Психофизиология движений

С появлением работы И.М. Сеченова «Рефлексы головного мозга» и обобснованием термина «психомоторика», а затем с открытием условных рефлексов И.П. Павловым в психологии надолго укрепилось представление о рефлекторной природе движений. При этом чаще всего движения рассматривались как ответная реакция на получаемую информацию (сенсомоторная реакция»). Это направление в науке получило название сенсомоторной терии. В ее основу было положено представление о рефлекторной дуге.

Рисунок 1

Рефлекторная дуга

Моторный центр Сенсорный центр

Эффектор Аффектор

Мышца Рецептор

Схема рефлекторной дуги упрощенно выглядит следующим образом: информация, поступающая из рецептора в сенсорные центры НС по афферентным нервным путям, передается в ее моторные центры, которые, благодаря передающимся в мышцы эфферентным сигналам, «запускают» движение.

Однако по мере развития психологии представления о системе организации движений изменялись. Главный недостаток рефлекторного понимания любого движения с современных научных позиций заключается в том, что в подобной трактовке отсутствует самый главный компонент психики человека – его сознание. В 1940-1950-хх гг. произошла смена парадигмы в изучении проблем психомоторики: принцип реактивности, основанный на идее определенности движения внешним стимулом, сменился принципом активности.

Принцип активности заключается в том, что движение задано не только и не столько внешней средой, но и «внутренней программой», обусловленной потребностно-мотивационной сферой человека. Подтверждением этому принципу служат самые разнообразные факты. Одним из них выступает способность человека к активному выбору стимулов из окружающей среды (как правило, человек редко начинает читать учебник только потому, что он попался на глаза). Другая иллюстрация принципа активности – в несимметричности сигналов внешней среды и «внутренней программы». Так, например, во время чтения взгляд опережает слова (следовательно, активные сигналы опережают реактивные, причем обеспечивают существенные параметры движения).

Существующее в настоящее время в психологии представление о физиологии движений было сформулировано и экспериментально обосновано русским ученым Н.А. Бернштейном. В 1947 году вышла его книга «О построении движений». В этой книге оспаривался принцип рефлекторной дуги как механизма движений и предлагался принцип рефлекторного кольца. Главный аргумент против теории рефлекторной дуги был таков: результат любого сложного движения зависит не только от собственных управляющих сигналов, но и от целого ряда дополнительных факторов, которые вносят отклонения в запланированный ход выполнения движений. В результате конечная цель может быть достигнута только в том случае, если в ход выполнения движения будут постоянно вноситься поправки. А для этого ЦНС должна иметь информацию о выполнении движения. Таким образом, Н.А. Бернштейн предложил совершенно новый принцип управления движениями, который был назван принципом сенсорных коррекций.

Бернштейн описал факторы, влияющие на ход выполнения движений и определяющие необходимость сенсорных коррекций. К их числу относятся реактивные, инерционные и внешние силы, а также исходное состояние мышц. Реактивные силы в большей или меньшей степени возникают при выполнении любого движения. Особенно ярко они заметны при выполнении человеком сильных амплитудных движений (например, если сильно взмахнуть рукой, то в других частях тела разовьются реактивные силы, которые изменяют их положение). В совершаемом движении участвуют инерционные силы (при взмахе рукой с какого-то момента она движется не только за счет моторных импульсов, но и по инерции). Любое движение встречает сопротивление со стороны среды, в которой оно разворачивается, и это сопротивление оказывает влияние на ход его выполнения, что в немалой степени зависит от предсказуемости этого сопротивления (именно непредсказуемостью «поведения» предмета объясняются падения при слишком сильных попытках открыть заклинившую дверь, поднять легкий предмет и т.д.). И, наконец, определенное влияние на выполнение движения оказывает исходное состояние мышц. Один и тот же моторный импульс, достигнув мышцы, может дать различный результат в зависимости от функционального состояния организма человека.

Эти факторы и сообщают НС информацию о ходе выполнения движений. Подобная информация получила название сигналов обратной связи. Схема осуществления движений, учитывающая необходимость сенсорных коррекций, была названа Н.А. Бернштейном схемой рефлекторного кольца.

