3.5. Зворотний зв'язок в регуляції функціональних станів

Теоретичні і експериментальні дослідження в області фізіології представляють біологічний зворотний зв'язок як процес саморегуляції поведінкових і фізіологічних функцій.

ГОМЕОСТАЗ. Термін "гомеостаз" був запропонований В. Кенноном в 1932 р. Він позначає координацію фізіологічних процесів, що підтримують більшість стійких станів організму і передбачає наявність рівноваги, стійкого стану і стабільності більшості фізіологічних систем. Таким чином, гомеостаз визначає динамічна постійність внутрішнього середовища і її коливання в допустимих межах. Добре відомі біологічні константи, при яких можливе повноцінне існування організму: температура тіла, кров'яний тиск, концентрація глюкози і кисню в крові та інші. Організм людини - відкрита система, причому зовнішні дії постійно дестабілізують внутрішнє середовище, порушуючи його постійність, настільки необхідну для повноцінної життєдіяльності. Проте гомеостаз підтримується завдяки складним скоординованим механізмам саморегуляції, серед яких важливу роль грає зворотний зв'язок.

Біологічний зворотний зв'язок. У живих організмах саморегуляція опосередкована механізмами зворотного зв'язку. Термін "зворотний зв'язок" вперше був використаний в техніці для опису автоматичного управління машинними операціями.

· Будь-яка система, поведінка якої заснована на принципі зворотного зв'язку, володіє трьома основними властивостями:

о генерує рух до мети по певному шляху;

о виявляє помилку шляхом порівняння реальної дії з правильним шляхом;

о використовує сигнал про помилку для зміни напряму дії.

У здоровому організмі інформація про результати діяльності якого-небудь органу (нервового центру, залози, м'яза) завжди тим або іншим способом повертається до нього назад. На основі цього проводяться зміни і коректування первинної діяльності. Тим самим створюється петля "зворотного зв'язку". Цей механізм діє практично на всіх рівнях організації живого організму, починаючи від петель зворотного зв'язку, відповідальних за зміну швидкості протікання самих елементарних біохімічних реакцій, до украй складних видів поведінкової діяльності. Причому найістотнішим моментом в структурній організації зворотного зв'язку є наявність певної інформації про результат або характеристики протікання того або іншого процесу, з тим, щоб мати можливість змінити його в корисному для організму напрямі. Зворотний зв'язок є найважливішою ланкою функціональних систем всіх рівнів організації. Іншими словами, його значення далеко виходить за рамки регуляції гомеостазу. Він виступає як найважливіший механізм саморегуляції поведінки і діяльності тварин і людини. При цьому основним інтересом є ті реципрокні, регуляторні, опосередковані мозком взаємодії між моторним механізмом і рецептором, в яких зворотний зв'язок від рецептора управляє моторною відповіддю і сам регулюється ним. Фундаментальні властивості цієї взаємодії для жвавих організмів - динамічність, замкнутість контура управління і безперервність дії. Проте аналіз зворотного зв'язку в такому плані в значній мірі - предмет майбутніх досліджень.

Штучний зворотний зв'язок. Важлива особливість зворотного зв'язку полягає в тому, що його можна розглядувати як метод регуляції функціональних станів організму і управління діяльністю людини, причому перший з аспектів більше пов'язаний з психофізіологією, другий - з психологією праці і ергономікою. Суть в тому, що за допомогою спеціально сконструйованих приладів інформація про функціональний стан людини або результати її діяльності реєструється, перетвориться в доступну для сприйняття форму і посилається назад. Аналізуючи інформацію, що "повернулася", людина приймає рішення про подальші кроки в своїй поведінці. Іншими словами, за допомогою спеціальної апаратури створюється штучна петля "зворотного зв'язку", за допомогою якої людина здатна свідомо регулювати багато функцій свого організму, починаючи від зміни швидкості протікання елементарних психофізіологічних реакцій до украй складних видів діяльності. Найістотнішим при організації апаратурного зворотного зв'язку є забезпечення конкретної, доступною людині інформації про результат або характеристики протікання того або іншого процесу, щоб у людини була можливість змінити його в будь-якому, але краще в корисному організму, напрямі. Є багаточисельні дані, що говорять про те, що за наявності відповідної інформації на основі зворотного зв'язку людина може навчитися змінювати такі функції свого організму, які раніше вважалися недоступними для довільної регуляції і усвідомленого контролю.

