Начало >> Статьи >> Архивы >> Развивающийся мозг

Теория функциональных систем П. К. Анохина, Барталанфи - Развивающийся мозг

Оглавление
Развивающийся мозг
Эволюция мозговых структур
Вписанность эволюции живого в пространственно-временной континуум мира
Эволюция жизни как эволюция систем
Мозг как биологический экран внешнего мира
Отражение константных параметров в эволюции мозга
Системогенез и его предпосылки
Теория функциональных систем П. К. Анохина, Барталанфи
Опережающее развитие нервных структур
Генетические предпосылки опережающего созревания нервных структур
Системное созревание восходящих активирующих влияний ретикулярной формации
Экологические факторы и гетерохронии в созревании восходящих активирующих влияний
Гетерохронное созревание болевых механизмов восходящих активирующих влияний ретикулярной формации
Системный принцип в созревании восходящих активирующих влияний
Химическая эволюция восходящих влияний ретикулярной формации
Гетерохронное созревание восходящих возбуждений сенсомоторной коры
Гетерохрония в созревании восходящих возбуждений сенсомоторной коры
Морфологические исследования кортикальных структур
Онтогенетическая эволюция вторичных компонентов вызванного потенциала
Эволюция вторичного ответа Форбса
Эволюция вторичного отрицательного компонента
Созревание проекционной зоны сенсомоторной коры
Анализ гетерохронного созревания компонентов первичного ответа
Филогенетическая эволюция восходящих систем спинного мозга
Эволюция химической специфичности синаптических организаций коркового нейрона
Биологические предпосылки нейрохимической организации нейрона
Действие ГАМК на поверхностные синаптические системы коры в процессе онтогенеза
Эволюция судорожной активности незрелой коры
Гетерохронный рост зрительных проекций как предпосылка системного созревания коры мозга
Особенности вызванных потенциалов зрительной коры и онтогенез
Онтогенетические исследования вызванных потенциалов зрительной коры
Созревание первого длиннолатентного отрицательного компонента дельта
Происхождение возбуждений, формирующих ВП в онтогенезе
Химическая специфичность компонентов вызванного ответа зрительной коры
Гетерохронное созревание подкорковых структур зрительной системы
Гетерохрония в созревании элементов сетчатки
Эпицентрическое и конвергентное созревание восходящих возбуждений зрительной коры
Филогенетические предпосылки гетерохронии восходящих афферентных систем зрительной коры
Принципы созревания восходящих возбуждений коры мозга
Заключение

ТЕОРИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СИСТЕМ П. К. АНОХИНА, ОБЩАЯ ТЕОРИЯ СИСТЕМ БАРТАЛАНФИ И КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ
Основные положения общей теории систем были высказаны Барталанфи еще в 1936 г. Эти положения он считает универсальными для биологии, психологии, медицины и т. д. Они заключаются в следующем:

  1. Система — «комплекс элементов», находящихся во взаимодействии друг с другом, с иерархическим порядком. Рассматриваемая Барталанфи иерархия жизни содержит следующие компоненты: поле→элементарные частицы→атомы→молекулы→клетки →организмы→сообщество.
  2. «Целое больше, чем сумма его частей». Например, эмбриональное развитие ставит проблемы, лежащие за пределами простого приложения принципов целостности, принятых в неживой природе.
  3. Динамичность—взаимодействие, объединяющее живую систему в целое и эволюционирующее в процессе развития системы в качественно различные и противоположные состояния от дифференцировки к интеграции, а затем к механизации. Это положение демонстрируется на примере развития яйца. Так, процесс дифференцировки зародыша приводит к своей противоположности, по мнению Л. Барталанфи, к интеграции. Вначале в этой роли выступают организаторы зародышевого развития различного «ранга» (дифференциация); постепенно они подчиняются единому центру (интеграция). И, наконец, наступает конечная стадия — механизация— сужение возможности реакции на действие какого-либо фактора (Сетров М. И., 1971).

