Основные закономерности деятельности больших полушарий мозга блестяще вскрыты в работах великого русского ученого академика И. П. Павлова.
В своих трудах он указал на те физиологические предпосылки, которые позволяют правильно понять законы психической деятельности не только животных, но и человека.
Еще И. М. Сеченов учил, что все акты сознательной и бессознательной жизни, по способу происхождения, суть рефлексы.
И. П. Павлов высоко оценил это определение И. М. Сеченова, считал его гениальным взмахом русской научной мысли.
И. П. Павлов различает безусловные и условные рефлексы. Под безусловными рефлексами он понимает врожденную нервную реакцию животного или человека на те или иные раздражители среды. Центры безусловных рефлексов лежат в спинном и продолговатом мозгу, но главным образом в тех отделах нервной системы, которые лежат под корой, в непосредственной близости к ней.
Безусловные рефлексы возникают на основе безусловных раздражителей, т. е. таких, которые непосредственно способны вызывать ответные движения того органа, на который они направлены. Безусловным раздражителем, скажем, для слюнных желез является пища. Введенная в рот животного (например, собаки) пища немедленно вызывает слюноотделение. Безусловные рефлексы характеризуются биологической целесообразностью. Слюна при введении пищи в рот животного будет выделяться то в большем количестве, то в меньшем в зависимости от качества пищи: на сухую пищу слюны выделяется больше, на влажную — меньше.
Под условным рефлексом И. П. Павлов понимает такую нервную реакцию, которая не является врожденной животному или человеку, а приобретается ими на основе индивидуального опыта. У человека, например, при виде разрезанного лимона начинает выделяться слюна. Если же показать разрезанный лимон ребенку, который никогда не пробовал его на вкус, то у него лимон не вызовет слюновыделения.
Условные рефлексы образуются на основе безусловных, но в отличие от последних возникают в коре мозга.
И. П. Павлов экспериментально показал, как возникают и развиваются условные рефлексы, при каких условиях наступает их торможение, в каких взаимоотношениях находятся между собой ранее выработанные условные рефлексы и т. д. Все эти создавшие эпоху в науке исследования проведены академиком И. П. Павловым на собаках. Подопытные собаки подвергались сначала легкой операций: в щеке проделывалось отверстие, через которое выводилась наружу часть слизистой оболочки рта со слюнным протоком. Выведенная наружу слизистая оболочка приживлялась. Выделяющаяся у собак на пищу слюна поступала таким образом не только в рот, но и наружу, через выведенный вовне слюнный проток. К фистуле (к отверстию в щеке) прикреплялась резиновая трубка, другой конец которой подводился к пробирке для стока выделившейся слюны. Собака на время опыта помещалась в специальную кабину.
Эксперимент заключался в том, что перед кормежкой собаки или освещалась кабина, или пускался в ход метроном, или раздавался звук электрического звонка и т. п. Затем, спустя долю секунды, собаку подкармливали мясным порошком. Совершенно понятно, что ни на свет, ни на звук звонка или постукивание метронома собака не могла выделять слюны, так как все эти раздражители являются индифферентными, т. е. безразличными для слюнных желез. Но на мясо она выделяла определенное количество слюны.
Сочетание индифферентного раздражителя с подкармливанием собаки мясом продолжалось несколько раз. В результате оказалось, что собака начинала выделять слюну и на индифферентный раздражитель. У нее образовался условный рефлекс.
Механизм условного рефлекса И. П. Павлов представляет себе как образование временных связей между очагами возбуждения, вызванного воздействием на мозг условных и безусловных раздражителей.
Возьмем для примера процесс выработки условного рефлекса у собаки на звук метронома. Постукивание метронома вызывает слабое возбуждение в соответствующих клетках коры ее мозга. Когда же собаке дают подкормку (мясо), то это вызывает возбуждение в слюнном центре, причем очаг возбуждения, вызванный пищевым раздражителем, будет значительно сильнее.
В результате одновременного воздействия на мозг собаки двух раздражителей (метронома и мяса) возникают два очага возбуждения — один сильный (пищевой) и другой слабый (от звука метронома). По законам высшей нервной деятельности, о которых речь будет идти дальше, очаг сильного возбуждения привлекает к себе энергию очага слабого возбуждения. В результате многократного взаимодействия между двумя возбужденными очагами в мозгу собаки образуется временная связь. Энергия возбуждения, вызванная постукиванием метронома, будет каждый раз устремляться к более сильно возбужденному очагу (пищевому), и животное на звук метронома будет отвечать слюноотделением.
