративною називається діяльність мозку, яка об’єднує різноманітні функції організму для їх злагодженої взаємодії у процесі досягнення поставленої мети.
У трудовій діяльності реалізуються цілі фізіологічного та психологічного рівнів.
Цілі фізіологічного рівня полягають у підтриманні фізіологічних констант організму, якими є температура тіла, артеріальний тиск крові, межа працездатності нервових клітин, кількість цукру в крові і т. ін. Фізіологічні константи характеризуються тим, що вони можуть змінюватися в певних межах і повертатися до вихідного рівня. Фізіологічні константи підтримуються завдяки саморегуляції, що є характерною рисою інтегративної діяльності.
Цілями психологічного рівня є розв’язання конкретного трудового завдання, певні установки, норми поведінки.
Суть фізіологічної інтеграції розкрив академік П. К. Анохін. Одиницею інтегративної функції є функціональна система. Функціональною системою називають сукупність різних структур і процесів, об’єднаних заради досягнення результатів дії відповідно до поставленої мети.
Згідно з теорією функціональної системи Анохіна поведінка розглядається не як реакція на зовнішні стимули, а як цілеспрямована активність, детермінована випереджувальним відображенням дійсності. Основу поведінки становлять системні процеси, які з певною метою поєднують активність і фізіологічні функції різних анатомічних елементів. Будь-який відповідний акт нервової системи відбувається за участю не одного центра збудження, а є результатом комплексного збудження різних областей центральної нервової системи. Проте рефлекс лишається стрижневою частиною функціональної системи. Комплексне збудження виникає на основі аферентних імпульсів:
● з боку умовного подразника, який безпосередньо зумовлює конкретну діяльність;
● обстановки, в якій перебуває людина;
● пам’яті;
● мотивації.
Ці аферентні збудження інтегруються завдяки аферентному синтезу.
Аферентний синтез — це багатоступенева фізіологічна переробка в мозку різної інформації для постановки мети та її досягнення. Переробка аферентних імпульсів зумовлює створення певного об’єднання різних центральних і периферійних елементів організму — конкретної функціональної системи. Складність її залежить від кількості аферентних збуджень. Результатом аферентного синтезу є заготовлений комплекс збуджень, який передує рефлекторним діям і являє собою аферентний контрольний апарат.
В інтегративній діяльності організму велику роль відіграють периферійні ефекторні апарати, від яких постійно до нервових центрів надходить інформація про ефективність виконаних дій — так звана зворотна аферентація. Зворотна аферентація має відповідати заготовленому комплексу збуджень. Корковий апарат, який оцінює відповідність зворотних аферентацій заготовленому комплексу збуджень, називається акцептором результатів дії (акцептором дії).
Отже, аферентний синтез, зворотна аферентація і акцептор результатів дій є органічними складовими цілісної діяльності організму.
Основою функціональної системи як цілісної діяльності організму є мета, засоби і результат. Мета є вихідним моментом і стимулом системної діяльності. Вона відображується в мозку образом, динамічною моделлю майбутнього результату діяльності. Мета формується на основі аферентного синтезу раніше, ніж починається рефлекторна дія з її реалізації. Матеріальною основою мети є фізіологічний апарат — акцептор результатів дій. Він же оцінює результат дій, порівнюючи з метою, тобто фізіологічною моделлю. Роль акцептора відіграють різні нервові утворення, що входять до складу центральної інтеграції.
Досягненню мети підпорядковується програма дій, тобто склад, послідовність і тривалість їх окремих елементів. Вона відображується в мозку інтегральним образом робочих дій. Спосіб виконання і характер цих дій визначаються фізіологічною моделлю мети. Програма дій реалізується ефекторними робочими органами на основі команд, що надходять від спеціалізованого комплексу нервових клітин у вигляді нервових імпульсів.