Основные черты общей теории функциональных систем были сформулированы П. К. Анохиным в последней редакции в 1974 г.
Согласно представлениям П. К. Анохина, функциональная система является элементарной интегративной единицей любой деятельности, приносящей полезный результат. Это обстоятельство делает функциональную систему изоморфной для систем различных классов, лишь бы они заканчивались полезным эффектом.
Принципиальным отличием теории функциональных систем по П. К. Анохину от других формулировок системного подхода является постулирование двух основных свойств функциональной системы.
1. Полезный результат функциональной системы является главным фактором, по поводу которого организуется система, и он же становится пластически реорганизующим фактором, как только оказывается, что полезный результат является недостаточным. Было много раз показано, что полезный результат есть подлинно системообразующий фактор, переводящий неупорядоченное множество компонентов в функциональную систему. Это обстоятельство радикально отличает теорию функциональных систем от других формулировок «теории систем», в которых не вскрыт системообразующий фактор, прогнозируемый в аппарате цели и акцепторе действия.
2. Вторым важнейшим результатом многолетней разработки теории функциональных систем было вскрытие универсальной операциональной архитектоники системы, как инструмента для анализа систем всех классов.
Операциональная архитектоника системы придает теории конкретный научный характер, ибо через нее создается возможность проникнуть во внутреннюю структуру любой системы с целью изучения и приложения ее компонентов к прогрессивной организации «больших систем» социально-экономического уровня.
Конструктивный характер функциональной системы как инструмента системного анализа и формулировки новых задач исследовательской работы связан с тем, что в функциональной системе вскрыт ряд конкретных узловых механизмов, по которым развивается ее деятельность. Как уже отмечалось, получение полезного результата и обратная информация в центральную систему о его достаточности являются стержневыми закономерностями системы. Механизм оценки результатов был в свое время назван «обратной афферентацией» (Анохин П. К·, 1935), что в принципиальном смысле полностью соответствует тому, что впоследствии в кибернетике было названо обратной связью (Винер Норберт, 1947).
Стадии формирования системы:

  1. На первой стадии формирования системы происходит обработка всей той информации, которая составляет основу для принятия решения. Эта стадия названа стадией «афферентного синтеза» и в нее входят доминирующая мотивация, память, обстановочная и пусковая афферентации.
  2. После обработки всех видов названных выше афферентных сигнализаций происходит один из комплексных и ответственных моментов в поведении системы — принятие решения. В этот момент система освобождается от множества степеней свободы и принимает только одну форму действия, адекватную доминирующей мотивации.
  3. Немедленно вслед за «принятием решения» формируется аппарат, в котором представлены все характерные черты будущего действия. Он формируется раньше, чем получен конкретный результат (механизм предсказания— акцептор результатов действия).
  4. Одновременно с формированием акцептора результатов действия, предсказывающего будущий результат, начинает формироваться эфферентная часть, определяющая действие системы.

6. Действие заканчивается результатом, что является отправным пунктом следующего этапа в развитии системы: параметры результата поступают в качестве обратной афферентации в акцептор результатов действия, где и происходит сличение запрограммированного результата с полученным.
Все описанные этапы развития функциональной системы могут быть моделью для понимания и построения системы в различных классах явлений: организмах, машинах и в области социально-экономических отношений.
Этот факт, по П. К. Анохину, делает функциональную систему универсальным инструментом системного анализа как малых, так и больших систем.
Общая теория систем Л. Барталанфи не выделяет системообразующий фактор и не предлагает операциональной архитектоники системы с конкретными и специфическими функциональными свойствами.                                                 
Совершенно очевидно, что три критерия системы по Л. Барталанфи подчеркивают и выделяют ее важнейшие свойства, признаки, но не отражают архитектуры системы как динамического процесса.
Так, например, основной принцип кибернетической концепции — положение об обратной связи, Л. Барталанфи считает возможным применить только к последней стадии, которую достигает развивающаяся система,—к стадии механизации, когда возникают специализированные структуры для обратных связей. С этой точки зрения, по мнению Л. Барталанфи, целесообразность поведения системы в понятиях кибернетики основана на существовании жестко фиксированных структур, как это имеет место в машинных устройствах.
Наоборот, в понятиях его общей теории систем целесообразность основана только на динамических взаимодействиях внутри системы, хотя они тоже направлены на поддержание устойчивости системы, но имеют своего рода надструктурный характер. Таким образом, по мнению Л. Барталанфи, поведение системы как целого детерминировано более ее динамическими взаимодействиями, а не фиксированными механизмами. Особенно это относится к развивающимся системам, в которых первичные регуляции совершаются, по мнению Л. Барталанфи, не обратными связями, а внутренней динамической системой.
Так, например, по данным Q. Pask (1961), развитие многоклеточного организма из одной единственной клетки — это типичный пример самоорганизующейся системы. Критериями системы в этом случае являются два параметра: самоорганизация и целенаправленность.
По М. Аптер (1970), «развивающаяся система, согласно большинству разумных определений, несомненно является системой, поскольку образует согласованное целое, имеющее определенную «цель». При научном подходе необходимо также считать ее развитие детерминированным».
Действительно, процессы деления клеток, дифференцировка тканей зародыша есть результат деятельности тончайших и сложных регуляторных систем с обратными связями и с иерархической организацией реализованных этапов или «целей».
Получено огромное число фактов относительно развития целого организма и его частей, но природа организации сложных развивающихся систем ранних стадий дробления остается еще не выясненной. Очевидно, что
каждый этап в развитии этих стадий целенаправлен и достигнутая «цель» становится отправным уровнем для организации следующей стадии уже со своей новой «целью».

