Основные положения теории функциональных систем. Основы теории функциональной системы анохина

28.09.2019

Исторические предпосылки

Некоторые результаты исследований Павлова и сегодня изучаются в образовательных учреждениях. Следует заметить, что теория Дарвина не удалена из школьной программы, но конкретных доказательств ее истинности не предоставлено научной общественности. Она воспринимается «на веру».

Однако наблюдения за экосистемой Земли подтверждают, что не существует: растения делятся друг с другом питательными веществами, влагой, равномерно все распределяя.

В животном мире можно заметить, что особи не убивают больше, чем нужно для обеспечения их жизнедеятельности. Животные, нарушающие естественный природный баланс через аномальное поведение (например, начинают убивать всех подряд), как это порой случается с некоторыми представителями волчьей стаи, подвергаются истреблению своими же сородичами.

Наблюдения за первобытными племенами, сохранившимися в двадцатом веке, изучая их культуру, быт можно сделать вывод о первобытном человеке, который чувствовал, понимал, знал, что является частью окружающей среды. Убивая какое-нибудь животное для пропитания, он оставлял кое-что от убиенного им, но не как трофей, а как напоминание о потраченной чьей-то жизни для продолжения своей.

Из этого следует вывод о существовании у древних людей понятия общности, зависимости от различных факторов окружающей среды.

Сфера исследований Петра Кузьмича

Теория П. К. Анохина наоборот выстроена на основе обширной экспериментальной базы, четко структурированной методологии. Однако к этой концепции академика привели долгие годы наблюдений, практики, экспериментов, теоретической проработки результатов. Не последнюю роль в формировании системного подхода к проблеме целенаправленной деятельности сыграли результаты экспериментов Павлова, Бехтерева, Сеченова. Вместе с тем, концепцию функциональных систем нельзя назвать «копированием» или «продолжением» теорий перечисленных авторов в силу отличия методологии, общей структуры.

Методологические подходы Павлова и Анохина

При детальном рассмотрении концепций можно заметить, что позиции методологии авторами понимаются и объясняются совершенно по-разному.

Методологические принципы, используемые в концепциях авторов
П. К. Анохин	И. П. Павлов
Автор не поддерживает концепцию универсальности методологии для всех точных наук. Подчеркивает важность влияния экзогенных и эндогенных факторов на психические процессы.	Универсальность методологии изучения предмета всех точных наук, является главным постулатом научности изучения психических процессов (скорее всего, это попытка вывести изучения сознания на уровень «научности» при помощи механического перенесения методов изучения из других сфер науки).
Различает законы, по которым функционируют живая материя и неорганический мир. Обосновывает свою позицию наличием «внутренней направленностью на выживание» у живых организмов, что не свойственно неживым предметам.	Психические процессы, по Павлову, подчиняются соблюдению законов, регулирующих развитие и функционирование материального мира.
Под понятием «целостность» понимает мобилизацию внутренних сил организма для достижения конкретной цели.	«Целостность» (тесная взаимосвязь) проявляется при воздействии на организм внешних факторов.
Иерархичность процессов подразумевает наличие обратной связи, которая подразумевает влияние на центр управления координируемыми элементами системы. На основании этих взаимодействий выделяются ступени иерархической структуры: молекулярный; клеточный; органный и тканевый; организменный; популяционно-видовой; экосистемный; биосферный.	Организм рассматривается как находящиеся друг в друге уровни организации. Иерархичность рассматривается как вертикальная организация управления или пирамидная организация управляющих центров без возможности обратного влияния нижерасположенных составляющих системы.
Механизмы отражения действительности динамичны, а не статичны, складываются благодаря различным внешним факторам, запрограммированной цели в конкретный отрезок времени. Организм обладает способностью опережающего отражения.	Условные и безусловные рефлексы по Павлову проявляются независимо от других реакций организма и состоят из двух процессов - торможения и активации.
Сознание не может сводиться к физиологическим реакциям, возникая на основе их развития.	Элементарное мышление возникает на основе сочетания отдельных рефлексов, вызванных конкретным ощущением или символом.
создатель теории функциональных систем, основывается на постулате «закон вещи - в самой вещи». Поэтому все процессы управляются присущими только им закономерностями. Следовательно, структура мировых законов напоминает принцип «матрешки», а не «пирамиды». Поскольку управление происходит при помощи разных законов, то и методы изучения должны быть разными.	Концепция основана на постулате «закон вещи - вне вещи», что свидетельствует о независимости закона от управляемого процесса. При этом выстраивается иерархия подчинения законов (пирамида). Следовательно, все процессы подчинены универсальным законам с соблюдением в живой, неживой природе, психических образованиях.

Приведенные основные методологические принципы авторов позволяют сделать вывод об их «противоположности». Теория функциональных систем Петра Анохина не может быть логическим продолжением материалистического учения И. П. Павлова.

Влияние работ В. М. Бехтерева

Историческим фактом являются разногласия между создателем Объективной психологии и Павловым. Благодаря мстительности и мелочности последнего Бехтерев не был удостоен Нобелевской премии.

Автор теории функциональных систем описывает функционирование школы Павлова как озвучивание множества гипотез (принимаемых на веру) на фоне одного фундаментального открытия (условный рефлекс). Действительно, труды знаменитого физиолога (это несколько томов павловских сред) - это обсуждение с сотрудниками основных гипотез и предположений.

Научные труды Павлова получили признание мировой общественности и являлись, для своего времени, достаточно прогрессивными, однако «рефлексология», оформленная Бехтеревым, обладала недостающей павловской теории объективностью. Она изучала влияние физиологии человека на его социализацию и поведение.

Следует отметить, что после загадочной кончины Владимира Михайловича и «Рефлексология», и «Объективная психология», как научные течения, были «заморожены».

Изучая наследие Бехтерева и Анохина, можно заметить некоторые общие принципы в методологии изучения предмета. Достоин внимания и тот факт, что теоретические предположения обоих авторов всегда основывались на практических исследованиях, наблюдениях. В то время как Павлов допускал «вынесение разгромных рецензий» только по причине личностной неприязни.

