Иван Павлов: открытие метода условных рефлексов

Иван Павлов: открытие метода условных рефлексов

Изучая физиологию пищеварения, Павлов обнаружил, что у собак начинает выделяться желудочный сок не только в тот момент, когда животные получали пищу, но и когда они только слышали шаги лаборантов или видели белый халат. То есть связь организма с внешней средой оказалась сложнее, чем просто отклик на раздражители. Это подтолкнуло его к изучению высшей нервной деятельности, условных и безусловных рефлексов. Все помнят картинку из школьного учебника анатомии, когда светящаяся лампочка вызывает у собаки отделение слюны. Но дело немного сложнее, чем просто лампочка.

Если собаке показать еду, то у неё начинают вырабатываться слюна и желудочный сок. Это безусловный рефлекс, так называемый врождённый. Для его формирования не нужно специальных условий. В эксперименте Павлов одновременно показывал собаке еду и включал лампочку или звонок. В итоге через некоторое время у животного начинал выделяться желудочный сок, даже если никакой еды не было, а просто загоралась лампочка или она слышала звуковой сигнал.

Павлов на кафедре физиологии Военно-медицинской академии, 1912 г. (Wikimedia Commons)

Это так называемый условный, приобретённый рефлекс, который не передаётся по наследству, зависит от индивидуального опыта и задействует высшие отделы центральной нервной системы. Что это значит для каждого человека? Павлов обнаружил механизм приспособления организма к изменяющемуся миру. Ведь то, что мы в обиходе называем привычками, умениями, мастерством, и есть набор условных рефлексов. Чем чаще они находят подкрепление, тем прочнее эта привычка или навык.

Работы Павлова, посвящённые условным рефлексам, многое открыли в человеке для него самого. Ведь учёные сформулировали основные принципы рефлекторной деятельности: детерминизм (все явления в организме обусловлены материальными причинами), структурность (все нервные процессы можно объяснить работой неких структурных образований, нематериальных причин нет), а также анализ и синтез как основа высшей нервной деятельности. Получалось, что даже самые тонкие движения души — это результат работы вполне конкретных структур мозга. Терял ли человек в собственных глазах? Наверное, отчасти. Становился ли он полностью предсказуемым? Нет. Процессы, идущие в коре головного мозга, настолько сложны, что предсказать их течение со стопроцентной вероятностью невозможно.

Тем более что Павлов опроверг существовавший до него тезис о том, что свойства различных групп клеток центральной нервной системы неизменны. Иван Петрович показал, что и они меняются в течение жизни, адаптируются, приспосабливаются. А вместе с ними меняется и человек.

Связанные вопросы и ответы:

Каковы основные принципы метода условных рефлексов, разработанного Павловым

И. П. Павлов и сотр. показали, что условный рефлекс можно выработать только --тогда, когда начало действия индифферентного, т.е. не относящегося к данному виду деятельности, сигнала предшествует началу безусловного раздражения. Необходимо также, чтобы раздражитель, который мы хотим сделать условным, сам не вызывал значи­тельной безусловной реакции, т.е. физическая сила (биологическая значимость) услов­ного раздражителя не должна превышать силу (значимость) безусловного.

Обязательными условиями выработки условных рефлексов являются нормальное деятельное состояние полушарий большого мозга, отсутствие патологических процессов в организме и каких-либо посторонних раздражений.

Методика изучения условных рефлексов

Для изучения условных рефлексов И.П. Павлов разработал оригинальную методику исследования. Используемый объект (животное или человек) изолируют от эксперимен­татора и ненужных по ходу опыта посторонних воздействий, помещая его в специальную камеру.

Находясь вне камеры, экспериментатор на расстоянии включает раздражители и регистрирует изменения поведения испытуемого (рис. 234).

Для изучения механизма образования условных рефлексов существенное значение имеет не только точная регистрация самой ответной реакции (слюноотделения, движения и т.п.), но также исследование электрической активности, возникающей в различных мозговых структурах во время действия условного и безусловного раздражителей. Для регистрации электрической активности применяют электроды, хронически вживляемые в различные области или слои коры большого мозга, а также в специфические и неспе­цифические ядра таламуса, ретикулярную формацию, гиппокамп и другие отделы голов­ного мозга. В опытах с условными рефлексами широко используются микроэлектродные методы, позволяющие регистрировать электрическую активность отдельных нейронов, участвующих в осуществлении условнорефлекторной реакции. Для автоматического анализа электроэнцефалограмм, регистрируемых с различных областей коры, в опытах на животных непосредственно во время условнорефлекторных реакций используют элект­ронно-вычислительные машины.

