Особенности высшей нервной деятельности человека. Вторая сигнальная система

У человека и животных можно наблюдать много общих черт образования и функционирования рефлекторных комплексов, но у человека имеются особые свойства высшей нервной деятельности, связанные, по терминологии Павлова, со второй сигнальной системой.

Ч. Дарвин отмечал, что, хотя строение нашего тела несет следы происхождения от низшей формы, существует «огромная разница между умом самого примитивного человека и самого высшего животного». И. М. Сеченов в своей книге «Рефлексы головного мозга» писал о символизации окружающей действительности при помощи слов: «Человек думает с помощью образов, слов и различных ощущений, которые могут быть вне прямой связи с раздражителями, действующими в это время на его органы чувств». Это означает, что у человека существуют два пути получения полезной информации. Один из них — это непосредственное воздействие стимулов на сенсорные системы, второй путь — получение информации в виде словесных сигналов, источниками которых могут быть другие люди, книги, видеозаписи, а также собственный процесс мышления.

Павлов, разрабатывая теорию условных рефлексов, длительное время не занимался специально поведением человека. Однако после детального анализа ВНД животных стало возможным определить специфические черты высшей нервной деятельности человека, в результате чего сформулировано представление о двух сигнальных системах.

К первой сигнальной системе Павлов отнес все временные связи, образующиеся в результате совпадения реальных раздражителей с какой-либо деятельностью организма. В этом случае различные зрительные, слуховые, тактильные и прочие стимулы считаются сигналами скорого появления безусловных раздражителей — подкрепления. Ко второй сигнальной системе Павлов отнес все речевые временные связи, формирующиеся в результате совпадения слов с действием непосредственных реальных раздражителей или с другими словами.

Таким образом, можно выделить три уровня ВНД человека:

1) уровень безусловных рефлексов и инстинктов, которые вызываются относительно немногими раздражителями; анатомической основой такой деятельности являются спинной мозг и большинство отделов головного мозга;

2) уровень условных рефлексов, вырабатываемых в ходе индивидуальной жизни на различные стимулы, которые служат сигналами о возможном появлении того или иного подкрепления; такие рефлексы замыкаются на уровне коры больших полушарий;

3) уровень словесной сигнализации, анатомическим субстратом которой являются ассоциативные зоны коры (лобная, теменная), а также ее высшие сенсорные и двигательные центры.

Первые два уровня характерны как для человека, так и для животных. Третий уровень в развитом виде существует только у человека; у животных можно наблюдать лишь отдельные элементы и даже в случае человекообразных обезьян относительно примитивные формы речевой деятельности.

Для человека слово — такой же реальный фактор, как и все остальные раздражители, влияющие на организм; слово обладает свойством заменять реальные безусловные и условные стимулы, выполняя функции как бы «сигнала сигналов» (отсюда — термин «вторая сигнальная система»). Кроме того, слова являются символами реальных раздражителей, которые, в свою очередь, являются сигналами о приближении подкрепления.

Эта особенность слов сделала их знаками, символами огромного количества раздражителей первой сигнальной системы. У взрослого человека вторая сигнальная система охватывает все производные от речи, вплоть до рисунков-символов, языка жестов и т. п.

Работая со второй сигнальной системой, Павлов и его последователи старались не слишком выходить за рамки обычных условно-рефлекторных методик. Например, у человека вырабатывался условный рефлекс на звонок с болевым подкреплением (слабый удар электрического тока) и регистрировался тонус сосудов руки. После нескольких предъявлений звонок вызывал изменение тонуса сосудов еще до удара током. Если затем вместо реального звонка произносили слово «звонок», то с первого же предъявления возникала реакция. С другим испытуемым проводили обратную процедуру: вырабатывали рефлекс на слово «звонок». В итоге реальный звонок с первого же раза также вызывал реакцию. Эти эксперименты доказали возможность передачи возбуждения между второй и первой сигнальными системами, т. е. существование условных связей между их центрами. В дальнейшем было показано, что такие связи могут быть усилены либо заторможены с помощью условно-рефлекторных методик, что слово может выполнять функцию не только условного стимула, но и условного тормоза и т. д.