С позиций теории функциональных систем на уровне континуума химических процессов, естественно, и сама цель, и действие, ею определяемое, и состав результата представлены химическими паттернами реакций.
Следует отметить, что еще совсем недавно употребление таких понятий, как «цель», «целенаправленность», «целесообразность» и др., считалось среди физиологов и биологов по крайней мере одиозным. Имело место и отсутствие объективного физиологического подхода к самому механизму явлений предсказания и предвидения, составляющих ядро цели, по П. К. Анохину. Реальным нейрофизиологическим субстратом цели в деятельности мозга является механизм акцептора результатов действия, который П. К. Анохин называет «натуральным явлением в работе мозга» (1972).

Помимо этого реального содержания нейрофизиологического механизма цели, имеется два традиционных определения: цель как объективное явление и цель как субъективное психическое понятие, связанное с психическим отражением действительности, и, следовательно, существующее только у организмов, обладающих психикой.
Однако цель как объективный фактор, как целесообразность присуща всему живому. Как описывалось выше, процесс развития есть процесс достижения общей цели через поэтапную реализацию огромного числа промежуточных целей или результатов. Начиная с процессов репликации ДНК и всей сложнейшей, многокомпонентной системы деления клетки и кончая процессами трансляции белков — это процесс достижения отдельных поэтапных целей, полезные результаты каждой из которых создают стройную иерархию развивающейся системы как целого, в высшей степени целесообразного. И частные поэтапные цели, и конечные цели такого процесса являются реализацией последовательных процессов генетической регуляции развития. Этот класс объективных «целей» закреплен в генах процессом генетической эволюции под действием естественного, стабилизирующего и других форм отбора. Поэтому каждый целенаправленный этап развития закодирован в генетической программе, но не просто как отрезок линейной последовательности нуклеотидов нити ДНК, а как система процессов, интегрирующая активность генов данной стадии развития с результатами предшествующего развития (эпигеномные факторы). Интеграция частных химических процессов имеет и реализует свои частные «цели».
По нашему мнению, все высказанное позволяет применять понятие «цель» как объективно существующий феномен и на уровне организации молекулярных процессов клетки, предопределенный информационной структурой генетического материала.
Таким образом, развивающаяся система приобретает относительную конечную устойчивость по окончании развития. С этой точки зрения развивающуюся систему никак нельзя назвать гомеостатической в отличие от зрелой системы. Поэтому ее саморегуляция носит специфический характер, обусловливая в первую очередь ее динамизм, переход из одного состояния в следующее, более зрелое, но не в статическое.
Очевидно, это связано с активацией новых локусов генома на каждой новой стадии развития и с «выдвижением» генетической программой новых «целей» для следующего этапа. Поэтому в процессе морфогенеза с особенной отчетливостью выступает необходимость динамического анализа взаимодействующих элементов в их пространственной и временной организации (Гудвин Б., 1966). С этой точки зрения системный анализ морфогенеза в аспекте общих принципов организации управления в живых системах может стать актуальной моделью для построения искусственных систем, нервных сетей и искусственного интеллекта. «Морфогенез, поскольку он связан с самой отличительной чертой живого — организацией, — это перекресток, куда сходятся все пути биологического исследования... именно здесь, вероятно, нужно ожидать в будущем самых крупных открытий» (Синнот З., 1963).
По М. Аптер (1970), «развивающиеся организмы — это чрезвычайно сложные системы, которые в конечном счете можно понять только на языке общих принципов организации управления».
С этой точки зрения положения концепции системогенеза П. К. Анохина — гетерохронный рост и системная организация структур в эмбриогенезе, очевидно, являются в настоящее время единственно успешным методологическим подходом для анализа эмбрионального развития вообще и функции мозга в особенности.



 
« Радионуклидные исследования отдельных органов   Развитие мозга ребенка »