Здійснення програми дій є засобом реалізації мети, тобто отримання конкретного результату. Результати дій є сполучною ланкою між програмою дій і поставленою метою. Ці результати діють на рецептори органів чуттів, створюючи в різних аналізаторах нервову імпульсацію щодо ефекту виконаних дій. Ця нервова імпульсація у вигляді зворотної аферентації, або реаферентації, несе інформацію про корисність чи безрезультатність виконаних дій. Акцептор дій порівнює результати з метою. Якщо параметри результату дій збігаються з параметрами фізіологічної моделі мети, то робочий акт вважається закінченим і організм переходить до інших трудових актів. За наявності розбіжностей у цих параметрах діяльність мозку набуває іншого напрямку (вносяться корективи до трудових дій). У першому випадку йдеться про негативну зворотну аферентацію, у другому — про позитивну, тобто таку, що спонукає до нових дій. Корисний ефект діяльності є провідною ланкою функціональної системи, і саме йому підпорядковуються всі її компоненти. Коли мети досягнуто, функціональна система стає неактивною. Вона починає функціонувати, якщо є відхилення від наміченої мети. Саме відхилення є подразником, який мобілізує відповідну функціональну систему. Така форма керування називається саморегуляцією. Засобами саморегуляції є процеси збудження і гальмування. Процес збудження стимулює всі ланки функціональної системи. Процес гальмування сприяє безперешкодному здійсненню діючої функціональної системи, блокуючи неадекватні в даний момент рефлекторні акти.
Виконання трудової діяльності відбувається завдяки формуванню робочої (основної) функціональної рефлекторної системи, яка забезпечується енергією, що виробляється в клітинах і тканинах організму.
Під робочою функціональною системою розуміють злагоджено діючі фізіологічні механізми головного та спинного мозку, які організують і регулюють робочі рухи, процеси мислення, енергетичне забезпечення, спрямовані на виконання певної трудової операції.
Взаємодія органів забезпечується чотирма рівнями системної регуляції. На найнижчому, першому, рівні відбувається кільцева саморегуляція, яка є універсальною для всіх органів. Аферентна і ефекторна ланки містяться в одному й тому самому органі. Відхилення в показниках його роботи є подразником, що стимулює зворотну аферентацію і викликає відповідну реакцію щодо підтримки функціональної стійкості. Другий рівень стосується внутрішньосистемної регуляції, завданням якої є підтримка злагодженої взаємодії між складовими тієї чи іншої фізіологічної системи (наприклад, між роботою серця і тонусом судин).
Третій рівень — це міжсистемна регуляція, внаслідок якої досягається взаємодія між різними вегетативними функціями (наприклад, між серцево-судинною та дихальною системами).
Найскладнішим є четвертий рівень регуляції, пов’язаний з пристосуванням діяльності внутрішніх органів до рухової активності. Нерегульованість механізмів цього рівня особливо різко впливає на життєдіяльність організму як єдиного цілого. Тому затрати енергії в процесі праці підлягають механізму саморегуляції.
Відновлювати затрачені енергетичні ресурси є завданням спеціальної системно організованої діяльності організму, так званої відновлювальної функціональної системи.
Зменшення кількості енергетичних речовин у клітинах і тканинах є подразником для цієї функціональної системи. Процес збудження стимулює різноманітні фізіологічні і біохімічні перетворення в організмі, пов’язані з відновленням вихідного розміру енергетичних речовин. Робоча (основна) функціональна система блокується в цей час процесом гальмування.
Загальні принципи будови та функціонування сенсорних систем.
Інформація до теми уроку
Усі відомості про навколишній світ ми одержуємо завдяки п'яти основним чуттям — зору, слуху, дотику, нюху й смаку. Система чутливих нервових утворень, які сприймають і аналізують певний вид подразнень, що діють на людину, називається сенсорною системою.