Проследим появление самых первых речевых центров (центров второй сигнальной системы) у ребенка. Обычно это происходит в ходе общения с родителями. Суть процесса состоит в установлении связи слов с теми или иными реальными объектами. Так, мама указывает ребенку на какой-либо объект — скажем, на игрушечного плюшевого зайца и произносит слово «зайчик». При повторных сочетаниях зрительного образа объекта и слухового образа слова устанавливается временная связь между соответствующими зрительными и слуховыми центрами. При этом в процесс образования связи вносит важнейший вклад ассоциативная теменная кора, нейроны которой начинают выполнять функцию речевых центров (рис. 4.33, а).

На следующем шаге обучения оказывается, что мама в качестве реальных объектов, обозначаемых словом «зайчик», может использовать самые разные предметы и изображения: например, пластмассового зайца другого размера и цвета, рисунок зайца в книге. Соответствующие зрительные центры окажутся связанными с речевым центром в ассоциативной теменной коре — возникнет целый веер условных связей (рис. 4.33, б), «точкой пересечения» которых будет признак, присущий всем известным ребенку «зайчикам». Этот признак скорее всего — наличие двух длинных ушей. Выделение подобных ключевых признаков — задача зрительной коры, причем наиболее эволюционно новых ее областей, где располагаются нейроны, способные обучиться реагировать на сложные зрительные образы. Данная процедура называется также зрительным обобщением. Нейроны, осуществляющие подобные функции, находятся на границе зрительной и ассоциативной теменной коры. После завершения процедуры зрительного обобщения временные связи между зрительными и речевым центрами приобретают вид, представленный на рис. 4.33, в.

 

Рис. 4.33. Этапы формирования речевого центра в ассоциативной теменной коре ребенка: 1 — слуховой нейрон; 2 — зрительный нейрон; 3 — ассоциативный нейрон; 4 — нейрон, осуществляющий слуховое обобщение; 5 — нейрон, осуществляющий зрительное обобщение

 

Аналогичные процессы происходят и в слуховых зонах. Слуховой образ слова «зайчик» при каждом его предъявлении значительно варьирует в зависимости от громкости и тембра голоса, скорости произнесения. Следовательно, на втором этапе обучения произойдет формирование множественных временных связей между слуховыми центрами и речевым центром в ассоциативной коре (рис. 4.33, б). Завершится этот процесс осуществлением слухового обобщения. Выполняется эта процедура обучающимися нейронами зоны Вернике — области височной коры на границе с ассоциативной теменной корой (рис. 4.33, в).

Повреждение зоны Вернике ведет к нарушению восприятия речи на слух. Повреждение соответствующей области зрительной коры ведет к нарушению зрительного восприятия речи (чтение).

Итак, мы проследили становление единичного речевого центра. Подобные процессы происходят у детей в возрасте около года — в самом начале формирования второй сигнальной системы. Возникает вопрос: способен ли мозг животных к проведению подобных операций, и если да, то в каком масштабе?

Рассмотрим ситуацию сначала на примере собаки. Всякий, кто воспитывал щенков, сталкивался с их развитой способностью к восприятию человеческой речи, которая сформирована в ходе долгой селекции данного вида. В среднем у взрослой собаки мы наблюдаем различение нескольких десятков слов. Следовательно, можно сделать заключение о существовании процедуры слухового обобщения, что позволяет животному узнавать команду вне зависимости от того, кто конкретно и каким голосом ее отдает. Часть таких команд запускают двигательные реакции; в этом случае можно говорить о наличии связей между высшими слуховыми и моторными центрами. Однако часть команд обозначает вполне конкретные объекты. Например, команда «ищи палку» запускает поиск предмета, предназначенного для игры и имеющего ряд вполне конкретных сенсорных характеристик: удлиненную форму, достаточно большой размер и вес, запах дерева. В данном случае мы наблюдаем процедуры зрительного обобщения, а также мультисенсорного синтеза, причем последняя является функцией ассоциативной теменной коры, так же, как и ассоциирование нейронов, занимающихся слуховым и зрительным обобщением.

