ФИЗИОЛОГИЯ НА ДВИЖЕНИЕТО И ФИЗИЧЕСКАТА АКТИВНОСТ.
МЕХАНИЗЪМ НА ОРГАНИЗАЦИЯ НА ДВИЖЕНИЕТО ПО Н.А. БЕРНЩАЙН. ПРИНЦИП НА СЕНЗОРНИТЕ КОРЕКЦИИ, СХЕМА НА РЕФЛЕКТОРНИТЕ КРЪГОВЕ, ТЕОРИЯ НА НИВАТА
В тази и следващата лекция ще се запознаете с концепцията на водещия руски учен Н.А. Бернщайн. Ние имаме ред основания да подкрепим тази концепция. В трудовете на Бернщайн е намерила място блестяща разработка за проблема на механизмите на организацията на движението и действията на човека.Занимавайки се с този проблем Бернщайн се е разкрил като отлично психологически мислещ физиолог /което се случва доста рядко/, и в резултат на това неговата теория и извлечените от нея механизми са се оказали органически свързани с теорията на дейността ; те спомагат да се задълбочат нашите представи за операционно-техническите аспекти на дейността.
Н. А. Бернщайн се е изявил в научния свят като страстен привърженик на принципа на активността – един от тези принципи, на които, както вие знаете, се основава психическата теория на дейността. Не ще обсъдим неговите идеи, на които се основава и развива този принцип.
Н. А. Бернщайн по образование лекар - невропатолог, и в качеството си на такъв е работил във военни болници по време на войната.Но най-плодотворна се е оказала неговата работа като експериментатор и теоретик в ред научни области – физиология, психофизиология, биология, кибернетика. Той е бил много талантлив човек с разнородни интереси в математиката, музиката, лингвистиката, инженерното дело. Обаче всичките си свои знания и способности, които е концентрирал в решаването на главния проблем в неговия живот – изучаването на движенията на животните и човека. Математическите му знания са му позволили да стане основоположник на съвременната биомеханика, и в частност биомеханиката на спорта. Практиката на лекар-невропатолог му е дала огромен фактически материал за обясняване на разбалансирането на движенията при различни заболявания и травми на централната нервна система. Заниманията по музика му дават възможност да направи прецизен анализ на движенията на пианиста и цигуларя, , той е експериментирал, в т.ч. и върху себе си , наблюдавайки за прогреса на собствената си музикална техника. Инженерните му знания и навици са му помогнали да усъвършенства методите на регистрацията на движенията - той е създал ред нови техники за регистрация на сложни движения. И накрая, лингвистичните му интереси са оказали влияние на стила на научните му трудове.
В 1947 г. е излязла една от основните трудове на Н. А. Бернщайн “За построението на движенията”. В тази книга са отразени резултатите на почти 30-годишен труд на автора и неговите сътрудници в областта на експерименталните, клиническите и теоретическите изследвания на движенията и е са предложени ред съвършено нови идеи.
Една от тях е опровергаването на принципа на рефлекторната дъга и замяната с принципа на рефлекторния кръг, за която ще се говори по-подробно. Този пункт от теорията на Н. А. Бернщайн съдържа критика към господстващата по това време във физиологията на висшата нервна дейност и гледна точка на механизма на условните рефлекси като на универсален принцип на анализа на висшата нервна дейност.
А сега да разгледаме съдържателно основните положения на концепцията на Н. А. Бернщайн.
Залога за успеха на работите на Бернщайн се състои в това, че той се е отказал от традиционните методи на за изследване на движенията. До неговите изследвания като правило движенията се вкарвали в лоното на лабораторните изследвания и постановки, при тяхното изследване често са се прерязвали нервите , разрушавали са се нервните центрове, външно се обездвижвало животното / с изключение на онази част от тялото, която се е изследвала/, жабите са ги обезглавявали, кучетата завързвали за опитни машини и т.н.
