До работ Бернштейна в физиологии бытовало мнение (которое излагалось в учебниках), что двигательный акт организуется следующим образом: на этапе обучения движению в двигательных центрах формируется и фиксируется его программа; затем в результате действия какого-то стимула она возбуждается, в мышцы идут моторные командные импульсы, и движение реализуется. Таким образом, в самом общем виде механизм движения описывался схемой рефлекторной дуги: стимул – процесс его центральной переработки (возбуждение программ) – двигательная реакция.

Первый вывод, к которому пришёл Бернштейн, состоял в том, что так не может совершаться сколько-нибудь сложное движение. Главная причина состоит в том, что результат любого сложного движения зависит не только от собственно управляющих сигналов, но и от целого ряда дополнительных факторов, общее свойство которых: все они вносят отклонения в запланированный ход движения, сами же не поддаются предварительному учёту. В результате окончательная цель движения может быть достигнута, только если в него будут постоянно вноситься поправки, или коррекции. А для этого ЦНС должна знать, какова реальная судьба текущего движения. Иными словами, в ЦНС должны непрерывно поступать афферентные сигналы, содержащие информацию о реальном ходе движения, а затем перерабатываться в сигналы коррекции.

Таким образом, Бернштейном был предложен совершенно новый принцип управления движениями; он назвал его принципом сенсорных коррекций, имея в виду коррекции, вносимые в моторные импульсы на основе сенсорной информации о ходе движения.

Дополнительные факторы, которые влияют на ход движения.

1. Реактивные силы. Если вы сильно взмахнёте рукой, то в других частях тела разовьются реактивные силы, которые изменят их положение и тонус.

2. Инерционные силы. Если вы резко поднимите руку, то она взлетает не только за счёт тех моторных импульсов, которые посланы в мышцы, но с какого-то момента движется по инерции. При беге значительная часть движения выносимой вперёд ноги происходит за счёт этих сил.

3. Внешние силы. Если движение направлено на объект, то оно обязательно встречается с его сопротивлением, причём это сопротивление далеко не всегда предсказуемо.

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

Итак, действие всех перечисленных факторов обусловливает необходимость непрерывного учёта информации о состоянии двигательного аппарата и о непосредственном ходе движения. Эта информация получила название «сигналов обратной связи».

Тезис о том, что без учёта информации о движении последнее не может осуществляться, имеет веские фактические подтверждения (сухотка спинного мозга – отсутствие афферентных сигналов от опорно-двигательного аппарата).

Схема рефлекторного кольца.

От рефлекторного кольца – к теории уровней построения движений.

В зависимости от того, какую информацию несут сигналы обратной связи: сообщают ли они о степени напряжения мышц, об относительном положении частей тела, о скорости или ускорении движения рабочей точки, о её пространственном положении, о предметном результате движения, афферентные сигналы приходят в разные чувствительные центры головного мозга и соответственно переключаются на моторные пути на разных уровнях. Причём под уровнями следует понимать буквально морфологические «слои» ЦНС. Так были выделены уровни спинного и продолговатого мозга, уровень подкорковых центров, уровни коры.

Каждый уровень имеет специфические, свойственные только ему моторные проявления, каждому уровню соответствует свой класс движений.

Уровень А – самый низкий и филогенетически самый древний. Не имеет самостоятельного значения, заведует тонусом мышц.

Уровень В. Уровень синергий. Перерабатываются сигналы от мышечно-суставных рецепторов, которые сообщают о взаимном положении и движении частей тела. «Пространство тела». Вольная гимнастика, потягивание, мимика.

Уровень С. Уровень пространственного поля. Поступает информация о внешнем пространстве. Ходьба, лазанье, бег, прыжки, акробатика, гимнастика, метания, игра в теннис и городки, бильярд, броски вратаря на мяч.

Уровень D. Уровень предметных действий. Корковый уровень, который заведует организаций действий с предметами. Принадлежит только человеку.

Уровень Е. Уровень интеллектуальных двигательных актов. Речевые движения, движения письма. Движения этого уровня определяются не предметным, а отвлечённым, вербальным смыслом.