Наиболее интересные работы, посвященные исследованию способностей к речевой деятельности, выполнены на обезьянах. При этом исходно ставилась задача обучить животное не только понимать, но и произносить слова. Однако достаточно быстро выяснилось, что уровень развития речедвигательного аппарата (голосовых связок и др.) человекообразных обезьян не позволяет этого, и вместо голосовой реакции в настоящее время используют другие способы передачи сигналов — язык жестов, язык предметов-иероглифов, язык символов, вводимых с клавиатуры компьютера. Показано, что в результате постоянного тренинга шимпанзе или горилла обучаются не только понимать несколько сот слов (слуховое обобщение), но и используют эти слова для выражения своих желаний, эмоций, строя фразы типа «Я хочу пить, дай мне воды» и т. п. Словарный запас в различных экспериментах мог достигать 200—300 и более единиц.

В итоге уровень «второсигнальной» активности обученной подобным образом обезьяны примерно соответствует уровню двухлетнего ребенка. Но если для обезьяны это предел, то для человека — только начальная стадия формирования речевых центров. Их количество очень быстро нарастает, и к трем годам словарный запас ребенка составляет примерно 2000 «символов», описывающих различные объекты, их признаки, производимые действия, а в дальнейшем — может увеличиться еще в несколько раз.

Таким образом, если сравнивать речевую деятельность человека и животных, то первое их отличие — количественное. Число речевых центров, формирующихся в теменной коре человека, в десятки и сотни раз больше, чем у собаки и даже человекообразной обезьяны. Этому способствует резкое увеличение размеров ассоциативных областей коры больших полушарий в ходе эволюции.

Есть и второе отличие — качественное, связанное с речевым обобщением. Определить его можно как процедуру освоения слов более высокого уровня, символизирующих целую группу других слов. Например, если у ребенка сформировать речевые центры, связанные со словами «зайчик», «машинка», «кукла», то все эти слова можно обобщить с помощью слова «игрушки». Эта процедура идет уже внутри речевых центров и является специфично человеческой. Ассоциативная теменная кора животных почти не способна к операциям такой сложности. Для человекообразных обезьян описаны лишь отдельные случаи такого общения (например, использование понятия «фрукты»).

Речевое обобщение может иметь несколько ступеней. Например, понятия «игрушки», «одежда», «книги» можно обобщить с помощью слова «предметы». Возможно и дальнейшее поэтапное «поднятие» над конкретными свойствами реальных объектов, в результате чего формируются речевые центры, связанные с наиболее абстрактными философскими, физико-математическими и другими понятиями (рис. 4.34). Ж. Пиаже назвал этот этап развития второй сигнальной системы стадией формальных операций, указывая, что она обычно начинается в подростковом возрасте, требует от нервной системы очень больших усилий и ее проходят лишь примерно 50% людей.

Вернемся к трехлетнему возрасту. В этот момент количество сформировавшихся речевых центров и число связей между первой и второй сигнальными системами становится очень значительным. В результате оказывается, что усвоенные мозгом слова-символы достаточно полно описывают весь знакомый ребенку окружающий мир, значимые для него объекты, их признаки, а также различные действия. Таким образом, к трем годам формируется то, что принято называть «речевая модель внешнего мира». Ее нейрофизиологической основой является деятельность нейронов ассоциативной теменной коры.

Речевая модель мира — это не просто совокупность отдельных нервных центров второй сигнальной системы. Чрезвычайно важно то, что все эти центры оказываются связанными. Установление связей происходит при осуществлении речевого обобщения, а также по ходу обычных процессов формирования ассоциаций. В последнем случае имеются в виду стандартные ситуации, когда возбуждение двух и более нервных центров совпадает во времени. Если слова употребляются вместе — между соответствующими речевыми центрами возникают связи. Так, «зайчик» оказывается связан с качеством «серенький» и действием «бегает» (рис. 4.34), а «апельсин» — с центрами «оранжевый», «вкусный», «едят». Используя терминологию Павлова, можно говорить о формировании динамических стереотипов на уровне второй сигнальной системы.