Обекта на изучаване Бернщайн направил нормалните, неповредени части на организма, обикновено движения на човек. По този начин веднага се е отделил контингента от движения, с които той се е занимавал, това са били обикновените трудови, спортни и т.н. движения. Разбира се , трябвало и разработка на специални методи за регистрация на движенията. До изследванията на Бернщайн във физиологията е съществувало мнението, че двигателния акт се образува по следния начин: на етапа на обучение на движението в двигателните центрове се фиксира и формира неговата програма,след това в резултат на някакъв стимул тя се възбужда, в мускулите отиват моторните двигателни импулси, и движението се реализира. По този начин в най-общ вид механизма на движението се е описвал като рефлекторна дъга, : стимул – процес на централна обработка/ възбуждане на програмата/ - двигателна реакция.
Първият извод, към който е достигнал Бернщайн, се е състоял в това, че така не може да се осъществи някакво сложно движение. Общо казано, много простите движения, като например коленния рефлекс, или отдръпването на ръката от огъня, може да се произведе в резултат на директното провеждане на моторните команди от центъра към периферията. Но сложните двигателни актове , които трябва да решат някаква задача с което да се достигне някакъв резултат, не могат да се построят по този начин.
Главната причина се състоя в това, че резултата на сложните движения не зависи само от собствените управляващи сигнали, но и от ред допълнителни фактори. Сега ще споменем само общите положения на тези фактори : те внасят отклонения от запланувания ход на движенията, самите те не се поддават на предварителна регистрация. В резултат крайната цел на движенията може да бъде достигната, само ако в него се внасят постоянни корекции. А за да стане това , ЦНС трябва да знае каква е съдбата на текущите движения.С други думи в ЦНС трябва да постоянно да постъпват аферентни сигнали, , съдържащи информация за реалния ход на движенията, а после да се преработят в сигнали за корекция.
По този начин Бернщайн е предложил съвършено нов принцип за управления на движенията, той го е нарекъл принцип на сензорната корекция, като има предвид корекцията, която се подава в моторните импулси на основата на сензорната информация за хода на движението.
А сега да се запознаем с допълните фактори, които заедно с моторните команди влияят на хода на движенията.
Право, това са реактивните сили. Ако вие силно замахнете с ръка в други части на тялото ви възникват реактивни сили, които влияят на положението на тялото.Това се вижда много добре, когато имате хлъзгава опора под краката си. Неопитен човек, който стои на лед рискува да падне ако силно удари с стик по хокейна шайба., и разбира се това падане не е запланирано в неговите моторни центрове.
Второ, това са инерционни сили. Ако вие рязко вдигнете ръката си , то тя ще отиде нагоре не само в резултат на моторен импулс, който е подаден на мускулите, но и с някакъв момент на движение по инерция. Влиянието на инерционните сили се чувства особено в случаите на работа с тежък предмет – брадва, чук и т.н. Но те съществуват във всяко движение.
Трето, това са външни сили. Всяко движение винаги има съпротивление, като не винаги съпротивлението е предсказуемо. Представете си, че миете под с парцал чрез крака си.Съпротивлението на пода във всеки един момент е различно, като вие не винаги можете да го предвидите. Във много случаи е невъзможно да се заложи в моторната програма влиянието на външните сили.
И най-накрая последния не планиран фактор – изходното състояние на мускулите. Състоянието на мускулите се мени по време на движението, има и резултат на умора. Затова един и същ управляващ импулс , който идва до мускулите може да даде различен моторен ефект.
И така, действието но всичките изброени фактори обуславят необходимостта от постоянно взимане под внимание на информация за състоянието двигателния апарат и за непосредствения ход на движението.Тази информация е получила название “сигнал за обратна връзка”.Между другото ролята на сигналите за обратната връзка в управлението на движенията са описани в трудовете на Бернщайн много преди идеите в кибернетиката.
Ще разгледаме два примера. Има такова заболяване – изсъхване на гръбначния мозък, при което се увреждат пътищата на проприоцептивната, т.е мускулната, ставна и кожна чувствителност. При това болният има съхранена моторна система: моторните центрове работят, моторните пътища в гръбначния мозък работят, мускулите се намират в нормално състояние.Няма ги само аферентните сигнали от опорно-двигателния апарат. И в резултат на това движенията се оказват напълно разстроени. И така, ако болният затвори очи , то той не може да ходи, не може да държи чаша например – тя му се изплъзва от ръката. Всичко това произтича от това, че субекта не знае, в какво положение се намират неговите ръце или крака, движат ли се те , какъв е тонуса и състоянието на мускулите. Но ако такъв пациент отвори очи, и ако му се начертае на пода ориентири за движение, по които той трябва да се движи / т.е. да се организира зрителната информация за собствените му движения/, то той би ходил долу-горе нормално.
