Роль нервной системы в приспособительных реакциях
Как показал великий русский физиолог И. П. Павлов, первая и главная роль в уравновешивании организма с окружающей средой, т. е. приспособление к ней, принадлежит нервной системе. Все влияния внешней среды воспринимаются организмом с помощью органов чувств (экстерорецепторов), а внутренней среды — рецепторами внутренних органов (интерорецепторами). Сигналы от экстеро- и иитерорецепторов, являющихся как бы выдвинутыми вперед разведчиками, по чувствительным (афферентным) нервам передаются центральной нервной системе. Там они перерабатываются, в результате чего по эфферентным (двигательным, секреторным) нервам следует ответ на периферию, к рабочим органам: мышцам, аппарату пищеварения, легким, сердцу, сосудам и др.
Сигналы и от периферии к центру, и от центра к периферии передаются двумя способами. Первый — нервный импульс, имеющий в основном электрическую природу и потому передаваемый чрезвычайно быстро (до 100 м/с); так, реагировать на раздражение движением мы можем мгновенно. Задача импульсного проведения — быстро доставить сигнал нервной системе и столь же быстро отреагировать на него. Второй способ — не импульсные трофические влияния. Замедленная киносъемка нервных волокон под микроскопом позволила установить, что в них все время происходит движение полужидкой аксоплазмы, окружающей нейрофибриллы, по которым передаются нервные импульсы. В чувствительных, афферентных волокнах аксоплазма движется от периферии к центру, а в эфферентных — наоборот. Движение это на много порядков медленнее проведения импульсов: от 2 мм до 40 см/сут. Характер веществ, приносимых током аксо- плазмы и через поры нервных окончаний поступающих в нервные клетки и в клетки периферических органов, изучен еще далеко не достаточно, но уже известно, что многие из них являются белками или полипептидами. Эти вещества биологически активны, и с их помощью осуществляются влияния нервной системы на процессы обмена веществ, «настройка» органов на выполнение функции, активация и ингибирование ферментов. Вместе с тем наличие тока аксоплазмы от периферии к центру свидетельствует об аналогичных влияниях периферии на нервные клетки, способствующих формированию ответа на изменения условий среды. Естественно, что при экстренном, кратковременном приспособлении организма к этим условиям ведущее значение принадлежит быстрым, импульсным сигналам, а при,- приспособлении длительном все большую роль начинают играть не импульсные трофические влияния.
Нервная система, регулируя функции, действует по принципу рефлекса: сигнал с периферии, переработка и отражение его нервной системой на периферию с соответствующим «приказом». В своем труде «Рефлексы головного мозга», вышедшем в 1863 г., отец отечественной физиологии И. М. Сеченов подчеркивал, что все акты сознательной и бессознательной жизни являются рефлексами. Рефлексы делят на безусловные и условные, открытые И. П. Павловым. Безусловные рефлексы свойственны всем организмам, имеющим нервную систему, хотя бы самую примитивную. Они являются врожденной реакцией, сохраняющейся в течение всей жизни. Сигнал от рецептора доходит до связанной с ним чувствительной нервной клетки и возбуждает ее. Возбуждение передается другим нервным клеткам в различных отделах нервной системы до коры головного мозга включительно. Но они могут осуществляться и на уровне спинного мозга, без участия высших отделов нервной системы. Следовательно, безусловные рефлексы могут быть осознанными или неосознанными.
Условные рефлексы — временные связи нервной системы со средой. Они образуются при сочетании действия безусловного раздражителя с условиями, его сопровождающими. Например, выделение пищеварительных соков у собаки только на звонок или зажигание лампочки, если эти условные раздражители на протяжении какого-то времени сопровождали получение собакой пищи. Если условный рефлекс не подкреплять, перестать сочетать безусловную реакцию с условным раздражителем, то он затухает. Это дает организму большие возможности для образования все новых и новых условных рефлексов в связи с возникновением новых раздражителей, исходящих из внешней или внутренней среды.