Появление концепции, ее разработка

Основы теории функциональных систем закладывались еще в тридцатых годах двадцатого века на основе изучения взаимодействия центральной и периферической нервной деятельности. Богатый практический опыт Петр Кузьмич получил во Всесоюзном институте экспериментальной медицины имени А. М. Горького, послужившим основой для создания в сороковых годах АМН СССР и Ленинградского института экспериментальной медицины.

Академик смог изучать нервную деятельность не только на общебиологическом уровне. Первые шаги были сделаны в исследованиях эмбриологических аспектов функционирования высшей нервной деятельности. В итоге структурный и функциональный подходы в теории систем Анохина признаны наиболее совершенными. В ней выделены частные механизмы и их интеграция в более сложную систему высшего порядка.

Описывая структуру поведенческих реакций, академик пришел к выводу об интегрировании частных механизмов в целостный поведенческий акт. Этот принцип и был назван «функциональной системой». Не простая сумма рефлексов, а именно объединение их в комплексы высшего порядка, согласно теории функциональных систем, инициирует поведение человека.

При помощи тех же принципов можно рассматривать не только сложные поведенческие реакции, но и отдельные двигательные акты. Саморегуляция является основным действенным принципом в теории функциональной системы Анохина. Достижение запланированных целей, приносящих пользу для организма, происходит посредством взаимодействия и саморегуляции более мелких компонентов системы.

В издание книги Анохина «Философские аспекты теории функциональной системы» вошли избранные труды освещающие вопросы естественного и искусственного интеллекта, физиологии и кибернетики, а также системообразующих факторов.

Системогенез как основа теории

В определении «функциональная система» описывается как получение полезного результата через взаимодействие элементов широкой постоянно преобразующейся распределенной системы. Универсальность теории функциональной системы Анохина П. К. заключается в применении ее по отношению к любому целенаправленному действию.

С точки зрения физиологии функциональные системы подразделяются на две категории:

Первая из них призвана сохранить постоянство основных параметров организма при помощи саморегуляции, например, поддержание температуры тела. В случае каких-либо отклонений запускаются процессы саморегулирования внутренней среды.
Вторая обеспечивает приспособление к окружающей среде благодаря связи с ней, которая регулирует изменение поведения. Именно эта система лежит в основе различных поведенческих реакций. Информация об изменении внешней среды является естественным стимулом к корректировке различных поведенческих форм.

Строение центральной системы состоит из сменяющих друг друга стадий:

афферентный синтез (или «приносящий» к органу или нервному центру);
принятие решения;
акцептор результатов действия (или «принятие» результатов действия);
эфферентный синтез («выносящий», передающий импульсы);
формирование действия;
оценка достигнутого результата.

Разного рода мотивы и потребности (витальные (жажда, голод), социальные (общение, признание), идеальные (духовная и культурная самореализация)) стимулируют и корректируют форму поведения. Однако чтобы перейти в стадию целенаправленной деятельности требуется действие «пусковых раздражителей», при помощи которых происходит переход к стадии принятия решения.

Эта стадия реализуется на основе программирования результатов будущих действий через привлечение индивидуальной памяти человека по отношению к окружающим объектам и способов действия по достижению цели.

Целеполагание в теории

Выделение цели поведения в теории функциональной системы Анохина является ключевым моментом. Прямое отношение к целеполаганию имеют как положительные, так и отрицательные ведущие эмоции. Они задают вектор и содействуют выделению цели поведения, закладывая основы нравственности с позиции теории функциональных систем. Ситуативные эмоции действуют как регулятор поведения на данном этапе достижения цели и могут спровоцировать отказ от цели или изменение плана достижения желаемого.

Принципы теории функциональной системы Анохина П. К. основываются на утверждении невозможности приравнивания последовательности рефлексов к целенаправленному поведению. Поведение отличается от цепи рефлексов наличием систематизированной структуры, опирающейся на программирование действий при помощи опережающего отражения действительности. Сравнение результатов действия с программой и другие сопутствующие процессы и определяют целенаправленность поведения.

Схема функциональной системы

Теория академика и кибернетика

Кибернетика является наукой о закономерностях процессов управления в различных системах. Методы кибернетики применяются в случаях, если столкновение системы с окружающей средой вызвало определенные изменения (подстройки) в способах поведения самой системы.

Несложно заметить, что существуют определенные грани соприкосновения кибернетики и теории функциональных систем Анохина. Кратко следует описать отношение Петра Кузьмича к новой в те времена науке. Его по праву называют пропагандистом и разработчиком вопросов кибернетики. Об этом свидетельствуют статьи, включенные в сборник «Философские аспекты теории функциональной системы».

Интересна в этом плане книга «Избранные труды. Кибернетика функциональных систем». В ней подробно описываются вопросы и проблемы кибернетики и возможное их решение при помощи теории функциональных систем, которая приводится как основной принцип управления среди биологических систем.

Роль П. К. Анохина в развитии системного подхода заключается в обосновании научной теории с точной физиологической аргументацией, в отличие от его предшественников. Теория Анохина - это универсальная модель работы организма, обладающая точными формулировками. Так же нельзя обойти вниманием функционирование модели на основе процессов саморегуляции.

Универсальность теории функциональных систем выражается в возможности изучения деятельности систем любой сложности, поскольку она обладает достаточно проработанной структурированной моделью. При помощи многочисленных экспериментов было доказано, что закономерности кибернетики свойственны для любых функциональных систем, включенных в живые организмы.

В заключение

Существующая уже более пятидесяти лет теория Анохина Петра Кузьмича определяет человека как саморегулирующуюся систему, находящуюся в единстве с окружающим миром. На этой почве появились новые теории о возникновении болезней и их лечении, а также многие психологические концепции.

5.Теория функциональных систем П.К. Анохина.

В теории функциональных систем в качестве детерминанты поведения рассматривается не прошлое по отношению к поведению событие - стимул, а будущее – результат .