Связь между очагами возбуждения при выработке условного рефлекса образуется постепенно. Сначала она слаба, затем по мере подкрепления условного раздражителя безусловным следы в мозгу все более проторяются и связь между двумя очагами возбуждения становится более прочной.
Всякий условный рефлекс является сложным образованием, в котором могут участвовать любые отделы коры мозга. И. П. Павлов говорил, что никакого специального отдела, с которым бы было связано вообще существование условных рефлексов, нет.
Разделяя рефлексы на условные и безусловные, И. П. Павлов не отрывал их друг от друга. Связь условных рефлексов с безусловными он видел не только в том, что первые образуются на основе вторых, но и в том, что выработанные под влиянием среды условные рефлексы животных могут перейти затем в безусловные. «Можно принимать, — пишет И. П. Павлов, — что некоторые из условных вновь образованных рефлексов позднее наследственностью превращаются в безусловные».
Этот взгляд И. П. Павлова в последующем нашел свое подкрепление в работах Мичурина и Лысенко о возможности наследственного закрепления организмом приобретенных свойств.
Как показали исследования И. П. Павлова и его сотрудников, условные рефлексы можно образовать на любой вид раздражителя: на звонок, на звук метронома, на свет, на болевые раздражения, на время, на ту или иную комбинацию из раздражителей. На условные раздражители отвечает не только слюноотделительная железа, но и целый ряд других органов: мышцы, пищеварительный аппарат, железы внутренней секреции и т. п.
Различаются условные рефлексы первого, второго, третьего и высших порядков.
Условными рефлексами первого порядка являются такие, которые вырабатываются на основе сочетания индифферентного раздражителя с безусловным раздражителем. Условный рефлекс слюноотделения, выработанный, скажем, на звонок, может явиться примером рефлекса первого порядка. Условным рефлексом второго порядка является такой, который выработан на основе сочетания нового индифферентного раздражителя с выработанным ранее условным раздражителем первого порядка. Условный рефлекс, который выработался на основе условного раздражителя второго порядка, будет называться условным рефлексом третьего порядка и т. д.
Необходимо оговориться, однако, что условные рефлексы второго, третьего и высшего порядка не всегда удается выработать, так как новый раздражитель может превратиться в тормоз, т. е. он не только не станет вызывать слюноотделение, но, наоборот, вызовет прекращение выделения слюны на ранее действовавший условный раздражитель.
Вновь возникающий рефлекс на первых порах своего образования характеризуется генерализованностью, т. е. широкой распространенностью. Так, у собаки выделяется слюна не только при действии того раздражителя, который подкрепляется пищей, но и при действии других, сходных с первым раздражителей.
Представим себе, что мы вырабатываем условный рефлекс на звук трубы, данный на высоте ноты «соль» первой октавы. Вначале у собаки слюна будет выделяться не только на звук «соль», но и на звуки «фа» и «ля» той же октавы. Отсюда ясно, что возбуждение, идущее от условного раздражителя, иррадиирует, т. е. растекается и захватывает наряду с той группой клеток, возбуждение которой подкрепляется подкармливанием, ряд других вблизи расположенных групп клеток. Но если мы продолжим наш опыт и будем подкреплять кормлением только подачу звука «соль», а звуки «ля» и «фа» не будем подкреплять, то собака сначала перестанет выделять слюну на звуки «ля» и «фа», но будет продолжать выделять ее на «ля бемоль» и «фа диез». Это значит, что границы иррадиации (растекания) сузились: раньше слюна выделялась на звуки «фа» и «ля», из которых каждый отстоит от звука «соль» на целый тон, теперь же слюна выделяется только на «ля бемоль» и «фа диез», т. е. на звуки, отстоящие всего на полтона от звука «соль». Но если продолжать образование условного рефлекса на звук «соль», то легко добиться того, что собака станет очень тонко, с точностью до 1/3 тона различать эту высоту звука трубы.
Процесс выделения того или иного раздражителя из близких к нему других раздражителей носит название дифференцировки. Отсюда появившуюся у собаки способность точно выделять звук «соль» из соседних звуков «фа» и «ля» в процессе выработки условного рефлекса на звук трубы можно назвать способностью к дифференцировке раздражителей. Процессы дифференцировки раздражителей лежат в основе овладения целым рядом умений и навыков, в том числе и воинских. Так, например, дешифрирование аэроснимков зиждется на уменье различать те или иные военные объекты, которые на снимках кажутся весьма похожими друг на друга. Летчик, приступающий к обучению полетам, не умеет на первых порах определять работу мотора по характеру его стучания. Но затем, по мере упражнений, он начинает настолько хорошо дифференцировать постукивания мотора, что не только может дать оценку правильности или неправильности его работы, но скажет даже, где кроется причина неправильности, если таковая действительно будет иметь место. Процесс дифференцировки лежит в основе работы радистов как при передаче, так и при приеме на слух.
