Реконструирование механизма условных рефлексов

Интеллект решает неординарные проблемы

Процесс открытия и последующего изучения условных рефлексов - одного из величайших открытий 20 века - начался, как уже говорилось, с проблематичного факта психического возбуждения слюнных желез. Налицо была агенто-эффектная структура. Были даны агент и эффект его действия, но не были известны путь вызываемого агентом воздействия и механизм, проводящий это воздействие от агента к эффекту. Эти два момента и явились искомым реконструктом для Ивана Петровича Павлова и его первого сотрудника по изучению данного феномена И.Ф.Толочинова (1902 год). Задача нахождения реконструкта была развернута в серию более конкретных проблем: какими раздражителями вызываются слюноотделительные реакции в подобных случаях? Какова связь этого вида раздражения с безусловным рефлексом? Каким правилам подчиняются такого рода реакции? В каких отделах мозга локализуются происходящие при этом нервные процессы? Эти проблемы придали поиску вполне определенную логику, необходимые ориентиры, направленность, подсказали характер уже имеющихся физиологических представлений, которые следовало привлечь для решения перечисленных проблем. В систему этих представлений Павлов и поместил непонятное для той поры явление, и это сразу раскрыло некоторые его черты. Это была важная первоначальная познавательная ситуация, поскольку она позволила с самого начала частично идентифицировать неизвестное явление.

Системой представлений, о которой идет речь, были знания о рефлексе вообще, о безусловном рефлексе (который, правда, тогда так еще не назывался), о некоторых чертах рефлекторной деятельности организма. Павлов подчеркивает в этой связи огромное значение для его исследований в этот период книги И.М.Сеченова "Рефлексы головного мозга", вышедшей в 1863 году. Изложенные в ней идеи он называет "гениальным взмахом Сеченовской мысли".

Подойдя к явлению так называемого психического возбуждения, то есть раздражению животного пищей на расстоянии (опосредованного раздражения) с точки зрения указанных представлений, Павлов тем самым перевел данное явление в область физиологических фактов и с этой позиции сразу получил возможность определить некоторые его характеристики. Истолковав рассматриваемое явление как рефлекс, он благодаря этому смог определить в общих чертах путь нового вида рефлексов, получившего название условного: "Основным исходным понятием у нас является декартовское понятие, понятие рефлекса. Конечно, оно вполне научно, так как явление, им обозначаемое, строго детерминизируется. Это значит, что в тот или другой рецепторный нервный прибор ударяет тот или другой агент внешнего мира или внутреннего мира организма. Этот удар трансформируется в нервный процесс, в явление нервного возбуждения. Возбуждение по нервным волокнам, как проводам, бежит в центральную нервную систему и оттуда, благодаря установленным связям по другим проводам приносится к рабочему органу, трансформируясь в свою очередь в специфический процесс клеток этого органа. Таким образом тот или другой агент закономерно связывается с той или другой деятельностью организма, как причина со следствием".

Итак, сходство с безусловным рефлексом позволило установить связующее звено между агентом и эффектом - им является центральная нервная система. Но теперь встают проблемы относительно этого звена. При безусловном рефлексе раздражение непосредственно попадает в пищевой центр, откуда также непосредственно нервные импульсы передаются в слюнные железы. В случае же условного рефлекса внешнее раздражение не может попасть сразу в пищевой центр, поскольку оно действует не с нервных окончаний полости рта, а с глаза или уха. Такие раздражения, естественно, попадают соответственно в зрительный или слуховой центры мозга. Но тем не менее эти раздражения также могут вызывать слюноотделительную реакцию. Следовательно, они каким-то образом попадают в пищевой центр и генерируют в нем соответствующие нервные импульсы. Правила связанности всех компонентов агенто-эффектной структуры, которые мы сформулировали выше, требуют установления связи между этими центрами, в противном случае невозможен конечный эффект. Он имеет место тогда, когда все компоненты и происходящие с их участием процессы образуют единое целое, непрерывную последовательность, цепь. Наличие этого необходимого свойства у подобных структур в случае условного рефлекса формируется таким образом: пункт приложения условного раздражения к коре мозга и соответствующий другой центр более или менее прочно связываются на определенное время при определенных условиях. Это связывание Павлов назвал правилом замыкания, ассоциации. Он подчеркивает естественность соответствующей связи для образования условно-рефлекторной структуры: "В технике, как и в нашей обыденной жизни, так часто применяется сейчас принцип замыкания, что было бы странным, если бы в механизме высшей нервной системы, устанавливающей сложнейшие, тончайшие отношения, этот принцип представлялся неожиданным. Вполне натурально, что, кроме проводникового прибора, существует и замыкательный".