Функциональная система есть динамически складывающаяся широкая распределенная система из разнородных физиологических образований, все части которой содействуют получению определенного полезного результата. Именно опережающее значение результата и модель будущего, создаваемая мозгом, позволяет говорить не о реакции на стимулы из внешней среды, а о полноценном целеполагании.

рис. 2. Общая архитектура функциональной системы (ОА – обстановочная афферентация, ПА – пусковая афферентация) На схеме представлена последовательность действий при реализации одной функциональной системы. Вначале происходит афферентный синтез , который аккумулирует сигналы из внешней среды, память и мотивацию субъекта . На основе афферентного синтеза принимается решение , на основе которого формируется программа действий и акцептор результата действия – прогноз результативности совершаемого действия. После чего непосредственно совершается действие и снимаются физические параметры результата. Одной из самых важных частей данной архитектуры является обратная афферентация – обратная связь, которая позволяет судить об успешности того или много действия. Это непосредственно позволяет субъекту обучаться, так как сравнивая физические параметры полученного результата и предсказанного результата, можно оценивать результативность целенаправленного поведения. Причем небходимо отметить, что на выбор того или иного действия влияет очень много факторов, совокупность которых обрабатывается в процессе афферентного синтеза.

Взаимодействие человека и животных с окружающей средой осуществляется через целенаправленную деятельность или поведение.

Функциональные системы - динамические, самоорганизующиеся, саморегулирующиеся построения, все составные компоненты которых содружественно объединяются для достижения полезных для самой системы и организма в целом - приспособительных результатов.

Выделяют два типа функциональных систем.

1. Функциональные системы первого типа обеспечивают постоянство определенных констант внутренней среды за счет системы саморегуляции, звенья которой не выходят за пределы самого организма. Примером может служить функциональная система поддержания постоянства кровяного давления, температуры тела и т.п . Такая система с помощью разнообразных механизмов автоматически компенсирует возникающие сдвиги во внутренней среде.

2. Функциональные системы второго типа используют внешнее звено саморегуляции . Они обеспечивают приспособительный эффект благодаря выходу за пределы организма через связь с внешним миром, через изменения поведения. Именно функциональные системы второго типа лежат в основе различных поведенческих актов, различных типов поведения.

Центральная функциональная система, определяющая целенаправленные поведенческие акты различной степени сложности, складывается из следующих последовательно сменяющих друг друга стадий: -> афферентный синтез, -> принятие решения, -> акцептор результатов действия, -> эфферентный синтез, -> формирование действия, и, наконец, -> оценка достигнутого результата

АФФЕРЕНТНЫЙ (от лат. afferens - приносящий), несущий к органу или в него (напр., афферентная артерия); передающий импульсы от рабочих органов (желез, мышц) к нервному центру (афферентные, или центростремительные, нервные волокна). ЭФФЕРЕНТНЫЙ (от лат. efferens - выносящий), выносящий, выводящий, передающий импульсы от нервных центров к рабочим органам, напр. эфферентные, или центробежные, нервные волокна. АКЦЕПТОР (от лат. acceptor - принимающий).

(1.Поведенческий акт любой степени сложности начинается со стадии афферентного синтеза. Возбуждение, вызванное внешним стимулом, действует не изолированно. Оно непременно вступает во взаимодействие с другими афферентными возбуждениями, имеющими иной функциональный смысл. Головной мозг непрерывно обрабатывает все сигналы, поступающие по многочисленным сенсорным каналам. И только в результате синтеза этих афферентных возбуждений создаются условия для реализации определенного целенаправленного поведения.

Мотивационное возбуждение появляется в центральной нервной системе в следствии той или другой витальной, социальной или идеальной потребности. Специфика мотивационного возбуждения определяется особенностями, типом вызвавшей его потребности. Важность мотивационного возбуждения для афферентного синтеза вытекает уже из того, что условный сигнал теряет способность вызывать ранее выработанное пищедобывательное поведение (например, побежку собаки к кормушке для получения пищи)

Таким образом, на основе взаимодействия мотивационного, обстановочного возбуждения и механизмов памяти формируется так называемая интеграция или готовность к определенному поведению. Но, чтобы она трансформировалась в целенаправленное поведение, необходимо воздействие со стороны пусковых раздражителей. Пусковая афферентация – последний компонент афферентного синтеза. Завершение стадии афферентного синтеза сопровождается переходом в стадию принятия решения, которая и определяет тип и направленность поведения. Стадия принятия решения реализуется через специальную и очень важную стадию поведенческого акта – формирование аппарата акцептора результатов действия . Это аппарат, программирующий результаты будущих событий. В нем актуализирована врожденная и индивидуальная память животного и человека в отношении свойств внешних объектов, способных удовлетворить возникшую потребность, а также способов действия, направленных на достижение или избегание целевого объекта.Нередко в этом аппарате запрограммирован весь путь поиска во внешней среде соответствующих раздражителей . Следующая стадия – это само выполнение программы поведения. Эфферентное возбуждение достигает исполнительных механизмов, и действие осуществляется. Благодаря аппарату акцептора результатов действия, в котором программируется цель и способы поведения, организм имеет возможность сравнивать их с поступающей афферентной информацией о результатах и параметрах совершаемого действия, т.е. с обратной афферентацией . Именно результаты сравнения определяют последующее построение поведения, либо оно корректируется, либо оно прекращается как в случае достижения конечного результата. Следовательно, если сигнализация о совершенном действии полностью соответствует заготовленной информации, содержащейся в акцепторе действия, то поисковое поведение завершается. Соответствующая потребность удовлетворяется. И животное успокаивается. В случае, когда результаты действия не совпадают с акцептором действия и возникает их рассогласование, появляется ориентировочно-исследовательская деятельность. В результате этого заново перестраивается афферентный синтез, принимается новое решение, создается новый акцептор результатов действия и строится новая программа действий. Это происходит до тех пор, пока результаты поведения не станут соответствовать свойствам нового акцептора действия. И тогда поведенческий акт завершается последней санкционирующей стадией – удовлетворением потребности. Таким образом, в концепции функциональной системы наиболее важным ключевым этапом, определяющим развитие поведения, является выделение цели поведения. Она представлена аппаратом акцептора результатов действия, который содержит два типа образов , регулирующих поведение, - сами цели и способы их достижения. Выделение цели связывается с операцией принятия решения как заключительного этапа афферентного синтеза. Целенаправленное поведение – поиск целевого объекта, удовлетворяющего потребность, - побуждается не только отрицательными эмоциональными переживаниями. Побудительной силой обладают и представления о тех положительных эмоциях, которые в результате индивидуального прошлого опыта связаны в памяти животного и человека с получением будущего положительного подкрепления или награды, удовлетворяющего данную конкретную потребность. Положительные эмоции фиксируются в памяти и впоследствии возникают всякий раз как своеобразное представление о будущем результате при возникновении соответствующей потребности. Таким образом, в структуре поведенческого акта формирование акцептора результатов действия опосредовано содержанием эмоциональных переживаний. Ведущие эмоции выделяют цель поведения и тем самым инициируют поведение, определяя его вектор. Ситуативные эмоции, возникающие в результате оценок отдельных этапов или поведения в целом, побуждают субъект действовать либо в прежнем направлении, либо менять поведение, его тактику, способы достижения цели. Согласно теории функциональной системы, хотя поведение и строится на рефлекторном принципе, но оно не может быть определено как последовательность или цепь рефлексов. Поведение отличается от совокупности рефлексов наличием особой структуры, включающей в качестве обязательного элемента программирование, которое выполняет функцию опережающего отражения действительности . Постоянное сравнение результатов поведения с этими программирующими механизмами, обновление содержания самого программирования и обусловливают целенаправленность поведения . Таким образом, в рассмотренной структуре поведенческого акта отчетливо представлены главные характеристики поведения: его целенаправленность и активная роль субъекта в процессе построения поведения.

