Материал: Введение в общую психологию

Во-вторых, это инерционные силы. Если вы резко поднимете руку, то она взлетает не только за счет тех моторных импульсов, которые посланы в мышцы, но с какого-то момента движется по инерции. Влияние инерционных сил особенно велико в тех случаях, когда человек работает тяжелым орудием - топором, молотом и т. п. Но они имеют место и в любом другом движении. Например, при беге значительная часть движения выносимой вперед ноги происходит за счет этих сил.

В-третьих, это внешние силы. Если движение направлено на объект, то оно обязательно встречается с его сопротивлением, причем это сопротивление далеко не всегда предсказуемо. Представьте себе, что вы натираете пол, производя скользящие движения ногой. Сопротивление пола в каждый момент может отличаться от предыдущего, и заранее знать его вы никак не можете. То же самое при работе резцом, рубанком, отверткой. Во всех этих и многих других случаях нельзя заложить в моторные программы учет меняющихся внешних сил.

Наконец, последний непланируемый фактор - исходное состояние мышцы.

Состояние мышцы меняется по ходу движения вместе с изменением ее длины, а также в результате утомления. Поэтому один и тот же управляющий импульс, придя к мышце, может дать совершенно разный моторный эффект.

Итак, действие всех перечисленных факторов обусловливает необходимость непрерывного учета информации о состоянии двигательного аппарата и о непосредственном ходе движения. Эта информация получила название «сигналов обратной связи». Кстати, роль сигналов обратной связи в управлении движениями, как и в задачах управления вообще, Н. А. Бернштейн описал задолго до появления аналогичных идей в кибернетике.

Тезис о том, что без учета информации о движении последнее не может осуществляться, имеет веские фактические подтверждения.

Рассмотрим два примера. Первый я беру из монографии Н. А. Бернштейна (14).

Есть такое заболевание - сухотка спинного мозга, при котором поражаются проводящие пути проприоцептивной, т. е. мышечной и суставной, а также кожной чувствительности. При этом больной имеет совершенно сохранную моторную систему: моторные центры целы, моторные проводящие пути в спинном мозге сохранны, его мышцы находятся в нормальном состоянии. Нет только афферентных сигналов от опорно-двигательного аппарата. И в результате движения оказываются полностью расстроены. Так, если больной закрывает глаза, то он не может ходить; также с закрытыми глазами он не может удержать стакан - тот у него выскальзывает из рук. Все это происходит потому, что субъект не знает, в каком положении находятся, например, его ноги, руки или другие части тела, движутся они или нет, каков тонус и состояние мышц и т. п. Но если такой пациент открывает глаза и если ему еще на полу чертят полоски, по которым он должен пройти (т. е. организуют зрительную информацию о его собственных движениях), то он идет более или менее успешно. То же происходит с различными ручными движениями.

Другой пример я беру из относительно новых экспериментальных исследований организации речевых движений.

Когда человек говорит, то он получает сигналы обратной связи о работе своего артикуляционного аппарата в двух формах: в форме тех же проприоцептивных сигналов (мы имеем чувствительные «датчики» в мышцах гортани языка, всей ротовой полости) и в форме слуховых сигналов.

Вообще сигналы обратной связи от движений часто запараллелены, т. е. они поступают одновременно по нескольким каналам. Например, когда человек идет, то ощущает свои шаги с помощью мышечного чувства и одновременно может их видеть и слышать. Так же и в обсуждаемом случае: воспринимая проприоцептивные сигналы от своих речевых движений, человек одновременно отчетливо слышит звуки своей речи. Я сейчас докажу, что и те и другие сигналы используются для организации речевых движений.

Современная лабораторная техника позволяет поставить человека в совершенно необычные условия. Испытуемому предлагают произносить какой-нибудь текст, например знакомое стихотворение. Этот текст через микрофон подают ему в наушники, но с некоторым запаздыванием; таким образом, испытуемый слышит то, что он говорил несколько секунд назад, а то, что говорит в данный момент, он не слышит. Оказывается, что в этих условиях речь человека полностью расстраивается; он оказывается неспособным вообще что-либо говорить!

В чем здесь дело? Нельзя сказать, что в описанных опытах испытуемый лишен сигналов обратной связи: оба чувствительных канала - мышечный и слуховой - функционируют. Дело все в том, что по ним поступает несогласованная, противоречивая информация. Так что на основании одной информации следовало бы производить одно речевое движение, а на основании другой - другое движение. В результате испытуемый не может произвести никакого движения.

Замечу, что описанный прием «сшибки» сигналов обратной связи используют для выявления лиц, симулирующих глухоту: если человек действительно не слышит, то задержка сигналов обратной связи по слуховому каналу не вызывает у него никакого расстройства речи; если же он только притворяется неслышащим, то этот прием действует безотказно.