Условные рефлексы образуются с участием высших отделов центральной нервной системы. Они могут быть чрезвычайно сложными, так как условным раздражителем является не только какой-нибудь один фактор среды, а целый комплекс их. У человека, обладающего второй сигнальной системой (что принципиально отличает его от животных), условным раздражителем могут служить и слово, и мысль, на которые образуются условные рефлексы так нее, как на действие тех или иных конкретных факторов среды.
Условные рефлексы могут превращаться в натуральные условные рефлексы, более прочные, чем выработанные (например, в лабораторных условиях). Они образуются в течение жизни организма в обстановке его естественного существования при действии на организм раздражителей, постоянно сопутствующих агентам, вызывающим тот или иной безусловный рефлекс, и определяют отношение организма с внешней средой. На первый взгляд натуральные условные рефлексы похожи на безусловные. Известно, что вид и запах мяса вызывают у собаки выделение слюны. Казалось бы, это просто безусловный рефлекс. Но это не так. Советский физиолог И. С. Цитович показал, что щенки, питавшиеся до 7 месяцев молоком, на запах мяса не выделяют слюну. Значит, то, что наблюдается у взрослых собак, не безусловный, а натуральный условный рефлекс.
Натуральные условные рефлексы касаются самых различных функций, причем их эффекты не обязательно направлены на какую-нибудь одну функциональную систему, но чаще бывают комплексными, распространяясь на ряд функционально связанных друг с другом систем. Таким образом, простые и натуральные условные рефлексы определяют поведение животного и настраивают функции его организма на лучшее, наиболее эффективное приспособление к изменившимся условиям среды.
Еще более похожи на безусловные рефлексы различные инстинкты — сложные врожденные акты поведения живых организмов в ответ на изменения во внешней или внутренней среде. И. П. Павлов квалифицировал инстинкты как безусловные рефлексы, развившиеся из условных в процессе исторического развития. Инстинкты в значительной мере определяют поведение животных, сочетаясь с приобретенными в течение жизни условными рефлексами. При этом у насекомых, рыб и птиц большее значение имеет инстинкт; у млекопитающих преобладает условнорефлекторный элемент; у человека инстинкты подчинены большому количеству условных рефлексов, осуществляемых посредством первой и второй сигнальных систем, и проявляются они в чистом виде лишь при очень резких и сильных внешних воздействиях. Для примера можно привести такой случай. Автор этих строк во время войны однажды попал под бомбежку и обстрел кружащих над редким лесом немецких пикирующих самолетов. Чтобы как-то укрыться, он прилег возле старой осины. Когда же самолеты ушли, он обнаружил, что за время бомбежки совершенно бессознательно руками подрылся под корни осины. Голова и верхняя треть спины были в открытой пещерке, а остальная часть тела торчала наружу. Конечно, эти действия нельзя признать безусловно целесообразными, но тут сработал инстинкт самосохранения в чистом виде.
Инстинкты могут проявляться не только в сравнительно простых актах поведения, но и в сложных, весьма точных действиях. Например, осы сфексы обеспечивают питание своего потомства, запасая личинки других насекомых. Но они не убивают их (чтобы запасы слишком быстро не испортились), а лишь парализуют с помощью ювелирно-точного укола в один из нервных узлов, который «заведует» движением.
В отличие от условного рефлекса, нацеленного на определенную функцию, инстинктивные реакции — общие реакции организма, захватывающие различные функциональные системы: -дыхание, кровообращение, движение, железы внутренней секреции и др. Естественно, что инстинкты существенно помогают организму адаптироваться к условиям среды. Но приспособительное значение их относительно. В слишком необычных условиях целесообразность инстинкта в ряде случаев теряется, хотя при других обстоятельствах они и полезны организму. Так, осы и пчелы заделывают ячейку, куда отложено яйцо, даже если заготовленный мед для питания личинки извлечен оттуда.
Инстинкты управляются из подкорковых образований головного мозга — полосатого тела и таламуса, но, чем выше организация животного, тем большее значение приобретает контроль над его проявлением инстинктов со стороны коры головного мозга, а у человека — со стороны второй сигнальной системы. Молекулярная основа инстинктов еще не изучена, к ней наука еще только-только приближается.