Друг пример може да се вземе от относително новите експериментални изследвания на организация на звуковите движения. Когато човек говори, то той получава сигнали за обратна връзка за работата на своя артикулационен апарат в две форми: Във форма на същите проприоцептивни сигнали / ние имаме чувствителни “датчици” в мускулите на езика / и във форма на слухови сигнали.
Въобще сигналите за обратна връзка често са паралелни: т.е. те постъпват едновременно по няколко канала. Например, когато човек ходи, той чувства своите крачки с помощта на мускулните чувства и едновременно може да ги види и чуе. Така е и в дадения случай : възприемайки проприоцептивните сигнали от своите речникови движения, човек едновременно и отчетливо чува своята реч. Сега ще докажем, че и едните и другите сигнали се използват за организация на речевите движения. Съвременната лабораторна техника позволява да се постави човека в съвършено необичайна среда. На изпитвания се предлага да прочете някакъв текст, например познато стихотворение. Същият текст му се предлага чрез микрофон в слушалки, но с някакво закъснение, по този начин, че изпитвания чува това, което го е говорил няколко секунди преди това, а това, което казва в момента не го чува. Оказва се ,че в тези условия речта на субекта коренно се обърква , и той се оказва неспособен въобще да произнесе нещо.
Как се обяснява това явление.Не може да се каже, че изпитваният е лишен от сигналите за обратна връзка – от мускулният и от слуховият – те функционират. Работата е в това, че по тях постъпват несъгласувани сигнали , с противоречива информация. В резултат на това изпитвания не може да произнесе никакъв говор. Какво се случва? Не може да се каже, че в описаните опити изпитваният е лишен от сигнали за обратна връзка, : и двата чувствителни канала мускулният и слуховият – функционират. Работата е там, че по тях постъпват несъгласувана, и противоречива информация. И в резултат изпитваният не може да произведе никакво движение.
Може да се отбележи, че описаният опит с грешните сигнали за обратна връзка се използва за откриване на хора, които симулират глухота, ако човек наистина не чува, то задържането на сигнала по слуховия канал не предизвиква никакво разстройство на речта.
Да минем към следващият важен пункт от теорията на Бернщайн – към схемата на рефлекторният кръг. Тази схема непосредствено произтича от принципа на сензорните корекции и служи за по-нататъшното му развитие.
Имаме Моторен център / М / , от когото постъпват ефекторни сигнали към мускулите.
Имаме и работна точка на движещия орган / Т /. От работната точка идват сигнали за обратна връзка в сензорния център / С /: това са чувствителни, или аферентни сигнали. В ЦНС произтича обработването на постъпилата информация, т.е. разшифроване и превръщане в моторни сигнали за корекция. Тези сигнали отново постъпват в мускулите. Получава се кръгов процес на управление.
Как класическата схема за рефлекторната дъга се отнася към рефлекторния кръг? Може да се каже, че тя представлява частен случай на кръга, по схемата на дъгата се извършват твърдо програмираните , елементарни кратковременни движения , които не се нуждаят от корекция. Вече сме цитирали някои от тях – коленния рефлекс, мигането и т.п. Обратната аференция при тях си губи смисъла и определящата роля за тяхното изпълнение е външният пусков сигнал. За по вече от движенията е нужно функционирането на кръга.
Нека да се запознаем и с по-късният вариант на схемата “Кръг” на Бернщайн : тя е по – детайлна и затова позволява по-пълно представяне на процеса на управление на двигателните актове.
Имаме моторни изходи / ефектор/ , сензорни входове /рецептор /, работна точка, или обект /ако става дума за предметно действие/ и блок за разшифроване. Нови са централните блокове – програма, задаващия прибор и прибор за сравнение.