Види штучного зворотного зв'язку в психофізіології. Електроміографічний (ЕМГ) зворотний зв'язок. Цей тип зв'язку заснований на використанні міографа - приладу, що уловлює і підсилює електричні імпульси, що виникають при м'язовій напрузі. Міограф реєструє рівень м'язової активності і перетворить цю активність в сигнали, доступні для сприйняття людини, пропорційно силі м'язової напруги. Залежно від типу приладу зворотний зв'язок з людиною здійснюється за допомогою світлових або звукових сигналів. У перших дослідженнях, наприклад, змінювалася освітленість кімнати: чим більше людина напружувала свої м'язи, тим яскравіше світили лампочки, і навпаки. Задавшись метою понизити рівень м'язової напруги, людина в оцінці результатів своїх зусиль орієнтується на зміни освітленості. Людина, таким чином сприймає ці сенсорні подразники як інформацію, необхідну їй для зміни ступеню м'язової напруги, для релаксації.

Температурний зворотний зв'язок. Використання температурного зв'язку засноване на тому факті, що периферична температура шкіри відображає ступінь звуження або розширення кровоносних судин. Коли периферичні кровоносні судини розширені, потік крові через них збільшується і шкіра стає теплішою. Вимірюючи температуру в кінцівках, можна визначити ступінь звуження кровоносних судин і так як їх звуження і розширення регулюється симпатичним відділом автономної нервової системи, можна тим самим побічно оцінити ступінь симпатичної активності. Апаратура для температурного зворотного зв'язку складається з датчика і оброблювального пристрою. Як і при реєстрації м'язової напруги доступні для сприйняття стимули говорять людині про температуру шкіри пропорційно її змінам.

Електроенцефалографічний (ЕЕГ) зворотний зв'язок. При вивченні зворотного зв'язку такого типу ЕЕГ записується звичайним способом, проте заздалегідь визначаються частотні і амплітудні характеристики контрольованих показників випробовуваного (як правило, альфа-ритму або тета-ритму) і по їх величині настроюється "вікно" звукового зворотного зв'язку. Людина отримує зворотний зв'язок у вигляді звуку, коли амплітуда і частота відповідних ритмів знаходяться в межах встановленого індивідуального діапазону. Як показують багаточисельні досліди, людина може відносно швидко оволодіти умінням настроювати власну електричну активність відповідно до заданих параметрів. Було показано також, що біологічний зворотний зв'язок може бути використаний не лише для підтримки і збільшення альфа-актівності на ЕЕГ по всій поверхні головного мозку, але і при зміні міжпівкульних співвідношень за показниками альфа-ритму. Так, випробовуваним пропонувалося спробувати визначити наявність асиметрії у власній біоелектричній активності мозку і добитися посилення її вираженості за допомогою біологічного зворотного зв'язку. Випробовувані, орієнтуючись на звуковий сигнал, що інформує їх про ступінь переважання альфа-ритму в правій півкулі, по інструкції довільно підтримували той або інший стан ЕЕГ-АСИММЕТРІЇ. У більшості випробовуваних асиметрія мінялася тільки за рахунок відносного збільшення або зменшення альфа-ритму при збереженні початкової тенденції до домінування альфа-ритму справа. Є дані, що деякі люди здатні розрізняти характер і ступінь вираженості власної ЕЕГ-АСИММЕТРІЇ. Сприятливим чинником для регуляції альфа-ритму виявилася відсутність критико-аналітичного відношення до середовища і до себе. Було також відмічено, що ті випробовувані, які добре уявляють собі, що таке образи і сновидіння, тобто чиї образні компоненти мислення виражені достатньо яскраво, навчаються особливо ефективно підсилювати альфа-ритм. Саме ці суб'єкти виявляють великі здібності до медитації і інтуїтивного розуміння проблеми.