Рисунок 2

Рефлекторное кольцо

Моторный центр Сенсорный центр

Эффектор Аффектор

Мышца

Согласно теории рефлекторного кольца, из моторного центра НС в мышцу поступают эффекторные сигналы. Из рабочей точки мышцы, в свою очередь, в сенсорные центры по аффекторам идут сигналы обратной связи, которые после обработки перешифровываются в моторные сигналы коррекции. Обновленные моторные сигналы вновь поступают в мышцу, благодаря чему получается кольцевой процесс управления движениями. В этом случае рефлекторная дуга может рассматриваться как частный случай рефлекторного кольца, когда не понадобилось сенсорных коррекций.

В зависимости от характера информации, которую несут сигналы обратной связи (сообщают ли они о степени напряжения мышц, о положении частей тела относительно друг друга, о результате предметного действия и т.д.), афферентные сигналы обрабатываются сенсорными и моторными центрами НС на ее разных уровнях. Каждому такому уровню, имеющему специфические моторные проявления, соответствует свой класс движений.

В теории уровневого построения движений вслед за Н.А. Бернштейном, сравнивающим устройство мозга с небоскребом, выделяют уровень спинного и продолговатого мозга (А), уровень подкорковых центров (В, С) и уровень коры (Д, Е).

Уровень А – филогенетически самый древний. У человека он не имеет самостоятельного значения, но отвечает за важнейший аспект любого движения – тонус мышц. На этот уровень поступают сигналы от мышечных рецепторов, которые сообщают о степени напряжения мышц, а также информация от органов равновесия. Самостоятельно этот уровень регулирует весьма немногочисленные движения. В основном они связаны с вибрацией и тремором (на этом уровне, в частности, «замыкается» стук зубов от холода).

Уровень В имеет второе название – уровень синергий (от биологического термина «синергизм» - сотрудничество между различными органами). На этом уровне перерабатываются сигналы в основном от мышечно-суставных рецепторов, которые сообщают о взаимном положении и движении частей тела. К собственным движениям этого уровня относятся потягивания, мимика и т.д.

Уровень С, или уровень локомоций (передвижений в пространстве) – это уровень пространственного поля. На данный уровень поступают сигналы от зрения, слуха, осязания и т.д., то есть вся информация о внешнем пространстве. Поэтому здесь строятся движения, приспособленные к пространственным свойствам объектов – к их форме, положению, длине, весу и т.д. К движениям данного уровня относятся все переместительные движения (ходьба, бег, плавание и т.п.).

Уровень Д представляет собой уровень предметных действий. Подобные сигналы обрабатываются различными отделами коры головного мозга, отвечающими за организацию действий с предметами. К этому уровню относятся все орудийные действия и манипуляции с предметами. Это, по сути, уровень профессиональных навыков (игра на пианино, резьба по дереву и т.д.). Движения на этом уровне представлены как действия. В них зафиксирован двигательный состав или набор движений, а задан лишь конкретный результат.

Уровень Е – наивысший уровень – уровень интеллектуально-двигательных актов. К этому уровню относятся, например, речевые движения (речь), движения письма (письмо). Движения этого уровня определяются не предметным, а отвлеченным, вербальным смыслом.

В организации движения, как правило, участвуют несколько уровней – тот, на котором строится движение, и все нижележащие уровни. Например, при письме задействованы все 5 уровней. Уровень А отвечает за тонус мышц. Уровень В определяет плавность движений и их скорость. От уровня С зависит воспроизведение геометрической формы букв, ровное положение букв на странице. Уровень Д обеспечивает правильное владение ручкой. И, наконец, уровень Е определяет смысловую сторону письма. Судя по всему, в сознании человека представлены только те компоненты движения, которые строятся на ведущем уровне, а работа нижележащих уровней, как правило, не осознается.

Кроме того, формально одно и то же движение может строиться на разных ведущих уровнях: уровень построения движения определяется задачей движения. Н.А. Бернштейн в качестве примера рассматривает обычное круговое движение руки. Примером его построения на уровне А является фортепианное вибрато, во время которого кисть руки и суставы пальцев описывают маленькие круговые траектории. Круговое движение, «замкнутое» на уровне В, можно увидеть в качестве элемента, включенного гимнастом в вольные упражнения. На уровне С будет строиться круговое движение при обведении контура заданного круга. На уровне предметного действия Д круговое движение может возникнуть при завязывании узла. Наконец, на уровне Е такое же движение организуется, например, при изображении лектором окружности на доске. Таким образом, уровень, на котором строиться движение, определяется смыслом, задачей движения.