Изучая психофизиологическую структуру поведенческого акта, П.К. Анохин пришел к выводу о том, что рефлекс характеризует двигательный или секреторный ответ определенной структуры, а не организма в целом. В этой связи он выдвинул гипотезу о существовании функциональных систем, определяющих ответ всего организма на любые стимулы и лежащих в основе поведения.

По П.К. Анохину, функциональная система-это динамическая саморегулирующая организация, временно объединяющая различные органы, системы и процессы, которые взаимодействуют для получения полезного приспособительного результата в соответствии с потребностями организма. В основе функциональной системы лежит положение о том, что именно конечный (приспособительный) результат определяет комбинирование частных механизмов в функциональную систему. Каждая функциональная система возникает для достижения полезного приспособительного результата, необходимого для удовлетворения той или иной потребности организма. Таким образом, полезный приспособительный результат есть основной системообразующий фактор.

Выделяют три группы потребностей, в соответствии с которыми формируются три вида функциональных систем: внутренние -для сохранения гомеостатических показателей; внешние (поведенческие) -для адаптации организма к внешней среде; и социальные - для удовлетворения социальных потребностей человека.

С этих позиций организм человека есть совокупность различных функциональных систем, которые формируются в зависимости от возникающих потребностей организма. В каждый данный момент времени одна из них становится ведущей, доминирующей.

Функциональная система отличается способностью к постоянной перестройке, к избирательному вовлечению мозговых структур для осуществления меняющихся поведенческих реакций. При нарушении функции в какой-то части системы происходит срочное перераспределение активности во всей системе. В результате включаются дополнительные механизмы, направленные на достижение конечного приспособительного результата.

В структуре функциональной системы выделяют несколько функциональных блоков (рис. 13.3):

1) мотивация;
2) принятие решения;
3) акцептор результата действия;
4) афферентный синтез;
5) эфферентный ответ;
6) полезный результат системы;
7) обратная афферентация.

Афферентный синтез - это процесс анализа и интеграции различных афферентных сигналов. В это время решается вопрос о том, какой результат должен быть получен. Все афферентные сигналы можно разделить на четыре компонента:

1. Мотивационное возбуждение. Любой поведенческий акт направлен на удовлетворение потребностей (физиологических, познавательных, эстетических, и т.д.). Задача афферентного синтеза-отбор из огромного количества информации наиболее значимой, соответствующей доминирующей потребности. Эта потребность является мотивом для организации соответствующей поведенческой реакции. Возбуждение, формирующееся в центрах функциональной системы для реализации доминирующей потребности, называется мотивационным. Оно создается благодаря избирательной активации структур коры головного мозга со стороны таламуса и гипоталамуса и определяет «что организму нужно?».

Рис.13.3.

Например, изменение параметров внутренней среды при длительном неупотреблении пищи приводит к формированию комплекса возбуждений, связанных с пищевой доминирующей мотивацией.

2. Обстановочная афферентация - второй компонент афферентного синтеза. Она представляет собой поток нервных импульсов, вызванных множеством раздражителей внешней или внутренней среды, предшествующих или сопутствующих действию пускового раздражителя, т.е. она определяет, «в каких условиях находится организм». Например, обстановочная афферентация будет нести информацию о том, где находится испытывающий чувство голода человек, какую деятельность он выполняет в данный момент и т.д.
3. Аппарат памяти в структуре афферентного синтеза обеспечивает оценку поступающей информации путем сопоставления ее со следами памяти, имеющими отношение к данной доминирующей мотивации. Например, находился ли человек ранее в этом месте, были ли здесь источники пищи и т.д.
4. Пусковая афферентация-это комплекс возбуждений, связанных с действием сигнала, который является непосредственным стимулом для запуска той или иной реакции, т.е. в нашем примере это вид пищи.

Адекватная реакция может осуществляться лишь при действии всех элементов афферентного синтеза, что создает предпусковую интеграцию нервных процессов. Один и тот же пусковой сигнал в зависимости от обстановочной афферентации и аппарата памяти может вызвать разную реакцию. В нашем примере она будет различной при наличии и отсутствии у человека денег на приобретение пищи.

В основе нейрофизиологического механизма этой стадии лежит конвергенция возбуждений разной модальности к нейронам коры головного мозга, преимущественно лобных отделов. Большое значение в осуществлении афферентного синтеза играет ориентировочный рефлекс.