Кръгът функционира по следния начин. В програмата е записана последователните етапи на сложното движение. Във всеки момент се извършва някаква част от етапа, или елемент, и съответстващата част от програмата се подава в задаващия прибор. От задаващият прибор сигналите постъпват в приборите за следене: Бернщайн н ги обозначава с две латински букви: SW, soll wert, което означава “какво трябва да бъде”.На същия блок от рецептора идват и сигналите за обратна връзка , които информират за състоянието на работната точка., те са обозначени с IW, ist wert, което значи “ какво е “. В приборите за сравнение тези сигнали се сравняват и на изхода от него се получава делта W, т.е. сигнал за разликата между сигналите от исканото и фактическото положение на предмета.
Той попада в блока за корекция, откъдето излизат сигнали за корекция,чрез промеждутъчните централни инстанции /регулатор/ , те попадат на ефектора. Ще разберем по-точно функционирането на кръга чрез пример на някакво реални движение. Да предположим, че гимнастик играе на халки. Съдържанието на комбинацията се намира в неговата двигателна програма. В съответствие с програмата той трябва в даден момент да направи стойка на ръце. От програмата се спуска в задаващия прибор съответната команда и в нея се формира сигнал SW, който отива в прибора за следене. Тези сигнали се сравняват с аферентните сигнали IW. Самите те трябва да бъдат сензорно-прецептивни, т.е.да представляват образа на движението. Такъв образ се обезпечава преди всичко от сигнали на проприоцептивна и зрителна модалност, т.е. тази “картина” на стойката е с гледна точка и на външния вид, и с гледна точка на двигателно-техническата част – положението на различните части на тялото, центъра на тежестта, тонуса на различните мускули и др. И така в прибора за следене постъпват и образа на движение, и информация от всичките рецептори за реализираното движение. Да предположим, че гимнастика, правейки мах за стойката се е засилил по-вече и е започнал да се накланя назад- има опасност да се превърти. Какво става тогава? От прибора за следене е постъпил в блока за разшифроване сигнали за превъртане на центъра на тежестта. Тези сигнали съобщават, че не всичко е наред и че трябва да се дадат сигнали за корекция делта W, за изправяне на стойката. След постъпване им, се осъществява поправката . В следващия цикъл на кръга отново се получават сигнали SW, IW, и идеалният случай е когато делта W =0.
Понякога в хода на движението се случват такива ситуации, когато е по-икономично да не се дават сигнали за корекция към даденото движение, а да се преустрои движението, т.е. да се спусне друга частна програма.Тогава съответното решение се взима в микроинтервал от време, и в това се намира интелигентността на програмата.По този начин има място не само за спускането на програми за движение, но и тяхното екстрено преустройство при нужда. Такива примери могат да се намерят навсякъде. Това се случва и в условията на борбата на хищника с жертвата, в спортните игри и навсякъде, където ситуацията се сменя бързо.
И така, бяха обяснени принципите на сензорната корекция и произтичащата от този принцип схема на управление на сензорния кръг.
Да преминем към голям принос на Бернщайн – към теорията на нивата на построение на движенията.
Към тази теория може да се прехвърли логически мост от рефлекторния кръг, ако се обърне специално внимание на качеството на аферентните сигнали, постъпващи от движенията.
Специално изследвал този въпрос в доста голям и обширен материал с привличането на филоонтогенезисти, патолози, и експериментални изследвания, Бернщайн е открил следващото: В зависимост от това, каква информация носят сигналите за обратна връзка: информират ли те за напрежението в мускулите, за относителното положение на различните части на тялото, за скоростта или ускорението на движението, работните точки, пространственото положение,за резултата от движението аферентните сигнали достигат в различни центрове на главния мозък и съответно се превключват на моторни пътища на различни нива. При това под “нива” се приемат буквално морфологически слоеве в ЦНС. Така са били отделени нивата на гръбначния и продълговатия мозък, нивото на подкоренните центрове. Но тези изследвания изискват специални знания. Ние ще се спрем само на кратка характеристика на всяко от нивата, разделени от Бернщайн, и ще ги илюстрираме с примери.
Трябва да кажем, че всяко ниво има специфични, свойствени само за него моторни прояви, на всяко ниво съответства своя клас на движения.