В зависимости от уровня НС, на котором «замыкаются» движения, а также от степени их сознательного контроля, движения могут быть произвольными или непроизвольными.

Произвольные движения представляют собой внешние или внутренние двигательные акты, сознательно регулируемые человеком на основе имеющейся у него потребности в достижении цели. Они предполагают сознательную ориентировку по отношению к цели в речевом плане и плане воображения.

Непроизвольные движения – это импульсивные или рефлекторные двигательные акты, осуществляемые без контроля сознания. Они могут быть адаптивными (как в частности отдергивание руки от горячей поверхности) или носить неадаптивный характер (например, хаотические движения в ситуации помрачения сознания).

В числе непроизвольных движений можно выделить собственно непроизвольные движения. Они складываются без контроля сознания, чаще всего безусловно-рефлекторно, как, например, моргание, глотание и др., и могут стать произвольными только при формировании двигательных ориентиров.

Экспериментально показано, что движения, изначально сформировавшиеся как непроизвольные, могут становиться произвольными за счет вынесения двигательных ориентиров во внешний план. Например, наблюдая тонус собственных кровеносных сосудов на шкале прибора, человек может оказывать влияние на показатели артериального давления. Это явление получило название биологической обратной связи.

Другая разновидность непроизвольных движений – так называемые постпроизвольные движения. В отличие от непроизвольных, эти движения образуются как произвольные, однако затем их ориентировочная основа сворачивается, и движение осуществляется без контроля сознания. По сути, это сложившиеся и автоматизированные двигательные навыки.

Двигательный навык – это двигательное действие, сформированное путем повторения, характеризующееся высокой степенью освоения и отсутствием поэлементарной сознательной регуляции и контроля. Он включает в себя перцептивные интеллектуальные навыки и регулируется ими на основе автоматизированного отражения предмета, условий и порядка осуществления двигательных актов. Процесс его формирования включает в себя несколько этапов.

На первом этапе происходит первоначальное знакомство с движением и овладением им. Человек выявляет двигательный состав движения – его элементы и их последовательность (как правило, на основе рассказа и/или демонстрации). Как только человек начинает самостоятельно осуществлять движение, на него обрушивается поток новых, непривычных сенсорных сигналов о нем от разных частей тела. Для того чтобы разобраться в них, человеку необходимо совершить большое количество повторений движения для прояснения его внутренней картины (то есть для «перешифровки» афферентных сигналов в эфферентные команды). Необходимость большого количества повторений обусловлена тем, что «перешифровки» должны быть найдены в ответ на любое отклонение от эталонного хода выполнения движения.

На втором этапе движение автоматизируется. Большинство его компонентов передается в ведение фоновых уровней регуляции. Учитывая навыки, сформированные ранее, организм может найти в фоновых уровнях аналогичные двигательные блоки и использовать их. Внешне несходные двигательные элементы могут содержать одинаковые внутренние элементы (как, например, езда на велосипеде и бег на коньках). От объема «фонов» зависят наши двигательные возможности, и даже способности.

Третий этап предполагает шлифовку навыка за счет стабилизации и стандартизации движения. Стабилизация – это достижение такого уровня исполнения движения, при котором оно приобретает высокую прочность и помехоустойчивость, то есть не разрушается ни при каких обстоятельствах. Стандартизация заключается в приобретении навыком стереотипности.

В основе разнообразных бытовых, профессиональных и спортивных навыков лежит двигательная память, которая позволяет запечатлевать пространственно-временные и силовые параметры тех или иных движений. Она представляет собой полимодальное запоминание движений с участием зрительной, слуховой, тактильной, вестибулярной и других видов образной памяти.

Неравномерность быстроты формирования двигательных навыков у разных людей на разных этапах обучения связана с тем, какой вид памяти у данного человека развит хуже, а какой лучше. Люди с хорошей зрительной памятью будут иметь преимущество на первой стадии формирования навыка, когда формируется зрительное представление о разучиваемом двигательном действии. Когда же формирование навыка будет зависеть уже от быстроты и точности формирования двигательного образа, преимущество могут получить те люди, у кого лучше двигательная память.