Найбільшу кількість відомостей про навколишній світ ми одержуємо завдяки зоровій і слуховій сенсорним системам. Крім того, існують смакова, нюхова, шкірна та інші системи. За допомогою кожної із сенсорних систем у людини виникають різні види відчуттів: світлові, звукові, запахові, температурні, больові тощо. Однак у звичайних умовах людина свідомо не може виділити якийсь окремий вид відчуттів. Кожного моменту часу в нас виникають цілі комбінації відчуттів — сприйняття. Людина сприймає світ як ціле, і образи зовнішніх предметів та явищ, які формуються в нас,— це результат об'єднаної роботи багатьох сенсорних систем. Це пов'язане насамперед із тим, що кожна ділянка людського тіла містить кілька видів рецепторів. Наприклад, у ротовій порожнині розташовуються не тільки смакові рецептори, але й температурні, больові тощо. І сенсорні системи працюють не ізольовано одна від одної, а в тісній взаємодії.
Будь-яка сенсорна система складається з трьох основних ланок: рецепторів (сприймальна ланка), нервових шляхів (провідникова ланка) і мозкових центрів (центральна обробна ланка). Нервові шляхи від окремих сенсорних систем спрямовані в певні центри мозку. Нижчі центри можуть розташовуватися в спинному і довгастому мозкові, наступні за складністю — у проміжному мозку, а вищі — у корі великих півкуль. Тут кожна сенсорна система займає певну ділянку. Наприклад, у потиличній зоні розташовується корковий відділ зорової системи, у скроневій — слухової, у тім'яній — шкірної сенсорної системи. Взаємодія окремих відчуттів відбувається в корі головного мозку, куди сходяться сигнали від усіх сенсорних систем. Особливі ділянки кори в лобовій, верхньотім'яній і скроневій зонах називаються асоціативними зонами. Вони забезпечують установлення тісної взаємодії між усіма сенсорними системами й беруть участь у процесах сприйняття образів.
Загальні принципи будови сенсорних систем
Основними загальними принципами будови сенсорних систем вищих хребетних тварин і людини є такі.
1) Багатошаровість, тобто наявність кількох шарів нервових клітин, перший із яких пов'язаний з рецепторами, а останній — із нейронами моторних областей кори великого мозку. Ця властивість дає можливість спеціалізувати неиронні шари на переробці різних видів сенсорної інформації, що дозволяє організмові швидко реагувати на прості сигнали, які аналізуються вже на перших рівнях сенсорної системи.
2) Багатоканальність сенсорної системи, тобто наявність у кожному шарі великої кількості (від десятків тисяч до мільйонів) нервових клітин, пов'язаних із великою кількістю клітин наступного шару. Наявність безлічі таких паралельних каналів обробки й передачі інформації забезпечує сенсорній системі точність і детальність аналізу сигналів і велику надійність.
3) Різна кількість елементів у сусідніх шарах, що формує «сенсорні лійки». Фізіологічний сенс «лійки, що звужується» полягає в зменшенні надмірності інформації, а «лійки, що розширюється» — у забезпеченні роздрібненого та складного аналізу різних ознак сигналу.
Основні функції сенсорної системи
Сенсорна система виконує такі основні функції, або операції, з сигналами: 1) виявлення; 2) розрізнення; 3) передача і перетворення; 4) кодування; 5) детектування ознак; 6) упізнання образів. Виявлення та первинне розрізнення сигналів забезпечується рецепторами, а детектування й упізнання сигналів — нейронами кори великих півкуль. Передачу, перетворення та кодування сигналів здійснюють нейрони всіх шарів сенсорних систем.
Виявлення сигналів починається в рецепторі — спеціалізованій клітині, еволюційно пристосованій до сприйняття подразника певної модальності із зовнішнього чи внутрішнього середовища та перетворення його з фізичної чи хімічної форми у форму нервового збудження.