Принятие решения - это узловой механизм функциональной системы. На этом этапе формируется конкретная цель, к которой стремится организм. При этом возникает избирательное возбуждение комплекса нейронов, обеспечивающее возникновение единственной реакции, направленной на удовлетворение доминирующей потребности.

Организм имеет множество степеней свободы в выборе реакции. Именно при принятии решения происходит торможение всех степеней свободы, кроме одной. Например, когда человек хочет есть, он может купить еду, или поискать более дешевую, или пойти обедать домой. При принятии решения на основе афферентного синтеза будет избран единственный вариант, наиболее отвечающий всему комплексу информации о данной ситуации.

Принятие решения - это критический этап, который переводит один процесс (афферентный синтез) в другой -программу действий, после чего система приобретает исполнительный характер.

Акцептор результата действия - один из наиболее интересных элементов функциональной системы. Это комплекс возбуждений элементов коры и подкорки, обеспечивающий прогнозирование признаков будущего результата. Он формируется одновременно с реализацией программы действий, но до начала работы эффектора, т.е. опережающе. Когда действие осуществляется и афферентная информация о результатах этих действий переходит в ЦНС, эта информация в данном блоке сравнивается со сформированной ранее «моделью» результата. Если возникает несоответствие между моделью результата и результатом, полученным в действительности, в реакцию организма вносятся поправки до тех пор, пока запрограммированный и полученный в действительности результат не совпадут (причем коррекция может касаться и модели результата). В нашем примере, съев порцию пищи, человек может продолжать испытывать чувство голода и тогда он будет искать дополнительную пищу для удовлетворения пищевой потребности.

Эфферентный синтез - процесс формирования комплекса возбуждений в структурах ЦНС, обеспечивающий изменение состояния эффекторов. Это приводит к изменению деятельности различных вегетативных органов, включению желез внутренней секреции и поведенческих реакций, направленных на достижение полезного приспособительного результата. Эта комплексная реакция организма весьма пластична. Ее элементы и степень их вовлеченности могут варьировать в зависимости от доминирующей потребности, состояния организма, обстановки, предыдущего опыта и модели желаемого результата.

Полезный приспособительный результат-изменение состояния организма после совершения деятельности, направленной на удовлетворение доминирующей потребности. Как говорилось выше, именно полезный результат является системообразующим фактором функциональной системы. При совпадении полезного результата с акцептором результата действия данная функциональная система сменяется другой, формирующейся для удовлетворения новой доминирующей потребности.

П.К. Анохин подчеркивал важность обратной афферентации для достижения полезного приспособительного результата. Именно обратная афферентация позволяет сопоставить результат действия с поставленной задачей.

В нашем примере человек будет насыщаться, пока импульсация от внутренних органов о результате данного действия человека в акцепторе результата действия не совпадет с комплексом возбуждений, являющихся моделью «сытости».

Любая функциональная система работает по принципу опережения конечного результата (предвидения) и обладает рядом свойств, перечисленных ниже:

Динамичность: функциональная система - временное образование из различных органов и систем для удовлетворения ведущей потребности организма. Различные органы могут входить в состав нескольких функциональных систем.
Саморегуляция: поддержание гомеостаза обеспечивается без вмешательства извне за счет наличия обратной связи.
Целостность: системный целостный подход как ведущий принцип регуляции физиологических функций.
Иерархия функциональных систем: иерархия полезных для организма приспособительных результатов обеспечивает удовлетворение ведущих потребностей по уровню их значимости.
Многопараметричность результата: любой полезный приспособительный результат имеет много параметров: физические, химические, биологические, информационные.
Пластичность: все элементы функциональных систем, кроме рецепторов, обладают пластичностью и могут гибко взаимоза- менять и компенсировать друг друга для достижения конечного приспособительного результата.

Теория функциональных систем позволяет рассматривать разнообразные реакции организма-от простых, направленных на поддержание гомеостаза, - до сложных, связанных с сознательной социальной деятельностью человека. Она объясняет пластичность и направленность поведения человека в различных ситуациях.

Рассматривая образование функциональных систем в онтогенезе (теория системогенеза), П.К Анохин установил, что формирование всех ее элементов происходит с опережением возникновения ведущих потребностей организма. Это позволяет ему заблаговременно сформировать морфофункциональные и психофизиологические структуры для удовлетворения возникающих потребностей. Так, функциональная система свертывания крови формируется к первому году жизни, т.е. к периоду, когда ребенок начинает ходить и, следовательно, повышается угроза его травмирования. Функциональная система репродукции формируется к началу юношеского возраста, когда появляется физиологическая и психологическая готовность и возможность продолжения рода. Таким образом, знание периодов становления ведущих потребностей организма позволяет понять формирование соответствующих функциональных систем.

Министерство высшего профессионального образования РФ

Российский Государственный Гуманитарный Университет

Институт Психологии

Сорокин Александр Алексеевич

I курс, 1 группа.

Реферат

“Основные понятия в теории функциональных систем”.

Москва,

1999 год.

Что есть функциональная система ?

В данной работе я должен по возможности ясно и коротко описать основные понятия теории П.К. Анохина о функциональных системах, как принципах жизнедеятельности. Поэтому прежде чем разбирать составляющие системы, надо осветить что есть она сама и для чего она функционирует.

Основные физиологические закономерности таких систем были сформулированы лабораторией Анохина ещё в 1935 году, т.е. задолго до того, как были опубликованы первые работы по кибернетике, однако смысл публикаций соответствовал тем принципам, которые Анохин выделил позже. По своей архитектуре функциональные системы целиком соответствуют любой кибернетической модели с обратной связью, и потому изучение свойств различных функциональных систем организма, сопоставление роли в них частных и общих закономерностей, несомненно, послужит познанию любых систем с автоматической регуляцией.