Перейдем к следующему важному пункту теории Н.А.Бернштейна - к схеме рефлекторного кольца. Эта схема непосредственно вытекает из принципа сенсорных коррекций и служит его дальнейшим развитием.

Рассмотрим сначала упрощенный вариант этой схемы (рис. 6, а ).

Имеется моторный центр (М), из которого поступают эффекторные команды в мышцу. Изобразим ее блоком внизу, имея в виду также рабочую точку движущегося органа (т). От рабочей точки идут сигналы обратной связи в сенсорный центр (S); это чувствительные, или афферентные, сигналы. В ЦНС происходит переработка поступившей информации, т. е. перешифровка ее на моторные сигналы коррекции. Эти сигналы снова поступают в мышцу. Получается кольцевой процесс управления.

Данная схема станет более понятной, если ввести временну́ю развертку процесса (рис. 6, б). Предположим, что только что сказанное относится к моменту t1; новые эффекторные сигналы приводят к перемещению рабочей точки по заданной траектории (момент t2 ), и т. д.

Как классическая схема рефлекторной дуги соотносится с таким «кольцом»? Можно сказать, что она представляет собой частный, притом «вырожденный», случай кольца: по схеме дуги совершаются жестко запрограммированные, элементарные кратковременные акты, которые не нуждаются в коррекциях. Я уже упоминала о них: это движения типа коленного рефлекса, мигания и т. п. Обратная афферентация в них теряет свое значение, и определяющую роль приобретает внешний пусковой сигнал (рис. 6, в). Для большинства же движений необходимо функционирование кольца.

Теперь обратимся к более позднему варианту схемы «кольца» Н. А. Бернштейна; она более детализована и поэтому позволяет гораздо полнее представить процесс управления двигательными актами (рис. 7).

Имеются моторные «выходы» (эффектор), сенсорные «входы» (рецептор), рабочая точка или объект (если речь идет о предметном действии) и блок перешифровок. Новыми являются несколько центральных блоков - программа, задающий прибор и прибор сличения.

Кольцо функционирует следующим образом. В программе записаны последовательные этапы сложного движения. В каждый данный момент отрабатывается какой-то ее частный этап, или элемент, и соответствующая частная программа спускается в задающий прибор.

Из задающего прибора сигналы поступают на прибор сличения; Н. А. Бернштейн обозначает их двумя латинскими буквами SW (от нем. Soll Wert, что означает «то, что должно быть»). На тот же блок от рецептора приходят сигналы обратной связи, сообщающие о состоянии рабочей точки; они обозначены IW (от нем. Ist Wert, что означает «то, что есть»). В приборе сличения эти сигналы сравниваются, и на выходе из него получаются DW, т. е. сигналы рассогласования между требуемым и фактическим положением вещей. Они попадают на блок перешифровки, откуда выходят сигналы коррекции; через промежуточные центральные инстанции (регулятор) они попадают на эффектор.

Разберем функционирование кольца управления на примере какого-нибудь реального движения.

Предположим, гимнаст работает на кольцах. Вся комбинация целиком содержится в его двигательной программе. В соответствии с программой ему нужно в какой-то момент сделать стойку на руках (кстати, труднейший элемент!).

Из программы спускается в задающий прибор соответствующий приказ, и в нем формируются сигналы SW, которые идут на прибор сличения. Эти сигналы будут сличаться с афферентными сигналами (IW). Значит, сами они должны иметь сенсорно-перцептивную природу, т. е. представлять собой образ движения. Такой образ обеспечивается прежде всего сигналами проприоцептивной и зрительной модальностей; это «картина» стойки и с точки зрения ее общего вида, и с точки зрения ее двигательно-технического состава - положения, частей тела, центра тяжести, распределения тонуса различных мышц и т. п.

Итак, в прибор сличения поступают и образ движения, и информация от всех рецепторов о реализованном движении.

Предположим, что, выходя на стойку, спортсмен сделал слишком сильный мах и его начало клонить назад, - возникает опасность опрокинуться. Что тогда происходит? С прибора сличения поступили на блок перешифровки сигналы об излишней тяге назад. Эти сигналы ( DW) сообщают, что не все в порядке, что нужно послать сигналы коррекции, выправляющие это положение. Такие сигналы поступают, поправка происходит. В следующем цикле кольца снова сличаются сигналы SW и IW. Может оказаться, что DW = 0; это идеальный случай. Он означает, что данный элемент выполнен и можно перейти к реализации следующего пункта программы.

На схеме Бернштейна можно видеть одну интересную стрелку, которая идет от рецептора на задающий прибор. Она означает следующее: по ходу движения случаются такие ситуации, когда экономичнее не давать коррекции к текущему движению, а просто перестроить его, пустить по другому руслу, т. е. изменить его частную программу. Тогда соответствующее решение принимается в микроинтервалы времени, и в этом обнаруживается двигательная находчивость организма. Таким образом, может иметь место не только спокойный «спуск» частных программ в задающее устройство, но и экстренная их перестройка. Я думаю, что подобные примеры вы легко найдете сами. Такое случается в условиях борьбы хищника и жертвы, встречи боксеров, в спортивных играх и т. п., где ситуация постоянно меняется.