В начале 70-х гг. была открыта большая группа образующихся и содержащихся в нервной системе биологически активных веществ — НОП. Эти вещества близки к белкам, но у них намного короче пептидные цепи (от 3 до 90 аминокислотных остатков). Образуются они из общих белковых предшественников в результате расщепления их на разных уровнях, а не путем индивидуального синтеза, как белки. В нервной системе они оказывают действие, соединяясь со специальными внутриклеточными белковыми рецепторами, и по отросткам нервных клеток током аксоплазмы могут передаваться другим нервным клеткам или попадать в периферические нервные окончания. НОП вырабатываются в гипоталамусе и гипофизе.
Функции НОП многообразны: одни необходимы для памяти, и обучения; другие действуют обезболивающе (подобно морфину и препаратам опия, они снижают чувствительность соответствующих нервных клеток и боли); третьи регулируют состояние сна и бодрствования. Но нас интересует значение НОП для образования условных рефлексов и для формирования поведенческих реакций.
Самое замечательное, что с помощью экстракта мозга (и чистых НОП) можно «переносить» от одного животного к другому приобретенные навыки, а чистыми НОП вызывать те или иные поведенческие реакции, когда окружающая среда не дает к тому поводов. Это касается не только приобретенных в течение Жизни навыков, но и врожденных, генетически зафиксированных форм поведения животных. В качестве иллюстрации приведем такой опыт. Крыс в клетке с двумя коридорами приучали получать воду только из правой или левой кормушки, т. е. вырабатывали у них условный рефлекс. Если крысам, не привыкшим к этому, вводили экстракт мозга крыс, приученных пить воду справа, то и крыса-реципиент направлялась пить по правому коридору. Если же крыса- донор всегда пила слева, то и крыса-реципиент бежала к левой кормушке.
А вот другой опыт. У крыс вырабатывали условный рефлекс нажатия на правый или левый рычаг специального ящичка для получения пищи. Выработка этого рефлекса требовала очень многих сочетаний условного и безусловного раздражителей. Если экстракт мозга крыс с выработанным рефлексом вводили в мозг другим крысам, то у них тот же рефлекс (нажатие на правый или левый рычаг в зависимости от того, на который из них была приучена нажимать крыса-донор) образовывался всего с нескольких сочетаний.
Еще пример. У рыб вырабатывали условный рефлекс избегания темноты. Когда экстракт мозга их вводили другим рыбам, то и те сразу же начинали уплывать в освещенное пространство. Теперь известно, что избегание темноты вызывает НОП скотофобии.
А вот примеры влияния НОП на врожденные инстинктивные поведенческие реакции. Из мозга голодавших макак резусов готовили экстракт и вводили его в мозг сытым обезьянам. В результате сытые макаки проявляли пищевой инстинкт, отыскивали и раздобывали пищу. Экстракт же мозга сытых обезьян при введении его голодным тормозил пищевой инстинкт, устраняя чувство голода.
Известно, что перед перелетами у птиц наблюдаются активные пищевые реакции и другие генетически обусловленные формы предмиграционного поведения. Оказалось, что все это, как и сами перелеты, находится под контролем определенных НОН, вырабатываемых по мере укорочения светового дня. Если перелетных птиц содержать при искусственном освещении, исключающем влияние укорочения светового дня, то предмигра- ционное поведение не проявляется в срок, а сильно запаздывает. Введение же в их мозг экстракта мозга птиц, живущих на воле и уже проявляющих предмиграционное поведением вызывает и у них весь предмигра- ционный поведенческий комплекс.
Все эти примеры показывают, что приобретенные и врожденные поведенческие реакции организуются
содержащимися в нервной системе специальными химическими веществами, выполняющими информационную функцию. Поэтому роль НОП в приспособлении организма к условиям среды чрезвычайно велика. Конечно, полученные данные — только начало, но многообещающее и раскрывающее для науки широкие перспективы.