Реакции на условные раздражители свидетельствовали о том, что раздражение нервной системы направляется не к любому другому центру, а к вполне определенному, а именно к тому, который в данный момент находится в состоянии возбуждения. Поэтому нужно было кроме прочего определить причину такого характера движения раздражения внутри мозга. Сопоставив случай, когда, с одной стороны, имело место возбуждение какого-либо центра и соответственно был определенный эффект, а с другой - когда этот центр был в покое и, следовательно, не было соответствующего эффекта, Иван Петрович приходит к выводу о том, что причина кроется именно в наличии возбуждения в каком-либо из центров больших полушарий: "Если новое, ранее индифферентное раздражение, попав в большие полушария, находит в этот момент в нервной системе очаг сильного возбуждения, то оно начинает концентрироваться, как бы прокладывать себе путь к этому очагу и дальше от него в соответствующий орган, становясь, таким образом, раздражителем этого органа. В противном случае, если нет такого очага, оно рассеивается, без заметного эффекта, по массе больших полушарий. В этом формулируется основной закон высшего отдела нервной системы".

Этот вывод получен ученым с помощью вполне определенного содержательного мыслительного правила, которое отчетливо просматривается в данном утверждении. Формула этого правила такова: если некоторые процессы имеют место при наличии определенного объекта или его состояния и, напротив, не имеют места при их отсутствии, то этот процесс является функцией данного объекта или его состояния. Это правило можно назвать правилом функционального отношения. В соответствующем опыте Павлова в состоянии сильного возбуждения находится пищевой центр, расположенный в продолговатом мозгу. Когда условный (индифферентный) раздражитель (например, с глаза или уха) приходит в соответствующий ему центр (зрительный, слуховой), то сильно возбужденный пищевой центр притягивает его к себе, следствием чего и является реакция слюноотделения. Этот последний центр и выполняет функцию притяжения раздражения из других центров. Иван Петрович называет этот процесс прокладывания пути, концентрации индифферентного раздражения к очагу сильного возбуждения механизмом замыкания проводниковых цепей между явлениями внешнего мира и реакциями на них организма, механизмом направления индифферентных раздражений.

Формированию искомого реконструкта помогает операция сопоставления частично аналогичных явлений - условного и безусловного рефлексов. Такое сопоставление позволяет выявить как сходные, так и отличительные черты родственных явлений. Благодаря этому приему Павлову удалось определить одну из наиболее существенных характеристик условных раздражителей. "Всматриваясь пристальнее в изучаемые явления, - пишет ученый, - нельзя не заметить следующего: при безусловном рефлексе в качестве раздражителя действуют те свойства объекта, на которые физиологически и рассчитана слюна, как твердость, сухость, определенный химический состав и так далее, при условном же тоже в качестве раздражителей являются такие свойства, которые не стоят ни в каком непосредственном отношении к физиологической роли слюны, как цвет, форма и так далее. Эти последние свойства, очевидно, получают свое физиологическое значение как сигналы для первых". Открыв эту специфическую функцию условных раздражителей, Павлов истолковывает ее как средство более тонкого приспособления слюнных желез, а следовательно, и организма в целом к окружающему миру.

Павлову также нужно было решить проблему места образования условных рефлексов. Помимо метода экстирпации он и здесь прибегает к методу эффектов. В этом ему помогает наличие вполне определенных соотношений, зависимостей, корреляций между элементами структуры этого метода, хотя последний и выступал для него в более конкретной форме - в форме условных рефлексов. Павлов пришел к заключению, что таким местом является кора больших полушарий мозга, высшие структуры нервной системы организма. Его обоснование строилось следующим образом: условные рефлексы представляют собой "самые сложные явления в нервном функционировании и, естественно, должны быть связаны с верхними этажами нервной системы". Обобщая схему этого рассуждения, можно сформулировать еще одно содержательное мыслительное правило, позволяющее делать необходимые выводы из других подобных проблемных ситуаций. Формула этого правила такова: если какое-либо явление обладает высоким уровнем сложности, то его продуцентом может быть феномен такого же уровня сложности. Последняя может быть больше, но ни в коем случае не меньше. Что касается центральной нервной системы, то низшие ее отделы (подкорка, продолговатый мозг и другое) недостаточно сложны, чтобы выполнять функцию генераторов условных рефлексов с богатыми и разнообразными соотношениями в них индифферентных раздражителей и эффектов.

Именно на необходимость поиска этих соотношений и зависимостей обращал внимание великий ученый, когда речь шла о средствах познания высшей нервной деятельности. И прежде всего это касалось детерминированности нервных процессов. Эта детерминированность особенно явственно просматривалась в рефлексе. "...В нем отчетливее идея детерминизма, бесспорнее связь раздражителя с эффектом, причины со следствием", - подчеркивает Иван Петрович Павлов. Руководствуясь этой связью, он четко прослеживает переходы от одного элемента рефлекторной структуры к другому, выстраивает из них последовательности в виде причинных цепей. Благодаря детерминистическому подходу он смог верно оценить значение различных условий, выступающих в качестве факторов внешней среды, для формирования условных рефлексов.