“Под функциональной системой мы понимаем такое сочетание процессов и механизмов, которое формируясь динамически в зависимости от данной ситуации, непременно приводя к конечному приспособительному эффекту, полезному для организма как раз именно в этой ситуации ” . То есть в приведённой формулировке до нас хотят донести, что функциональная система может быть составлена из таких аппаратов и механизмов, которые могут быть весьма отдалёнными в анатомическом отношении. Получается, что состав функциональной системы (далее ФС) и направление её деятельности определяются не органом, ни анатомической близостью компонентов а динамикой объединения, диктуемой только качеством конечного приспособленного эффекта.

В некоторых случаях формирование саморегулирующихся систем получило название “биологического регулирования ” ( Wagner, 1958) , но только когда саморегуляция рассматривалась в отношении живых существ. Однако независимо от наименования, для того, чтобы приобрести приспособленный смысл для организма, эти различные формы объединения во всех случаях должны обладать всеми теми свойствами, которые мы формулируем для ФС. Получается, что ФС не относится только к коре головного мозга или даже к целому головному мозгу. Она есть по самой своей сути центрально - периферическое образование, в котором импульсы циркулируют как от центра к периферии, так и от периферии к центру (обратная афферентация ), что создаёт непрерывную информацию центральной нервной системы о достигнутых на периферии результатах.

Необходимо так же охарактеризовать основу или “жизненный узел” всякой ФС – чрезвычайно прочно увязанную функциональную пару – конечный эффект системы и аппарат оценки достаточности или недостаточности этого эффекта при помощи специальных рецепторных образований. Как правило, “ конечный приспособительный эффект ” служит основным задачам выживания организма и в той или иной степени жизненно необходим. Это положение абсолютно верно, когда речь идёт о жизненно важных функциях, как то: дыхание, осмотическое давление крови, уровень кровяного давления, концентрация сахара в крови и др. Здесь ФС представляет собой разветвлённую физиологическую организацию, составляющую конкретный физиологический аппарат , служащий поддержанию жизненно важных констант организма (гомеостазис) т.е. осуществление процесса саморегуляции. Когда речь идёт о ФС, то это относится не только к системам с константными конечными, которые располагают большею частью врождёнными механизмами.

Основное отличие в построении и организации данного вида системы, формирование её экстремально или на основе условного рефлекса. Однако, несмотря на столь разные качественные различия, все ФС имеют те же архитектурные особенности, а доказательство этого то, что “ФС действительно является универсальным принципом организации процессов и механизмов, заканчивающихся получением конечного приспособительного эффекта ”. Общепринято ФС рассматривается как единица интегративной деятельности человека.

С помощью экспериментов П.К. Анохин сформулировал основные постулаты в общей теории ФС.

Постулат первый

Ведущим системообразующим фактором ФС любого уровня организации является полезный для жизнедеятельности организма, приспособительный результат.

Постулат второй

Любая функциональная система организма строится на основе принципа саморегуляции: отклонение результата от уровня, обеспечивающего нормальную жизнедеятельность, посредством деятельности соответствующей функциональной системы само является причиной восстановления оптимального уровня этого результата.

Постулат третий

Функциональные системы являются центрально - периферическими образованиями, избирательно объединяющими различные органы и ткани для достижения полезных для организма приспособительных результатов.

Постулат четвёртый

Функциональные системы различного уровня характеризуются изоморфной организацией: они имеют однотипную архитектонику.

Постулат пятый

Отдельные элементы в функциональных системах взаимодействуют достижению их полезных для организма результатов.

Постулат шестой

Функциональные системы и их отдельные части избирательно созревают в процессе онтогенеза, отражая тем самым общие закономерности системогенеза.

Теперь мы знаем, что ФС – это организация активных элементов во взаимосвязи, которое направлено на достижение полезного приспособительного результата. Надо полагать, что настала пора разобрать понятия, которые включены в систему, потому что в этом и заключается основная тема.

Основные понятия в теории ФС.

По разным источникам можно по-разному выделить и основные понятия в ФС. Для начала приведём классическую схему самой системы, а затем разберём её отдельные понятия.

1) Пусковой стимул (иначе раздражение).

2) Обстановочные афферентации.

3) Память.

4) Доминирующая мотивация.

5) Афферентный синтез.

6) Принятие решения.

7) Акцептор результата действия.

8) Программа действия.

9) Эфферентные возбуждения.

10) Действие.

11) Результат действия.

12) Параметры результата

13) Обратная афферентация.

Если мною ничего не забыто, то именно в такой компоновке и работает система. Только во многих работах даже не встречается упоминание о таких частях системы как: установочная афферентация, пусковой стимул. Это заменено одной единственной фразой – афферентный синтез. Он составляет начальную стадию поведенческого акта любой степени сложности, а следовательно и начало работы ФС составляет он же. Важность же афферентного синтеза состоит в том, что он определяет всё последующее поведение организма. Основная задача этой стадии состоит в том, чтобы собрать необходимую информацию о различных параметрах внешней среды. Благодаря ему из множества внешних и внутренних раздражителей организм отбирает главные и создаёт цель поведения (надо полагать здесь параллельно действует механизм доминирующей мотивации) . Считаю, что доминирующая мотивация – это действия в данный момент, направленные на решение, удовлетворение какой-либо нужды, необходимости, желания, которые преобладают над всеми другими побуждениями. Поскольку на выбор такой информации оказывает влияние как цель поведения, так и предыдущий опыт жизнедеятельности, то афферентный синтез всегда индивидуален. Я уже упомянул, что стадия афферентного синтеза включает в себя не один компонент. Согласно данным установочной афферентации и при содействии доминирующей мотивации, базируясь на опыте заложенном в памяти, формируется решение о том что делать. Происходит это в блоке принятия решения. Если к этому блоку доходят сразу несколько пусковых стимулов, то должно сформироваться решение о доминирующем направлении действий (но иногда и о доминирующих, т.е. нескольких) и запуске его в программу выполнения, остальные же должны отсеится и распасться как более не функциональные. Происходит переход к формированию программы действий, которая обеспечивает последующую реализацию одного действия из множества потенциально возможных. Копия выбранного решения передаётся в блок акцептора результата действий, а основная информация поступает в блок эфферентного синтеза. Команда, представленная комплексом эфферентных возбуждений, направляется к периферическим исполнительным органам и воплощается в соответствующее действие. В этом блоке уже содержится некий набор стандартных программ, отработанных в ходе индивидуального и видового опыта для получения положительных результатов. Задача блока на данный момент определить и “подключить” наиболее адекватную программу. Важной чертой ФС являются её индивидуальные и меняющиеся требования к афферентации. Именно количество и качество афферентных импульсаций характеризует степень сложности, произвольности или автоматизированности функциональной системы.