Какое значение имели эксперименты Павлова с условными рефлексами для психологии и физиологии

Исследования академика Павлова, направленные на изучение рефлекторных реакций и психологических механизмов, стали настоящим прорывом в понимании работы нервной и пищеварительной систем животных и человека.

Проведенный эксперимент с использованием собак и фистулы, созданной Павловым, позволил выявить условные и безусловные рефлексы, а также связь между нервной системой и пищеварительной системой. Использование различных раздражителей, таких как звуковые или световые сигналы, помогло изучить параметры рефлекторных реакций.

Было установлено, что пищеварительная система управляется нервной системой, находящейся за пределами органов пищеварения, и что рефлекторная реакция может быть условной или безусловной. Результаты исследования помогли выявить зависимость состава желудочного сока и его выделения от характеристик еды, таких как соотношение белков, жиров и углеводов, а также наличие раздражающих слизистую желудка ингредиентов.

Исследования А. Павлова имели не только теоретическое значение, но и прикладной — они нашли применение в самых разных сферах, включая медицину, экономику и шоу-бизнес. Результаты эксперимента привели к более полному пониманию работы пищеварительной системы животных и человека, что может быть полезным в контексте саморазвития и поддержания здоровья.

Исследования академика Павлова напоминают нам о важности проведения научных экспериментов и открытий для развития науки и понимания мира.

Какие результаты и выводы сделал Павлов на основе своих исследований

Загрина Наталья Александровна – директор Мемориального музея-усадьбы академика И.П. Павлова (Рязань), Заслуженный работник культуры РФ, член Международной Академии Наук. За научную работу «Павлов и религия» награждена Международной Академией Наук Павловским Серебряным знаком и удостоена Гранта за победу в конкурсе «Россия. ХХ век. Электронные публикации». E-mail: museumpavlov@mail.ru

Аннотация. Научное наследие выдающегося физиолога, первого русского нобелевского лауреата, академика И.П. Павлова очень многогранно. Павлов — основатель уникальной научной школы, его по праву считают «отцом» русской физиологии. В статье автором предпринята попытка показать ценность открытий И.П. Павлова для современной психологии.

Ссылка для цитирования размещена в конце публикации.

В научной деятельности И.П. Павлова, длившейся более 60 лет, четко выделяются три периода, три направления. Фундаментальные исследования ученого были посвящены физиологии кровообращения, физиологии пищеварения и созданию новой главы — физиологии высшей нервной деятельности. По физиологии кровообращения И.П. Павлов выполнил 19 исследований, они касались проблем рефлекторной регуляции и саморегуляции кровообращения. В 1883 году И.П. Павлов открыл усиливающий нерв сердца. Примечательно, что в работах по физиологии кровообращения И.П. Павлов обращал внимание на психическое состояние собак как на одно из основных условий строгости эксперимента. «Страх перед неизвестностью, — писал И.П. Павлов, — является одним из самых важных моментов в этой области. Как только животное убедилось на практике в течение первых измерений (кровяного давления) в безопасности тех мероприятий, которым его подвергают, тот час же исчезают все мешающие влияния душевных движений при дальнейших опытах» .

В исследованиях физиологии кровообращения И.П. Павловым были заложены основы системного подхода к изучению физиологических функций.

Систематические исследования в области физиологии пищеварения И.П. Павлов начал в 1894 году, когда на средства А. Нобеля в институте экспериментальной медицины было открыто первое в мире специальное операционное отделение для животных. Операции у животных Павлов проводил в условиях, которых придерживался хирург в клинике, т.е. подходящий наркоз, тщательная чистота при операции, чистые помещения после операции и заботливый уход за животными. Ученый применял при операциях все достижения медицины XIX века: асептику, антисептику, наркоз. Определяющим в научном творчестве И.П. Павлова было стремление изучить целостный организм в нормальном состоянии. Свой хирургический талант, хирургическую технику И.П. Павлов направил не в сторону клиники, а в сторону физиологии и создал в ней новое хирургическое направление. Хирургическая изобретательность позволяла И.П. Павлову выполнять такие виртуозные операции, как экковская операция перерезки блуждающих нервов на шее, фистульные операции, операцию «маленького желудочка», эзофаготомию и т.д.

В чем заключается ключевое отличие между условными и безусловными рефлексами

Условный рефлекс — элементарный ассоциативный процесс

Условный рефлекс (УР) – это индивидуально приобретенная реакция организма на ранее индифферентный раздражитель, воспроизводящая безусловный рефлекс.

В основе УР – формирование новых или модификация существующих нервных связей, происходящие под влиянием изменений внешней и внутренней среды.