Електрошкірний (ЕК) зворотний зв'язок. Основу для цього варіанту зворотного зв'язку складає електрична активність шкіри. Індикатором зворотного зв'язку, що найбільш часто зустрічається, служать перетворені в доступну для сприйняття форму опір і провідність шкіри. Оскільки зміни електричних характеристик шкіри є функцією симпатичної нервової системи, то з допомогою ЕК людина навчається регулювати рівень активації симпатичного відділу вегетативної нервової системи.

Комплексний зворотний зв'язок заснований на поєднанні двох або більше видів зворотного зв'язку з числа описаних вище, наприклад, одночасно з ЕЕГ-зворотним зв'язком можна застосовувати ЕМГ-зворотний зв'язок. Останнє дозволяє людині більш диференційовано і ефективно здійснювати регуляцію відповідних психофізіологічних показників і функціональних станів організму.

Значення зворотного зв'язку в організації поведінки.

Значення зворотного зв'язку особливо яскраво ілюструють дослідження з відставанням інформації про результати виконання дії.

Затримка зворотного зв'язку. Вперше цей експериментальний прийом використовував американський дослідник Ст. Лі. За допомогою подвійного звукозаписного пристрою він фіксував мову випробовуваного і подавав її назад за допомогою електричного перетворювача через навушники, які перешкоджали безпосередньому сприйняттю випробовуваним своєї мови. Така система дозволяла створювати затримки між мовними рухами випробовуваного і звуковим зворотним зв'язком від цих рухів. Затримки близько 0,2 секунд викликали у випробовуваних радикальне порушення мови - заїкання, паузи, помилки і у ряді випадків повне її припинення. Ці факти переконливо свідчать, наскільки важливо людині для правильного промовляння чути свою власну мову. Описані ефекти затримок зворотного зв'язку і для інших видів діяльності людини, таких як письмо, малювання, спів, управління позою і рухами голови і ін. Показано, що затримка сенсорного зворотного зв'язку знижує організацію і ефективність всіх рухів тіла, при цьому спостерігається погіршення точностних, тимчасових і інтеграційних характеристик всіх сенсомоторних механізмів. Так, зокрема, вже після декількох хвилин участі в експериментах із звуковою затримкою професійні музиканти (піаністи, скрипалі, віолончелісти, флейтисти) повністю відмовлялися від участі в подальших експериментах, оскільки вони відразу виявили, що подібний експеримент руйнує навики гри. У різних експериментах із застосуванням комп'ютера було показано, що затримка зорового зворотного зв'язку від рухів очей погіршує всі види окорухової активності при дослідженні.

Значення зворотного зв'язку в організації руху. Можна передбачити, отже, що незалежно від того, які нейронні механізми беруть участь в процесах формування рухового навику, той факт, що навіть невеликі порушення нормальних часових і/або просторових параметрів зворотного зв'язку викликають істотне погіршення рухових навиків, моторної діяльності і навчання, дозволяє передбачити наявність тісних взаємозв'язків між периферичним мотосенсорним і центральними механізмами регуляції динаміки рухів.

Терапевтичне значення штучного зворотного зв'язку. Проблема біологічного зворотного зв'язку є однією з найбільш важливих при вивченні взаємодії психіки і тіла. Як експериментальний метод штучний зворотний зв'язок дозволяє вивчати, якими способами мозок людини "диригує" різними функціями системи "психіка - тіло". Існують і терапевтичні аспекти застосування штучного зворотного зв'язку, коли, спираючись на отримувану інформацію, людина прагне поліпшити свій функціональний стан. Однією з умов успішності застосування зворотного зв'язку в клініці є ступінь когнітивного переструктуровування сприйнятої людиною зовнішньої і внутрішньої інформації, в результаті якого вона починає більш диференційовано оцінювати способи взаємодії мозку і тіла. Є багаточисельні дані, що говорять про те, що за наявності відповідної інформації на основі зворотного зв'язку людина може навчитися змінювати такі функції свого організму, які раніше вважалися за недоступні для свідомого контролю, наприклад, ступінь м'язової напруги, величину альфа-ритму, температуру шкірного покриву, серцеву діяльність і ін. Практичне застосування зворотного зв'язку безпосередньо пов'язане з регуляцією стану надлишкової напруги симпатичного відділу вегетативної нервової системи з метою зниження небажаних для організму наслідків.