Возникает вопрос, почему же собака сначала выделяет слюну на соседние со звуком «соль» звуки «ля» и «фа», а затем перестает это делать? Потому, что в тех группах клеток, которые соответствуют звукам «ля» и «фа», где раньше действовал процесс возбуждения, возник новый процесс — процесс торможения, задержки.
Процессы торможения и возбуждения взаимно связаны друг с другом. Эту связь легко показать на так называемых доминантных процессах, вскрытых академиком А. А. Ухтомским.
Как известно, в каждое данное мгновение на человека (и на животное) воздействует не один, а целый ряд раздражителей, причем раздражители эти действуют с разной силой. Степень раздражения зависит как от объективной силы раздражителя, так и от того, как связан этот раздражитель с прошлым опытом животного или человека, в какой мере он соответствует их текущим потребностям. Очаг господствующего возбуждения академик Ухтомский и назвал доминантой. Доминанта тесно связана с другими, более слабыми центрами возбуждения. Связь эта заключается в том, что доминанта тормозит центры более слабого возбуждения и привлекает их энергию к себе, усиливаясь за их счет.
В истории педагогики известны случаи, когда школа, построенная с расчетом максимального устранения всего того, что могло отвлекать учащихся от непосредственной стоящей перед ними учебной задачи, не улучшила, а ослабила процессы восприятия детьми учебного материала. Монотонная окраска стен классов, отсутствие на них каких бы то ни было пособий, полное устранение возможности проникновения в классы даже слабых сторонних звуков, замена окон освещением через потолок и т. п. вызывали у учащихся сонливость. Почти полное отсутствие слабых раздражителей приводило к ослаблению энергии доминантных процессов у детей.
Процессы торможения, как и процессы возбуждения, характеризуются большой сложностью. Различается два типа торможения: внутреннее, или условное, и внешнее, или безусловное.
Под внутренним понимается вид торможения, возникающий без вмешательства посторонних раздражителей, например угасание условных рефлексов. Если условный рефлекс не подкреплять, то он перестает действовать, т. е. угасает. Для того, чтобы это произошло, никаких специальных мер воздействия не требуется, достаточно прекратить только подкрепление ранее выработанного рефлекса.
К внутреннему же торможению относятся явления так называемого «запаздывания». Если мы будем подкреплять условный раздражитель подкармливанием через 1—5 секунд, то собака будет начинать выделять слюну через 1—3 секунды после начала действия условного раздражителя. Но допустим теперь, что мы будем постепенно отодвигать время подачи безусловного раздражителя (пищи) от условного раздражителя на несколько минут. Окажется, что условный рефлекс также будет отодвигаться во времени и начнет проявляться всего лишь за несколько секунд до начала последнего подкрепления безусловным раздражителем.
Это явление и носит название «запаздывания», которое обусловлено развитием внутреннего торможения.
Под внешним торможением понимается такое, когда какие-то внешние раздражители возбуждают в мозгу животного или человека клетки, способные затормозить уже действующий условный рефлекс. Представим себе, что в кабину собаки, выделяющей слюну на какой-нибудь вид условного раздражителя, входит посторонний человек. У собаки под влиянием вновь возникшего ориентировочного рефлекса прекратится слюноотделение. Произошло следующее: группа клеток мозга, возбужденная вновь появившимся внешним раздражителем, воздействовала на центр слюноотделения и затормозила его.
К внешнему торможению относится и так называемое запредельное торможение. Это такой вид торможения, который вызывается чрезмерно большой силой возбуждения. Например, мы выработали у собаки условный рефлекс на свет электролампы определенной силы и если мы зажжем другую электролампу, сила света которой в несколько раз превосходит силу света первой лампы, то у собаки перестанет выделяться слюна. Ранее приобретенный рефлекс затормозится.
Внешнее торможение характеризуется тем, что оно может влиять не только на процессы возбуждения, но и на процессы внутреннего торможения. В связи с этим можно говорить не только о торможении возбуждения, но и о торможении торможения, т. е. о снятии тормозов. Поясним это на примере.
Опытами И. П. Павлова было установлено, как уже указывалось, что если вызываемый условным раздражителем условный рефлекс подкрепляется безусловным раздражителем не тотчас, а спустя, скажем, две минуты, то и условный рефлекс начнет запаздывать на этот период времени.