НИВО А. Това е най-ниския и филогенетически най-древния. При човека той няма самостоятелно значение, но затова пък ръководи най-важния аспект на всяко движение – тонуса на мускулите.Той участва в организацията на всяко движение съвместно с другите нива. Наистина има много малко движения, които се регулират на ниво А самостоятелно – това е неконтролираното потръпване, тракането със заби при студ, задържането на поза при полет и др. На този етап постъпват сигнали от мускулните проприорицептори , които съобщават за степента на напрежение в мускулите, а също и от органите за равновесие.
НИВО В. Бернщайн го нарича ниво на синергия. На това ниво основно се преработват сигнали от мускулно-ставните рецептори, които информират за взаимното положение и движение на различните части на тялото. По този начин това ниво е откъснато от външното пространство, на пък затова е добре “осведомен” за това какво се прави в “пространството на тялото”. Ниво В взима голямо участие в организацията на движенията на по-високи нива и там помага за вътрешната координация на сложните двигателни съчетания. Към собствените движения на това ниво се отнасят такива, които не изискват външна информация – протягания, упражнения на земя, мимики и др.
НИВО С. Бернщайн го нарича ниво на пространственото поле. В него постъпват сигнали от зрението, слуха, осезанието, т.е. цялата информация за външното пространство. Затова на него се изграждат движенията, които са приспособени към пространствените свойства на обектите – към тяхната форма, положение, размери, тегло и др. Сред тях са всички движения по преместване, ходене, бягане, акробатически движения, упражнения с уреди, балистични движения, хвърляния, движения с прицелване, стрелби и т.н.
НИВО D е наречено нивото на предметните действия. Това е нивото , което ръководи организацията на действието с предмети. Това ниво практически принадлежи монополно само на човека. Към него се отнасят всички манипулации с предмети, действия с оръдия на труда и др. Примери могат да бъдат действията на жонгльора, чистене на картофи, работа на хирург, часовникар, монтьор и т.н.
Характерна особеност на движенията от това ниво се състои в това, че те се съобразяват с логиката на предмета. Това не са толкова движения, колкото действия, при тях не е фиксиран двигателния състав, а е зададен само крайният предметен резултат. За това ниво е безразлично начина на изпълнението на действието, комплекта на двигателните операции. Пример от ежедневието – има различни начини за отваряне на бутилка вино – с тирбушон, с нож, със натискане и т.н. Във всички случаи конкретните движения ще бъдат различни, но крайния резултат – един и същ.
И накрая последното, най-високо – НИВО Е. Това е ниво на интелектуалните двигателни актове , на първо място – речевите движения, движенията по писане, рисуване, символните движения, кодираната реч и др. Движенията на това ниво се определят не от предметното, а от символичният, вербален смисъл.
Сега ще направим две важни забележки относно функционирането на нивата.
Право: в организирането на сложните движения участват като правило едновременно няколко нива – това, на което се строи даденото движение / водещо ниво / и всичките по-долни нива.
Като пример ще дадем писането – това е сложно движение, в което участват всичките пет нива. Да ги разгледаме отдолу нагоре.
Ниво А дава преди всичко тонус на ръката и пръстите.
Ниво В придава на движенията плавност и закръгленост, дава точността и бързината на писане. Ако преместим молива в другата ръка, то точността и плавността на движенията изчезват, работата е там, че ниво В се фиксира “щампата”, която се е изработила в резултат на тренировките и която не се пренася на другите двигателни органи / интересно е, че при загуба на плавността, индивидуалните особености на почерка се запазват и в другата ръка, защото те зависят от други, по-високи нива/. Така,че по този начин може да се отдели приноса на ниво В.
По нататък, ниво С организира възпроизвеждането на геометрическите форми на буквите, равното разположение на редовете, препинателни знаци, страници и т.н.
Ниво D ни гарантира владеенето на молива по различни начини,и най-накрая ниво Е – смислената страна на написаното.
Като развива това положение за съвместно функциониране на нивата, Бернщайн достига до следващото важно правило: в съзнанието на човека са представени само тези компоненти на движението, които са изградени във водещото ниво, работата на по-ниските нива, или на “фоновите” нива, като правило не се осъзнават.
Когато субекта излага на хартия своите мисли, то той осъзнава смисъла на написаното, водещото ниво, в което се намират графическото изпълнение, в случая ниво Е. А особеностите на почерка, формата на отделните букви, равните редове и т.н. в съзнанието на субекта практически не съществуват.