Задачи намеченные к выполнению в блоке принятия решения и запущенные в осуществление и следует называть программой. Чего ради создаётся программа? Ответ уже был дан выше, для того же ради чего существует система – для достижения конечной цели. Это практическая часть системы в отличие от стратегического афферентного синтеза. Но программа по каким-либо внешним воздействиям может не выполнить поставленной цели. Что же из-за этого разрушать всю систему и формировать новую? Это бы было не функционально, обеспечивало бы плохую приспособляемость и требывало бы больше времени. Система не действует по такому пути, уже при исполнении программы в работу вступает акцептор полученного результата. В нём всегда хранится копия полученного ранее решения. Он является необходимой частью ФС – это центральный аппарат оценки результатов и параметров ещё не совершившегося действия. Допустим что должно быть осуществлено некое поведенческое действие, а уже до его осуществления смоделировано представление о нём или образ ожидаемого результата. В процессе реального действия от акцептора идут эфферентные сигналы к нервным моторным структурам, обеспечивающим достижение необходимой цели. Если допустить что из-за каких-то воздействий установочной афферентации поставлена под угрозу жизнь всей системы, то акцептор корректирует программу прямо по ходу её выполнения, причём адекватно с изменениями. А об успешности \ неуспешности поведенческого акта сигнализирует поступающая в мозг афферентная импульсация от всех рецепторов, которые регистрируют последовательные этапы выполнения конкретного действия (обратная афферентация). Оценка поведенческого акта как в целом, так и в деталях невозможна без такой точной информации о результатах каждого из действий. Чтобы гарантировать реализацию любого поведенческого акта необходимо наличие именно этого механизма. Более того, скорее всего организм погиб бы в первые же часы из-за неадекватности действий, если бы подобного механизма не существовало.

Множество исследований в области искусственного интеллекта сталкиваются с проблемой отсутствия на сегодняшний момент какой-либо мощной теории сознания и мозговой активности. Фактически мы обладаем достаточно скудными знаниями о том каким образом мозг обучается и достигает адаптивного результата. Однако, на данный момент происходит заметное увеличение взаимовлияния области искусственного интеллекта и нейробиологии. По результатам математического моделирования мозговой активности ставятся новые цели для экспериментов в области нейробиологии и психофизиологии, а экспериментальные данные биологов в свою очередь во многом влияют на вектор развития ИИ.

Исходя из вышесказанного становится ясно, что для будущего успешного развития бионического ИИ необходимо плотное сотрудничество математиков и нейробиологов, которое в итоге будет плодотворным для обеих областей. Для этого в частности необходимо изучение современных успехов теоретической нейробиологии.

На данный момент существуют три наиболее проработанных и отчасти экспериментально проверенных теории строения сознания в области теоретической нейробиологии: теория функциональных систем П.К. Анохина, теория селекции нейрональных групп (нейродарвинизм) Джеральда Эдельмана и теория глобальных информационных пространств Жана-Пьера Шанже (изначально сформулирована Бернардом Баарсом). Остальные теории либо являются модификациями названных, либо не подтверждены никакими экспериментальными данными. В данной статье речь пойдет о первой из этих теорий - Теории функциональных систем П.К. Анохина .

Парадигмы реактивности и активности

В первую очередь необходимо сказать о том, что при всем многообразии теорий и подходов, используемых в психологии, психофизиологии и нейронауках, их можно условно разделить на две группы. В первой группе в качестве основного методологического принципа, определяющего подход к исследованию закономерностей мозговой организации поведения и деятельности, рассматривается реактивность, во второй - активность (рис. 1).

Рис. 1. Две парадигмы нейрофизиологии - реактивность и активность

В соответствии с парадигмой реактивности за стимулом следует реакция – поведенческая у индивида, импульсная у нейрона. В последнем случае в качестве стимула рассматривается импульсация пресинаптического нейрона.

В соответствии с парадигмой активности действие завершается достижением результата и его оценкой. В схему включается модель будущего результата: для человека, например, контакт с объектом-целью .

Согласно реактивностному подходу, агент не должен проявлять активность в отсутствии стимулов. Напротив, при использовании парадигмы активности мы можем допустить случай, когда агенту не поступило никакого стимула из внешней среды, однако, согласно ожиданиям агента он должен был поступить. В этом случае агент будет действовать и обучаться для устранения рассогласования, чего не может бы быть в случае простейшего безусловного ответа агента на стимул из внешней среды.

Теория функциональных систем

В теории функциональных систем в качестве детерминанты поведения рассматривается не прошлое по отношению к поведению событие - стимул, а будущее – результат . Функциональная система есть динамически складывающаяся широкая распределенная система из разнородных физиологических образований, все части которой содействуют получению определенного полезного результата . Именно опережающее значение результата и модель будущего, создаваемая мозгом, позволяет говорить не о реакции на стимулы из внешней среды, а о полноценном целеполагании.

Рис. 2. Общая архитектура функциональной системы
(ОА – обстановочная афферентация, ПА – пусковая афферентация)

Архитектура функциональной системы приведена на рис. 2. На схеме представлена последовательность действий при реализации одной функциональной системы. Вначале происходит афферентный синтез, который аккумулирует сигналы из внешней среды, память и мотивацию субъекта. На основе афферентного синтеза принимается решение, на основе которого формируется программа действий и акцептор результата действия – прогноз результативности совершаемого действия. После чего непосредственно совершается действие и снимаются физические параметры результата. Одной из самых важных частей данной архитектуры является обратная афферентация – обратная связь, которая позволяет судить об успешности того или много действия. Это непосредственно позволяет субъекту обучаться, так как сравнивая физические параметры полученного результата и предсказанного результата, можно оценивать результативность целенаправленного поведения. Причем небходимо отметить, что на выбор того или иного действия влияет очень много факторов, совокупность которых обрабатывается в процессе афферентного синтеза.