Исходя из непоколебимого представления о строго детерминированном, закономерном характере явлений в центральной нервной системе, в отношениях животного организма с внешней средой, он смог выявить предчувствовавшиеся им закономерности и благодаря этому предвидеть результаты последующих экспериментов и выдвинуть правдоподобные предположения относительно нервных процессов в мозгу. "...Наблюдаемые отношения между внешними явлениями и вариациями в секреторной работе являлись закономерными", - констатировал Павлов, - а потому "могли любое число раз повторяться по нашему желанию, как и обыкновенные физиологические явления...". И этот же закономерный характер изучаемых явлений помогал вполне определенным образом систематизировать полученные результаты. Методологической нормой для Павлова была идея: "Для последовательного натуралиста и в высших животных существует только одно: та или иная внешняя реакция животного на явления внешнего мира. Пусть эта реакция чрезвычайно сложна по сравнению с реакцией низшего животного и бесконечно сложна по сравнению с реакцией любого мертвого предмета, но суть дела остается все той же. Строгое естествознание обязано только установить точную зависимость между данными явлениями природы и ответными деятельностями, реакциями организма на них; иначе сказать, исследовать уравновешивание данного живого объекта с окружающей средой".

Следуя этому правилу, Павлов находит точные зависимости, свойства, присущие отношениям агентов и эффектов, а также нервным процессам и на этой основе воссоздает неизвестные характеристики условного рефлекса. Так он установил наличие довольно точной связи между эффектом и силой раздражения: правило связи величины эффекта с силой раздражения. Точность этой зависимости позволяла предсказывать, после какого порога увеличение силы раздражения приводит не к увеличению, а к уменьшению эффекта. Павловым была открыта универсальность возможностей связей индифферентных раздражителей с тем или иным центром больших полушарий. Это свойство говорило о том, что любое явление может быть использовано в качестве условного раздражителя, так что можно было строить бесчисленное множество комбинаций различных внешних агентов с желаемыми эффектами.

Сопоставление раздражения и реакции в безусловном рефлексе позволило выявить такие отношения между ними, как наличие связи, которая имеет постоянный характер, а также зависимость интенсивности слюноотделения от характера раздражителя. Что можно сказать на основании этих данных о механизме названного рефлекса, о характере работы пищевого центра? Разная интенсивность реакции дает возможность говорить об аналитической способности пищевого центра: этот центр способен определить характер пищи. Все компоненты в данном конкретном рефлексе - разная интенсивность, разная оценка пищевым центром раздражителя, разный раздражитель - изоморфны относительно свойства "разные". Поэтому в данном случае реконструирование осуществляется на основе отношения изоморфизма, тождества соответствующей характеристики перечисленных компонентов. На основании свойства постоянства связей между раздражением и реакцией делается вывод о безусловности соответствующей реакции пищевого центра, ее обязательности. Этот вывод основывается на каузальном характере связей: постоянство выступает как следствие неопосредованной связи раздражения и реакции. Такое следствие может иметь место только при наличии такой характеристики в работе пищевого центра, как безусловность реакции этого центра. Безусловность сама является формой постоянства, поэтому в данном случае имеет место тождество соответствующих характеристик реакции центра и реакции слюнных желез.

Как только что отмеченные, так и другие выявленные академиком Павловым закономерности, зависимости и свойства условных рефлексов и в целом центральной нервной системы и ее деятельности становились для него и его сотрудников основанием той логики, тех формирующихся на базе названных характеристик специфических содержательных мыслительных правил, с помощью которых осуществлялось реконструирование неизвестных компонентов изучаемых явлений. Таким образом, в процессе познания этих явлений стихийно или осознанно строилась и логика этого познания в виде упомянутых правил.

Опираясь на логику, вытекающую из закономерных особенностей исследуемого предмета - высшей нервной деятельности, он имел в ее лице достаточно эффективный инструмент получения достоверного знания, тесно связанного с фактическими данными и прочно опирающегося на них. Поэтому он решительно выступал против излишнего увлечения достаточно абстрактными схемами логики, выработанными философами. Критически анализируя подход американского психолога Эдвина Р.Гатри, Павлов писал в 1932 году: "Физиологу невольно думается..., что психолог, так недавно обособившийся от философа, еще не совсем отрешился от пристрастия к философскому приему дедукции, от чисто логической работы, не проверяющей каждый шаг мысли согласием с действительностью. Физиолог действует совершенно обратно. В каждом моменте исследования он старается отдельно и фактически анализировать явления, определяя сколько возможно условия его существования, не доверяя одним выводам, одним предположениям". Такая "эмпирическая предосторожность" русского ученого вполне понятна: имея дело с мало изученным явлением, каким был мозг высших животных и их нервная деятельность, при чрезмерном крене в сторону абстрактных теоретических рассуждений было легко отойти от действительного содержания этих явлений и породить множество необоснованных спекуляций. Свои выводы, часто идущие весьма далеко и носящие фундаментальный характер, Павлов всегда строил, стараясь максимально тесно привязывать друг к другу эмпирическую и теоретическую, фактуальную и логическую линии исследования.

Анатолий Степанович Майданов, 1998 год