Это временные связи, которые тормозятся при отмене подкрепления, изменении ситуации.

УР формируются при определенных условиях индивидуальной жизни организма и исчезают при отсутствии соответствующих условий, отличаясь тем самым от врожденных форм приспособления.

Все УР разделены на классические и инструментальные, или УР первого и второго типов.

Основным признаком УР является то, что стимул в процессе образования временной связи (научения) вместо свойственной ему безусловной реакции начинает вызывать другую, ему несвойственную.

Классификация условных рефлексов:

По афферентному звену рефлекторной дуги, в частности по рецепторному признаку выделяют:

1. Экстероцептивные – зрительные, слуховые, обонятельные, вкусовые, тактильные и температурные.

Они могут быть выработаны на вид предметов, отношения между ними, на различные запахи и т.д.

Эктероцептивные рефлексы играют роль во взаимоотношениях организма с окружающей средой, поэтому они образовываются быстро.

2. Интероцептивные условные рефлексы – образуются медленнее экстероцептивных.

Интерорецепторы всех типов выполняют 2 функции:

–они составляют афферентное звено специальных вегетативных рефлексов

–играют важную роль в поддержании гомеостаза в организме, посылая информацию о состоянии внутренних органов.

По эфферентному звену рефлекторной дуги, выделяют две группы:

1-вегетативные и двигательные – слюноотделительный УР, а так же сосудистые, дыхательные, пищевые, зрачковый, сердечный и т.д.

2-инструментальные – могут формироваться на базе безусловно рефлекторных двигательных реакций.

Инструментальный условный рефлекс состоит в реализации такого действия, которое позволит достичь или избежать последующего безусловного подкрепления.

Условные рефлексы по показателю временных соотношений между ассоциируемыми раздражителями делят на две группы:

1-наличные – в случае совпадения во времени условного сигнала и подкрепления.

2-следовые – когда подкрепление предъявляется лишь после окончания условного раздражителя.

Условные рефлексы на время – особая разновидность УР.

Они образуются при регулярном повторении безусловного раздражителя (пр: кормление животного каждые 30 мин).

По биологическому значению различают рефлексы: пищевые, оборонительные, половые.

Какие практические применения были найдены для метода условных рефлексов

Для выработки условных рефлексов применяются различные методики: секреторная слюноотделительная, двигательнооборонительная, двигательно - пищевая.

Основные условия для выработки условных рефлексов следующие:

1. Между действием условного и безусловного раздражителей должно быть определённое соотношение по времени. Индифферентный раздражитель должен несколько предшествовать безусловному. Если оба раздражителя совпадают по времени, условный рефлекс предшествует индифферентному раздражителю, последний не становится условным раздражителем. Увеличение времени между условным и безусловным раздражителем затрудняет выработку условного рефлекса и делает его менее прочным.

2. При образовании условных рефлексов должны соблюдаться определённые требования к характеру условного и безусловного раздражителей: условный раздражитель должен быть умеренной оптимальной силы (слабые и сильные условные раздражители затрудняют или делают невозможной выработку рефлекса); безусловный раздражитель должен быть биологически сильным (пищевой, оборонительный), чтобы он мог в ЦНС вызвать надпороговое возбуждение. Поэтому, при выработке условных рефлексов безусловный рефлекс лучше усилить (пищевой – голоданием).

3. Животные должны находиться в деятельном бодрственном состоянии, здоровыми (это определяет и состояние коры). В состоянии сна условный рефлекс выработать не удается.

4. Необходимо свести на нет все посторонние раздражители. Внешнее и внутреннее торможение. Условные рефлексы, как уже отмечалось, очень изменчивы, они появляются при определённых условиях и легко исчезают при изменении этих условий. Отсюда и название этих рефлексов – условные. Другими словами, выработка условных рефлексов осуществляется в результате возбуждения, угасание условных рефлексов – в результате торможения или стойкого, неколеблющегося возбуждения). Нормальное же течение процессов в коре, которые обеспечивают её деятельность, осуществляется в результате взаимодействия возбуждения и торможения.