1. В организации сложных движений участвуют, как правило, сразу несколько уровней – тот, на котором строится данное движение (он называется ведущим), и все нижележащие уровни.

В сознании человека представлены только те компоненты движения, которые строятся на ведущем уровне.

2. Формально одно и то же движение может строиться на разных ведущих уровнях.

Чем определяется факт построения движения на том или другом уровне?

Ведущий уровень построения движения определяется смыслом, или задачей, движения.

Пример с раненым. Проба для выяснения того, насколько восстановилась функция руки.

1. Поднять руку как можно выше (уровень В).

2. Поднять руку до указанной отметки на стене (уровень С).

3. Снять шляпу с крючка (уровень D).

Проявлялась смена уровней в том, что движение приобретало новые характеристики, в частности осуществлялось со всё большей амплитудой.

Механизмы формирования навыка.

1. Первоначальное знакомство с движением и первоначальное овладение им.

1.1. Выявление двигательного состава (рассказ, показ, разъяснения, наблюдение, анализ). Ознакомление с тем, как движение выглядит снаружи (внешняя картина движения).

1.2. Прояснение внутренней картины движения. Человек учится перешифровывать афферентные сигналы в эффекторные команды. Накопление «словаря перешифровок». Организм должен «наощущаться досыта».

Наиболее «горячие точки» этого периода: «программа», «задающий прибор» и «перешифровки».

Заканчивается это период первоначальной росписью коррекций по нижележащим уровням.

2. Автоматизация движения.

Полная передача отдельных компонентов движения или всего движения целиком в ведение фоновых уровней. В результате ведущий уровень частично или полностью освобождается от заботы об этом движении.

2.1. Увязка деятельности всех низовых уровней.

2.2. «Рекрутирование» готовых двигательных блоков.

«Фонотека» (фон). Каждый организм имеет свою «фонотеку», т.е. набор фонов, и от его объёма зависят его двигательные возможности и даже способности.

При обучении езде на двухколёсном велосипеде очень полезным оказывается навык бега на коньках, потому что в обоих типах движений имеются внутренние одинаковые элементы. Это перешифровки, обеспечивающие поддержание равновесия в условиях очень узкой опоры.

3. Шлифовка навыка за счёт стабилизации и стандартизации.

Стабилизация – навык приобретает такую прочность, что не разрушается ни при каких обстоятельствах. Помехоустойчивость приобретается за счёт того, что к этому моменту организм уже опробовал массу отклонений, которые вызывались внутренними и внешними помехами. Все они были отработаны и теперь на каждый возможный случай у него имеется запас соответствующих коррекций.

Стандартизация – приобретение навыком стереотипности. В этот период при многократном повторении движения получается серия абсолютно одинаковых копий, напоминающих «гвардейцев в строю».

Основные положения теории н.А. Бернштейна

В основе научного творчества Н.А. Бернштейна лежит его новое понимание жизнедеятельности организма, в соответствии с которым он рассматривается не как реактивная система, пассивно приспосабливающаяся к условиям среды (именно это следует из условно-рефлекторной теории), а как созданная в процессе эволюции активная, целеустремленная система. Иначе говоря, процесс жизни есть не простое «уравновешивание с внешней средой», а активное преодоление этой среды.

Фигура этого ученого является одной из наиболее значительных среди исследователей мозга XX в. Выдающейся его заслугой является то, что он первый в мировой науке использовал изучение движений в качестве способа познания закономерностей работы мозга. По мнению Н.А. Бернштейна, для тех, кто хочет понять, как работает мозг, как функционирует центральная нервная система (ЦНС), в природе едва ли существует более благодатный объект, чем исследование процессов управления движениями. Если до него движения человека изучали для того, чтобы их описать, то Н.А. Бернштейн стал изучать их, чтобы понять, как происходит управление ими.

В процессе исследования этих механизмов им были открыты такие фундаментальные явления в управлении, как сенсорные коррекции и принцип иерархического, уровневого управления, которые лежат в основе работы этих механизмов и без понимания которых правильное представление о закономерностях работы мозга в процессе управления движениями оказывается невозможным.