Класифікація рецепторів. Найбільш важливе практичне значення має психофізіологічна класифікація рецепторів за характером відчуттів, що виникають при їхньому подразненні. Згідно з цією класифікацією у людини розрізняють зорові, слухові, нюхові, смакові, дотикові рецептори, термо-, пропріо- і вестибулорецептори (рецептори розташування тіла і його частин у просторі) й рецептори болю.
Існують рецептори зовнішні (екстерорецептори) і внутрішні (інтерорецептори). До екстерорецепторів належать слухові, зорові, нюхові, смакові, дотикові, до інтерорецепторів — вестибу-ло- і пропріорецептори (рецептори опорно-рухового апарату), а також вісцерорецептори (які сигналізують про стан внутрішніх органів).
За характером контакту із середовищем рецептори поділяються на дистантні, які одержують інформацію на відстані від джерела подразнення (зорові, слухові й нюхові), і контактні, що збуджуються при безпосередньому стиканні з подразником (смакові, тактильні). Залежно від природи подразника, на який вони оптимально налаштовані, рецептори можуть бути поділені на фоторецептори, механорецептори (до них належать слухові, вестибулярні рецептори й тактильні рецептори шкіри, рецептори опорно-рухового апарату, барорецептори серцево-судинної системи), хеморецептори (які включають рецептори смаку й нюху, судинні та тканинні рецептори), терморецептори (шкіри та внутрішніх органів, а також центральні термочутливі нейрони), больові рецептори.
Загальні механізми збудження рецепторів. При дії стимулу на рецепторну клітину відбувається перетворення енергії зовнішнього подразнення на рецепторний сигнал, або трансдукція сенсорного сигналу. Цей процес містить у собі три основні етапи:
1) взаємодія стимулу, тобто молекули пахучої чи смакової речовини (нюх, смак), кванта світла (зір) або механічної сили (слух, дотик) з рецепторною білковою молекулою, розташованою в складі клітинної мембрани рецепторної клітини;
2) внутрішньоклітинні процеси посилення й передачі сенсорного стимулу в межах рецепторної клітини; 3) відкривання іонних каналів, розташованих у мембрані рецептора, через які починає текти іонний струм, що, як правило, приводить до деполяризації клітинної мембрани рецепторної клітини (виникнення так званого рецепторного потенціалу). Абсолютну чутливість сенсорної системи вимірюють порогом реакції. Чутливість і поріг — зворотні поняття: чим вищий поріг, тим нижча чутливість, і навпаки. Чутливість рецепторних елементів до адекватних подразників, до сприйняття яких вони еволюційно пристосовані, гранично висока. Так, нюховий рецептор може збудитися при дії одиничної молекули пахучої речовини, фоторецептор —одиничним квантом світла. Чутливість слухових рецепторів також гранична: якби вона була вищою, ми чули б постійний шум через тепловий рух молекул.
Кодуванням інформації називають здійснюване за певними правилами перетворення інформації на умовну форму — код. У сенсорній системі сигнали кодуються двоїчним кодом, тобто наявністю чи відсутністю електричного імпульсу в той чи інший момент часу. Такий спосіб кодування є вкрай простим і стійким до перешкод.
Детектування сигналів — це вибіркове виділення сенсорним нейроном тієї чи іншої ознаки подразника, яка має адаптивне значення. Такий аналіз здійснюють нейрони-детектори, що вибірково реагують лише на певні параметри стимулу.
Упізнання образів — це кінцева і найбільш складна операція сенсорної системи. Вона полягає у віднесенні образа до того чи іншого класу об'єктів, з якими раніше зустрічався організм, тобто в класифікації образів. Синтезуючи сигнали від нейронів-детекторів, вищий відділ сенсорної системи формує «образ» подразника і порівнює його з безліччю образів, які зберігаються в пам'яті. Упізнання завершується прийняттям рішення про те, з яким об'єктом або ситуацією зустрівся організм. У результаті цього відбувається сприйняття, тобто ми усвідомлюємо, чиє обличчя бачимо перед собою, кого чуємо, який запах відчуваємо.