Итак, были разобраны принцип сенсорных коррекций и вытекающая из этого принципа схема управления по рефлекторному кольцу.

Перейду к следующему крупному вкладу Н. А. Бернштейна - к теории уровней построения движений.

К этой теории можно перекинуть логический мост от рефлекторного кольца, если обратить специальное внимание на качество афферентных сигналов, поступающих от движения.

Специально исследуя этот вопрос на очень обширном материале с привлечением данных фило- и онтогенеза, патологии и экспериментальных исследований, Н. А. Бернштейн обнаружил следующее. В зависимости от того, какую информацию несут сигналы обратной связи: сообщают ли они о степени напряжения мышц, об относительном положении частей тела, о скорости или ускорении движения рабочей точки, о ее пространственном положении, о предметном результате движения, - афферентные сигналы приходят в разные чувствительные центры головного мозга и соответственно переключаются на моторные пути на разных уровнях. Причем под уровнями следует понимать буквально морфологические «слои» в ЦНС. Так были выделены уровни спинного и продолговатого мозга, уровень подкорковых центров, уровни коры. Но я не буду сейчас вдаваться в анатомические подробности, поскольку они требуют специальных знаний. Остановлюсь лишь на краткой характеристике каждого из уровней, выделенных Н. А. Бернштейном, и проиллюстрирую их на примерах.

Надо сказать, что каждый уровень имеет специфические, свойственные только ему моторные проявления, каждому уровню соответствует свой класс движений.

Уровень А - самый низкий и филогенетически самый древний. У человека он не имеет самостоятельного значения, зато заведует очень важным аспектом любого движения - тонусом мышц. Он участвует в организации любого движения совместно с другими уровнями.

Правда, есть немногочисленные движения, которые регулируются уровнем А самостоятельно: это непроизвольная дрожь, стук зубами от холода и страха, быстрые вибрато (7-8 гц) в фортепианной игре, дрожания пальца скрипача, удержание позы в полетной фазе прыжка и др.

На этот уровень поступают сигналы от мышечных проприорецепторов, которые сообщают о степени напряжения мышц, а также от органов равновесия.

Уровень В. Бернштейн называет его уровнем синергий. На этом уровне перерабатываются в основном сигналы от мышечно-суставных рецепторов, которые сообщают о взаимном положении и движении частей тела. Этот уровень, таким образом, оторван от внешнего пространства, но зато очень хорошо «осведомлен» о том, что делается «в пространстве тела».

Уровень В принимает большое участие в организации движений более высоких уровней, и там он берет на себя задачу внутренней координации сложных двигательных ансамблей. К собственным движениям этого уровня относятся такие, которые не требуют учета внешнего пространства: вольная гимнастика; потягивания, мимика и др.

Уровень С. Бернштейн называет его уровнем пространственного поля. На него поступают сигналы от зрения, слуха, осязания, т. е. вся информация о внешнем пространстве. Поэтому на нем строятся движения, приспособленные к пространственным свойствам объектов - к их форме, положению, длине, весу и пр. Среди них все переместительные движения: ходьба, лазанье, бег, прыжки, различные акробатические движения; упражнения на гимнастических снарядах; движения рук пианиста или машинистки; баллистические движения - метание гранаты, броски мяча, игра в теннис и городки; движения прицеливания - игра на бильярде, наводка подзорной трубы, стрельба из винтовки; броски вратаря на мяч.

Уровень D назван уровнем предметных действий. Это корковый уровень, который заведует организацией действий с предметами. Он практически монопольно принадлежит человеку. К нему относятся все орудийные действия, манипуляции с предметами. Примерами могут служить движения жонглера, фехтовальщика; все бытовые движения: шнуровка ботинок, завязывание галстука, чистка картошки; работа гравера, хирурга, часовщика; управление автомобилем и т. п.

Характерная особенность движений этого уровня в том, что они сообразуются с логикой предмета. Это уже не столько движения, сколько действия; в них совсем не фиксирован двигательный состав, или «узор», движения, а задан лишь конечный предметный результат. Для этого уровня безразличен способ выполнения действия, набор двигательных операций. Так, именно средствами данного уровня Н. Паганини мог играть на одной струне, когда у него лопались остальные. Более распространенный бытовой пример - разные способы открывания бутылки: вы можете прибегнуть к помощи штопора, ножа, выбить пробку ударом по дну, протолкнуть ее внутрь и т. п. Во всех случаях конкретные движения будут разные, но конечный результат действия - одинаковый. И в этом смысле к работе уровня D очень подходит пословица: «Не мытьем, так катаньем».