Втората забележка: формално едно и също движение може да присъства на различни нива. Ще дадем един пример, който взимаме от Бернщайн.
Да вземем кръгово движение на ръката: то може да бъде получено на ниво А, например при свирене на пиано китката на ръката и ставите на пръстите описват малки кръгови траектории.
Кръговото движение може да присъства и на ниво В, например ако го включим в качеството му на елемент в гимнастика на земя.
На ниво С кръговото движение ще присъства при ограждане на даден контур на зададен кръг.
На нивото на предметното действие D кръговото движение може да присъства при завързването на възел.
И най-накрая на ниво Е това движение се организира например при изобразяването на лектор на окръжност на дъската. Той не се интересува като учителя по рисуване окръжността да бъде геометрически правилна, за него е достатъчно възпроизвеждане на смисловата схема.
И сега възниква въпросът: от какво се определя факта за построението на движенията на едно или друго ниво? Отговорът е много важният извод на Бернщайн, който е даден по- горе: водещото ниво за построение на движението се определя от смисъла, или задачата за движение. Ярка илюстрация на това положение се съдържа в изследванията на А.Н.Леонов и А.В.Запорожев. Работейки в годините на войната над възстановяването на движенията на ранени войници, авторите са открили следващия знаменит факт.
След периода на лечебните упражнения с ранения се е провеждало изследване за изясняване доколко функциите на ръката са се възстановили. За това му се е давала задача “да вдигне ръката си максимално възможно”. Изпълнявайки задачата, той е вдигал ръката си до някакво пределно ниво. След това сменили задачата и му задали “ да вдигне ръката си до определено предварително ниво , начертано на стената”, и се оказало, че той е в състояние да вдига ръката си на 10-15 см по-високо. Най накрая сменили задачата, като му се предлагало “ да свали шапка от закачалката” – и той вдигал ръката си още по-високо! В какво е разликата? Работата е там, че във всички изброени случаи движението е построено на различни нива: първото движение / колкото може по-високо/ - е в координацията на тялото, т.е на ниво В; второто /до тази черта / е на ниво С т.е в координацията на окръжаващото пространство; и накрая – третото /свали шапката/ - на ниво D. Има изменение на нивата с разликата, че движението е придобивало нови характеристики, и в частност се е осъществявало с по-голяма амплитуда.
Аналогични факти са известни сега в големи количества. Ще преведем още един пример от нашите собствени изследвания, отнасящи се към движението на очите.Човешките очи, както е известно са много подвижни, и техните движения са много разнообразни. Сред тези движения има и такива, които човек не забелязва, те не могат да бъдат забелязани, даже и ако се вглеждате в очите на други хора – това са непроизволни микродвижения.
Те съществуват, даже когато на човек му се струва, че неподвижно гледа на в една точка, т.е.я фиксира с поглед. За откриване на такива движения се прибягва до много точни и фини методи за регистрация.
С помощта на такива методи било открито, че при фиксиране на точка очите движения от три различни вида : тремор с много голяма честота , дрейфове и подскоци, които обикновено възвръщат очите, които са се отместили в резултат на дрейфа, на фиксираната точка. Всяко от тези движения има своите параметри: честота, амплитуда, скорост и др.
Факта, който установихме, се състои в това, че при изменение на задачата съществено се изменят и всичките изброени параметри на движенията на очите. Например, в първата задача изпитващия му се предлагаше “просто да фиксира” светеща точка, във втория “да търси моменти на промяна на цвета”. Забележете, задачата се сменя на пръв поглед незначително, във втория случай, както и в първия изпитваният бил длъжен просто да фиксира точката, за да не пропусне смяната на цвета. И въпреки всичко, изменението на задачата /смисъла/ на фиксирането е довело до съвсем друга смяна на честотния спектър на тремора, скоростта на дрейфовете се намалили, подскачанията намалели като количество и амплитуда.
Подобни факти, както и общият извод от тях, са забележителни с това, че показват решаващото влияние на такава психологическа категория като задача, или цел, както и движението , организацията и протичането на физиологическите процеси.
Този резултат се явява огромно научно постижение на Н.А.Бернщайн във физиологията на движенията.
Превод от руски : Тихомир Плугаров