Такие функциональные системы вырабатываются в процессе эволюции и обучения в течение жизни . Если обобщать, то вся цель эволюции – это выработка функциональных систем, которые будут давать наилучший приспособительный эффект. Функциональные системы, вырабатываемые эволюцией, развиваются еще до рождения, когда нету прямого соприкосновения со средой, и обеспечивают первичный репертуар. Именно этот факт указывает на эволюционную природу этих явлений. Такие процессы получили общее название – первичный системогенез .

Системно-эволюционная теория, разработанная Швырковым В.Б. на основе теории функциональных систем, отвергала даже понятие «пускового стимула» и рассматривала поведенческий акт не изолировано, а как компоненту поведенческого континуума: последовательности поведенческих актов, совершаемых индивидом на протяжении его жизни (рис. 3) . Следующий акт в континууме реализуется после достижения и оценки результата предыдущего акта. Такая оценка – необходимая часть процессов организации следующего акта, которые, таким образом, могут быть рассмотрены как трансформационные или процессы перехода от одного акта к другому .

Рис. 3. Поведенчески-временной континуум

Из всего вышесказанного следует, что индивид, и даже отдельный нейрон, должны обладать способностью вырабатывать образ результата действия и возможностью оценивать результативность своего поведения. При выполнении этих условий поведение можно с уверенностью называть целенаправленным.

Однако, процессы системогенеза происходят в мозге не только в развитии (первичный системогенез), но и в течение жизни субъекта. Системогенез – это образование новых систем в процессе обучения. В рамках системно-селекционной концепции научения - формирование новой системы - рассматривается как формирование нового элемента индивидуального опыта в процессе научения. В основе формирования новых функциональных систем при научении лежит селекция нейронов из «резерва» (предположительно низко активных или «молчащих» клеток). Эти нейроны могут быть обозначены как преспециализированные клетки .

Селекция нейронов зависит от их индивидуальных свойств, т.е. от особенностей их метаболических «потребностей». Отобранные клетки становятся специализированными относительно вновь формируемой системы – системно-специализированными. Эта специализация нейронов относительно вновь формируемых систем постоянна. Таким образом, новая система оказывается «добавкой» к ранее сформированным, «наслаиваясь» на них. Этот процесс называется вторичным системогенезом .

Следующие положения системно-эволюционной теории:
о наличии в мозге животных разных видов большого числа «молчащих» клеток;
об увеличении количества активных клеток при обучении;
о том, что вновь сформированные специализации нейронов остаются постоянными
что при научении происходит скорее вовлечение новых нейронов, чем переобучение старых,
согласуются с данными, полученными в работах ряда лабораторий .

Отдельно хотелось бы отметить, что согласно современным представлениям психофизиологии и системно-эволюционной теории количество и состав функциональных систем индивида определяется как процессами эволюционной адаптации, которые отражаются в геноме, так и индивидуальным прижизненным обучением.

Теория функциональных систем успешно исследуется путем имитационного моделирования и на ее основе строятся различные модели управления адаптивным поведением .

Вместо заключения

Теория функциональных систем в свое время первой ввела понятие целенаправленности поведения за счет сравнения предсказания результата с фактическими его параметрами, а также обучение как способ устранения рассогласования организма со средой. Многие положения данной теории уже сейчас нуждаются в существенном пересмотре и адаптации с учетом новых экспериментальных данных. Однако на сегодняшний момент данная теория входит в число наиболее проработанных и биологически адекватных.

Хотелось бы еще раз отметить, что с моей точки зрения дальнейшее развития области ИИ невозможно без тесного сотрудничества с нейробиологами, без построения новых моделей на основе мощных теорий.

Список литературы

. Александров Ю.И. «Введение в системную психофизиологию». // Психология XXI века. М.: Пер Се, стр. 39-85 (2003).
. Александров Ю.И., Анохин К.В. и др. Нейрон. Обработка сигналов. Пластичность. Моделирование: Фундаментальное руководство. Тюмень: Издательство Тюменского Государственного Университета (2008).
. Анохин П.К. Очерки по физиологии функциональных систем. М.: Медицина (1975).
. Анохин П.К. «Идеи и факты в разработке теории функциональных систем». // Психологический журнал. Т.5, стр. 107-118 (1984).
. Анохин П.К. «Системогенез как общая закономерность эволюционного процесса». // Бюллетень экпериментальной биологии и медицины. № 8, т. 26 (1948).
. Швырков В.Б. Введение в объективную психологию. Нейрональные основы психики. М.: Институт психологии РАН (1995).
. Александров Ю.И. Психофизиология: Учебник для вузов. 2-е изд. Спб.: Питер (2003).
. Александров Ю.И. «Научение и память: системная перспектива». // Вторые симоновские чтения. М.: Изд. РАН, стр. 3-51 (2004).
. Теория системогенеза. Под. ред. К.В.Судакова. М.: Горизонт (1997).
. Jog M.S., Kubota K, Connolly C.I., Hillegaart V., Graybiel A.M. «Bulding neural representations of habits». // Science. Vol. 286, pp. 1745-1749 (1999).
. Red"ko V.G., Anokhin K.V., Burtsev M.S., Manolov A.I., Mosalov O.P., Nepomnyashchikh V.A., Prokhorov D.V. «Project «Animat Brain»: Designing the Animat Control System on the Basis of the Functional Systems Theory» // Anticipatory Behavior in Adaptive Learning Systems. LNAI 4520, pp. 94-107 (2007).
. Red"ko V.G., Prokhorov D.V., Burtsev M.S. «Theory of Functional Systems, Adaptive Critics and Neural Networks» // Proceedings of IJCNN 2004. Pp. 1787-1792 (2004).