Следует особо подчеркнуть, что открытие этих явлений имело громадное значение и для развития многих других областей человеческого знания. Особенно наглядно это проявилось по отношению к одной из наиболее ярких наук XX столетия – кибернетике. Как известно, эта область современных знаний возникла в результате симбиоза (взаимовыгодное сосуществование) таких наук, как математика и физиология (ее раздела «Высшая нервная деятельность»). В основе всех кибернетических систем лежит открытый физиологами и удачно использованный математиками принцип обратной связи. Это название есть не что иное, как современное и более распространенное название принципа сенсорных коррекций, который был впервые описан Н.А. Бернштейном еще в 1928 г., т.е. за 20 лет до того, как это сделал создатель кибернетики Норберт Винер.

В соответствии с теорией сенсорных коррекций для выполнения какого-либо движения мозг не только посылает определенную команду мышцам, но и получает от периферийных органов чувств сигналы о достигнутых результатах и на их основании дает новые корректирующие команды. Таким образом, происходит процесс построения движений, в котором между мозгом и исполнительными органами существует не только прямая, но и непрерывная обратная связь.

Дальнейшие исследования привели Н.А. Бернштейна к гипотезе о том, что для построения движений различной сложности команды отдаются на различных уровнях (иерархических этажах) нервной системы. При автоматизации движений функции управления передаются на более низкий (неосознаваемый) уровень.

Еще одно из замечательных достижений Н.А. Бернштейна представляет собой открытое им явление, которое он назвал «повторением без повторения». Суть его заключается в следующем. При повторении одного и того же движения (например, шагов в ходьбе или беге), несмотря на один и тот же конечный результат (одинаковая длина, время выполнения и т.п.), путь работающей конечности и напряжения мышц в чем-то различны. При этом многократные повторения таких движений не делают эти параметры одинаковыми. Если соответствие и встречается, то не как закономерность, а как случайность. А это значит, что при каждом новом выполнении нервная система не повторяет одни и те же команды мышцам и каждое новое повторение совершается в несколько отличных условиях. Поэтому для достижения одного и того же результата нужны не одинаковые, а существенно различные команды мышцам.

На основании этих исследований был сформулирован важнейший для обучения движениям вывод: тренировка движения состоит не в стандартизации команд, не в «научении командам», а в научении каждый раз отыскивать и передавать такую команду, которая в условиях каждого конкретного повторения движения приведет к нужному двигательному результату.

Из всего этого следует еще один важный вывод: движение не хранится готовым в памяти, как это следует из условно-рефлекторной теории (и как, к сожалению, многие думают до сих пор), не извлекается в случае нужды из кладовых памяти, а каждый раз строится заново в процессе самого действия, чутко реагируя на изменяющуюся ситуацию. В памяти хранятся не штампы самих движений, а предписания (логарифмы) для их конструирования, которые строятся на основе механизма не стереотипного воспроизведения, а целесообразного приспособления.

Неоценимое значение имеет теория Н.А. Бернштейна и для понимания роли сознания в управлении движениями. Во многих учебных пособиях до сих пор можно встретить утверждение о том, что проникновение сознанием в каждую деталь движения содействует повышению скорости и качества его освоения. Это слишком упрощенное и во многом ошибочное утверждение. Нецелесообразность и даже принципиальная невозможность подобного тотального контроля со стороны сознания очень образно и убедительно могут быть продемонстрированы в ряде примеров. Приведем один из них.

Для этого рассмотрим, каким образом обеспечивается деятельность такого исключительного по своей сложности, точности, подвижности и жизненной важности органа, каким является зрительный аппарат человека.

Его двигательную активность обеспечивают 24 работающих попарно мышцы. Все эти мышцы осуществляют свою работу в тончайшем взаимном согласовании с раннего утра и до позднего вечера, причем совершенно бессознательно и в большинстве своем непроизвольно. Нетрудно себе представить, что если бы управление этими двумя дюжинами мышц, осуществляющих всевозможные согласования поворотов глаз, управление хрусталиком, расширение и сужение зрачков, наведение глаз на фокус и т.п., требовало произвольного внимания, то на это понадобилось бы столько труда, что лишило бы человека возможности произвольного управления другими органами тела.