Предположим теперь, что в течение тех двух минут, которые отделяют момент появления условного раздражителя от момента выделения на него слюны, мы воздействуем на собаку каким-нибудь посторонним раздражителем. Окажется, что собака тотчас же начнет выделять слюну. Это значит, что внешний, неожиданный для собаки раздражитель снял тот тормоз, который задерживал выделение слюны, т. е. действие первого тормоза затормозилось.
Связь между процессом возбуждения и процессом торможения выступает в явлениях индукции, вскрытых в лаборатории И. П. Павлова опытами Д. С. Фурсикова. Как показали эти исследования, возбудимость какого-нибудь пункта коры мозга понижается после возбуждения и, наоборот, возрастает после торможения (последовательная индукция). Точно так же возбуждение в том или ином участке коры всегда сопровождается понижением возбудимости в соседних участках и, наоборот, возникновение торможения в пределах этого участка сопровождается повышением возбудимости в соседних участках (одновременная индукция).
Различаются в связи с этим положительная и отрицательная индукции. Положительная индукция характеризуется усилением условного рефлекса, которое наступает после торможения. Для отрицательной же индукции характерно ослабление условного рефлекса, если ему предшествовало сильное возбуждение этого участка коры мозга или если он подавляется каким-нибудь другим раздражителем. Последний случай можно иллюстрировать явлениями внешнего торможения, когда какой-то сильно действующий агент (допустим, появление в кабине нового человека) вызывает прекращение слюноотделения.
Условно-рефлекторная деятельность свойственна животным и человеку. Общеизвестно, что наш аппетит усиливается под влиянием звона подаваемых к столу ножей и вилок; по сигналу «отбой» возникает желание прекратить занятия, в жаркую погоду при взгляде на реку хочется искупаться и т.п.
Характер протекания временных связей тем сложнее, чем выше организовано животное. Особой сложностью и качественным своеобразием характеризуется деятельность нервной системы человека. И. П. Павлов неоднократно подчеркивал, что деятельность человеческого мозга нельзя отождествлять с деятельностью мозга животных. Основное отличие мозга человека от мозга животных заключается в том, что мозг человека развивался и развивается в условиях общественного бытия, в условиях трудового воздействия людей на природу; мозг же животных — в условиях инстинктивного их приспособления к природе.
Академик И. П. Павлов различает в коре мозга две сигнальные системы: первую и вторую. Первая сигнальная система свойственна как животным, так и человеку. Она связывает нас с окружающей действительностью непосредственно через ощущения и восприятия, а также и через представления. Вторая сигнальная система является словесной системой и свойственна только человеку. «Совершенно ясно, — говорил И. П. Павлов, — что животные и примитивные люди, до тех пор пока эти последние не развились в настоящих людей и не приблизились к нашему состоянию, сносятся и сносились с окружающим миром только при помощи тех впечатлений, которые они получали от каждого отдельного раздражения в виде всевозможных ощущений зрительных, звуковых, температурных и т. д. Затем, когда наконец появился человек, то эти первые сигналы действительности, которыми мы постоянно ориентируемся, заменились в значительной степени словесными… Понятное дело, что на основе впечатлений от действительности, на основе этих первых сигналов ее, у нас развились вторые сигналы в виде слов» (Павловские среды. Изд. Академии наук СССР, 1949, т. III, стр. 318).
Развившаяся в трудовой деятельности вторая сигнальная система, находящая свое выражение в речи людей, непосредственно связана с первой сигнальной системой. «Нужно помнить, — говорит И. П. Павлов, — что вторая сигнальная система имеет значение через первую сигнальную систему и в связи с последней, а если она отрывается от первой сигнальной системы, то вы оказываетесь пустословом, болтуном и не найдете себе места в жизни» (Павловские среды. Изд. Академии наук СССР, 1949, т. III, стр. 318). Тот факт, что первая сигнальная система людей осуществляет свою деятельность через вторую сигнальную систему, говорит о том, что деятельность первой сигнальной системы человека качественно отлична от деятельности первой сигнальной системы животных.
Вторая сигнальная система, по мысли И. П. Павлова, отличается от первой сигнальной системы не столько анатомически, сколько функционально. «…Разделение сигнальной системы на первую и вторую нельзя представлять себе насквозь анатомически, — указывал И. П. Павлов, — оно, вероятно, будет главным образом функциональным» (Там же, стр. 319).
Связь второй сигнальной системы с первой определяет собой то единство непосредственно данного чувственного и абстрактного, каким характеризуется мышление и речь людей.
Работы академика И. П. Павлова и его школы имеют огромное значение для психологии. Они вскрыли те физиологические механизмы, которые лежат в основе психической деятельности высших животных и людей.
Дальнейшее развитие физиологии высшей нервной деятельности поможет психологии еще глубже заглянуть в сущность изучаемых ею явлений.