 

Рис. 4.34. Схематичное представление процедур речевого общения и установления речевых ассоциаций в коре больших полушарий. Кружками отмечены речевые центры, соответствующие словам: 1 — «зайчик»; 2 — «машинка»; 3 — «кукла»; 4 — «игрушки»; 5 — «серенький»; 6 — «бегает»

Вследствие всего этого речевая модель внешнего мира постепенно приобретает целостность и законченность. Начиная с какого-то уровня ее сложности можно наблюдать ситуации, когда возбуждение одного из речевых центров будет распространяться по «пространству» модели без затухания, активируя все новые и новые пункты и их совокупности, двигаясь по циклам и т. п. На субъективном уровне происходящее будет осознаваться как проговаривание «про себя» (в случае детей — часто вслух) некоторых слов, фраз, вытекающих друг из друга предложений, т. е. как процесс мышления.

Вербализация (отображение в речевой системе) внешнего мира является лишь одним из свойств данной модели. Второе и, видимо, основное ее назначение состоит в другом: речевая модель внешнего мира используется мозгом как «мир в миниатюре», слепок с окружающей действительности и своеобразное вычислительное приспособление. Оказывается, что, если «ввести» в модель некоторые исходные данные (например, сенсорную информацию), на выходе она способна осуществить прогноз успешности того или иного поведенческого акта. В простейшем случае этот прогноз делается с опорой на результаты многократного выполнения в прошлом той же деятельности в сходных условиях. Итоги такого прогнозирования могут учитываться ассоциативной лобной корой при выборе оптимальной программы поведения.

Процедура прогнозирования успешности той или иной деятельности и сопутствующие ей процессы мышления могут сопровождаться появлением достаточно ярких сенсорных «фантазий» (при иррадиации возбуждения из второй сигнальной системы в первую). Развивающееся при этом состояние может иногда принимать форму мечтательности, отрыва от реальности и приобретать для человека самостоятельную ценность, даже не завершаясь конкретными действиями.

Чем сложнее речевая модель внешнего мира, чем больше центров входит в ее состав и богаче связи между ними, тем точнее оказывается прогноз и выбор программы действий. Можно заключить, что появление второй сигнальной системы — это очередной шаг на пути совершенствования приобретенного поведения как совокупности реакций, «предвосхищающих» появление подкрепления. Как было показано выше, даже простейшие условные рефлексы являются способом, с помощью которого может быть достигнуто опережение существенных и жизненно важных изменений во внешней среде. Способность эта совершенствуется по мере эволюции мозга и развития сложных форм ассоциативной деятельности (рефлексы на отношение, на комплексы стимулов, экстраполяционные). Становление второй сигнальной системы и процессов мышления — высшая стадия этого процесса, приведшего к созданию научных теорий, сложнейших орудий труда, произведений высокого искусства — всего того, что мы подразумеваем под понятиями «творчество» и «воображение».

Коснемся теперь эффекторной части второй сигнальной системы — речедвигательных центров мозга.

Возможность осуществления характерных для стандартной речи сложных голосовых реакций требует в качестве предпосылки наличия развитых голосовых связок. Это предполагает значимость голосовых реакций для внутривидовых (зоосоциальных) взаимодействий, например, в случае птиц, песни которых могут быть очень сложны. Особенно интересным является существование птиц-пересмешников, способных осваивать песни других видов. Происходит это на основе мощного врожденного звукоподражательного рефлекса (попугаи, врановые), реализуемого центрами вокализации и слуховыми центрами продолговатого мозга и моста (рис. 4.35).

Рис. 4.35. Основные компоненты речедвигательной системы человека и связи между ними: I — кора больших полушарий; II — продолговатый мозг, мост

Аналогичный рефлекс чрезвычайно характерен для младенца. При этом первыми попытками звукоподражания являются голосовые реакции на всякий достаточно громкий звук. Постепенно эти попытки приобретают форму произнесения отдельных простейших слогов (как правило, с гласной «а»: «ма», «па», «да»). Важнейшую роль играет здесь постоянное общение со взрослыми, задающими звуковой «эталон», которому пытается следовать ребенок.