В коре головного мозга различают два основных вида торможения:

а) безусловное – может возникнуть в любом отделе ЦНС;

б) условное внутреннее – возникает только в коре. Безусловное торможение условных рефлексов подразделяется в свою очередь на внешнее и запредельное. Оно проявляется быстро, без предварительной выработки и удерживается сравнительно недолго. Внешнее торможение возникает когда в коре головного мозга возбуждается другой центр. Этот вид торможения появляется сразу при первом действии необычайного раздражителя и исчезает, как только исчезает этот раздражитель. Запредельное торможение (охранительное) – оно наступает тогда, когда в результате длительного действия раздражителя или его чрезмерной силе исчерпан предел работоспособности нервных клеток коры. Это охраняет нервные клетки от истощения. Внутреннее (условное) торможение – это особый вид торможения, специфический для нервных клеток коры. Возникает внутри центра условного рефлекса, а не из другого центра. Условное торможение вырабатывается постепенно и сохраняется относительно долго. Оно формируется обычно при систематическом не подкреплении условного раздражителя безусловным. Неподкрепляемый раздражитель вызывает процесс торможения в тех же самых клетках коры, в которых он раньше вызывал процесс возбуждения.

Как метод Павлова повлиял на развитие психологии и поведенческих наук

“Отец русской физиологии” Иван Михайлович Сеченов (1829–1905) считается основоположником отечественной научной психологии. В 1862 г. он написал свою знаменитую работу “Рефлексы головного мозга”, в которой поставил задачу ввести физиологические основы в психические процессы и показать, что психика относится к области строгого естественнонаучного исследования.

Согласно Сеченову, психические явления не есть свойства души, а процесс, который по способу происхождения подобен рефлексу. Они не сводятся к тому, что дано человеку при наблюдении за своими ощущениями, идеями, чувствами, а включают в свой состав воздействие внешнего раздражителя и двигательный ответ на него. Таким образом, психические явления, как и рефлексы, есть ответы мозга на внешние и внутренние воздействия. Изучая свойства, лежащие в основе рефлекторной деятельности мозга, он пришел к открытию процессов центрального торможения. Открытие Сеченовым явления центрального торможения имело мировое значение. Оно позволило точно установить, что нервная деятельность складывается из взаимодействия двух процессов — не только возбуждения, но и торможения, и ввести в физиологию мозга понятие о приобретенных рефлексах. Мышление он рассматривал в виде трех последовательных фаз: “предметное мышление”, в процессах которого участвует мышца; “символическое мышление”, которое возможно благодаря слову; “внечувственное мышление”, оно осуществляется через отвлечение и обобщение.

В чем заключается важность условных рефлексов для понимания деятельности мозга и поведения животных

Условный рефлекс – это приобретенная ответная реакция организма на раздражение при непосредственном участии высшего отдела ЦНС, т.е. коры головного мозга.

Для образования условного рефлекса необходимы следующие условия:

1. Нормальное (деятельное) функциональное состояние нервной системы и прежде всего ее ведущего отдела – головного мозга;

2. Наличие условного раздражителя и безусловного подкрепления;

3. Условный раздражитель должен всегда несколько предшествовать безусловному подкреплению, т.е. служить для человека или животного биологически значимым сигналом;

4. Условный раздражитель по силе своего воздействия должен быть слабее безусловного раздражителя (подкрепления);

5. Многократное повторение комбинации условного и безусловного раздражителей.

Условные рефлексы образуются при возникновении в коре полушарий головного мозга двух очагов возбуждения: один – в ответ на действие условного, а другой – на действие безусловного раздражителя. При сочетании действия этих раздражителей между возникшими очагами возбуждения устанавливается временная связь, которая от опыта к опыту становится все более прочной. Такую связь в коре полушарий мозга И.П. Павлов называл замыканием и им объяснил механизм образования условного рефлекса.

Замыкательная функция мозга обеспечивается зарядом тех нервных клеток, с которыми связано накопление необходимого фонда условных рефлексов. Как только исчезнут условия для появления заряда, так исчезают и условия для образования новых временных связей, несмотря на то, что условные сигналы еще продолжают восприниматься. Появление заряда возвращает способность мозга к замыкательной функции и, следовательно, к освоению новых сигнальных комплексов. Очевидно, очаг возбуждения как бы постоянно освобождается от прошлого для освоения нового сигнального комплекса и связанной с ним информации. Этот механизм накопления информации характеризуется возрастными особенностями. У детей дошкольного возраста и у младших школьников (6-8 лет) при выработке сложной системы временных связей может наступить утрата ранее образованных комплексов. Механизм таких изменений объясняется слабостью основных нервных процессов и прежде всего возбуждения. В этих условиях клетки коры больших полушарий мозга оказываются неспособными одновременно и прочно удерживать существующий фонд временных связей и образовывать дополнительные, пополняющие фонды новой информацией. Наиболее интенсивное усиление замыкательной функции коры больших полушарий головного мозга наблюдается в возрасте от 7 до 16 лет. После 30-35 лет начинается ослабление замыкательной функции.