Как правило, в возрасте 2—3 лет развитие у детей речедвигательных реакций заметно отстает от других составляющих второй сигнальной системы. Ребенок уже понимает сотни слов, а его речь все еще имеет «младенческую» форму и состоит из отдельных мало отличимых друг от друга слогов. Постепенно разнообразие этих слогов растет, они собираются в двух- и трехсложные слова, так же как собираются в цепь обычные двигательные реакции. Ключевое значение в описанном процессе имеет установление временных связей между ассоциативной теменной корой и главной речедвигательной областью — зоной Брока, находящейся в нижней части прецентральной извилины, т. е. в моторной коре больших полушарий (рис. 4.35). С развитием процессов мышления эти связи начинают постоянно проявлять себя; иррадиируя из ассоциативной теменной коры, возбуждение оказывается способным запускать голосовые реакции. В результате для ребенка в возрасте 3—4 лет характерно постоянное «звучание» — проговаривание мыслительных процессов, особенно в ходе игр и других ситуаций повышенной активности.

В этот момент окружающими взрослыми производится характерная коррекция деятельности речевых систем. Делая ребенку постоянные замечания вроде «не шуми», «помолчи», они постепенно блокируют связи ассоциативной теменной коры с зоной Брока путем «постановки» условного тормоза. Добиваясь в итоге успеха, мы, во-первых, теряем возможность следить за «игрой мысли» в мозге ребенка, а во-вторых, по-видимому, значительно ускоряем его мышление. Дело в том, что, пока все существенные второсигнальные процессы озвучиваются, пошаговое обращение к речедвигательным системам сильно замедляет мышление. Когда же этот компонент отброшен, ничто не мешает мыслительным процессам быстро двигаться по речевым центрам. В результате ребенок переходит к внутренней речи, выражающейся в проговаривании слов «внутри себя». Однако эта функция речедвигательных систем приобретенная, и если убрать условный тормоз (присутствие кого-либо рядом), то в ситуации эмоционального возбуждения речь даже взрослого человека может возвращаться к «детскому типу» с проговариванием слов. Этот вариант имеет свои преимущества, так как позволяет более четко оформить мыслительные процессы.

Мышление принято разделять на абстрактно-логическое и образно-эмоциональное. Легко понять, что в первом случае возбуждение захватывает почти исключительно центры второй сигнальной системы, в том числе связанные с высокими уровнями речевого обобщения. Во втором случае возбуждение из речевых центров распространяется на центры первой сигнальной системы и может двигаться между ними, вызывая нередко близкие к реальности сенсорные переживания. Павлов называл такой тип мышления художественным.

Анатомически развитие речевых зон (Брока, Вернике, ассоциативных теменных) происходит преимущественно в левом полушарии человека, что, видимо, связано с доминированием правой руки при выполнении наиболее тонких движений. Именно левое полушарие связывают преимущественно с абстрактно-логическим мышлением. Образное мышление реализуется в первую очередь правым полушарием. Однако такое разделение функций, как оказалось, зависит от пола (более выражено у мужчин) и языковой среды — совокупности речевых отличий, характерных для какой-либо группы (нации, социума). У людей, выросших в среде, где речевая символизация идет на более образном уровне (иероглифы вместо букв и слогов), различие в функциях между правым и левым полушариями отсутствует. То нее обычно наблюдается у левшей.

Подводя итоги, можно сказать, что первейшая задача речевых систем — это планирование поведения и прогнозирование его результатов. С этой точки зрения ассоциативная теменная кора может рассматриваться как своеобразный «сопроцессор», помогающий «командиру» нашего мозга — ассоциативной лобной коре организовывать целенаправленную деятельность. В экстренных ситуациях, когда «думать некогда», решение о запуске поведенческих реакций может приниматься и без участия мыслительных центров, но в обычных условиях человеку всегда советуют «сначала подумать, а потом делать».

Речевые системы выполняют и еще одну важнейшую функцию. Появившись в ходе эволюции как выражение различных эмоциональных состояний, голосовые реакции человека постепенно и все в большей мере становились «сигналами сигналов». Благодаря этому стала возможной интенсивная передача информации и навыков от родителей потомству. Это в гигантской мере дополнило генетические механизмы передачи полезных приспособлений от поколения к поколению и чрезвычайно повысило адаптивные возможности человека.