Координация функций организма

Рефлекс как реакция всего организма. Поток импульсов, возникший при раздражении зрительных, болевых или других ре­цепторов, поступает в мозг и становится источником согласованной, координированной ответной деятельности организма. Например, наступив босой ногой на острый предмет, ребенок отдергивает но­гу. Казалось бы, этот рефлекс осуществляется небольшой группой мышц ноги, одни из которых сокращаются, а другие расслабляют­ся. В действительности, однако, в реакцию включается чуть ли не весь двигательный аппарат. Чтобы отдернуть ногу, нужно в тече­ние некоторого времени сохранить равновесие, стоя на одной ноге, а для этого необходимо быстрое и точное перераспределение то­нуса многочисленных мышц всего тела. Мало того, в реакцию включаются и другие органы: на короткое время задерживается дыхание, изменяется частота и сила сердечных сокращений. Ребе­нок может лечь на землю, заплакать или стиснуть зубы. Иными словами, в рефлекторную реакцию включаются многие органы.

Личный опыт говорит нам о том, что одно и то же раздражение в разных случаях приводит к совершенно различным, но всегда координированным реакциям. Сложность и разнообразие даже самых простых рефлексов объясняется возможностью распростра­нения импульсов по разным направлениям в самые различные от­делы мозга. Именно эта возможность позволяет говорить о реф­лексе как о координированной реакции всего организма.

Значение афферентных импульсов. Афферентные импульсы не только первое звено каждого рефлекса. Их значение гораздо боль­ше. Они — необходимое условие активного состояния нервной си­стемы. Непрерывный поток импульсов, поступающий от рецепто­ров всех органов тела, создает в центральной нервной системе тот

уроьень возбудимости, который необходим для ее деятельности. Кроме того, афферентные импульсы несут текущую информацию о том, что происходит как в окружающей среде, так и в каждом органе тела. Без такой информации невозможно согласование дея­тельности отдельных органов, невозможно протекание координиро­ванных реакций.

Существует заболевание, при котором в спинном мозге нару­шаются пути, проводящие импульсы от нижних конечностей в го­ловной мозг. Иными словами, прекращается информация о том", в каком положении .находится каждая мышца, а следовательно, и вся нога в целом. Человек не знает, согнута она или разогнута. Лишь смотря на ноги, т. е. получая соответствующую информацию с органов зрения, он в состоянии выполнить необходимое движение ногами и сохранить равновесие при стоянии и ходьбе.

Иррадиацияи индукция возбуждения и торможения. Возбуж­дение, возникшее в определенном участке нервной системы, в той или иной степени иррадиирует, т. е. распространяется, на другие участки. Прикоснувшись к горячему предмету, ребенок не просто отдергивает руку, а проявляет общую двигательную активность, начинает плакать. Это пример резко выраженной иррадиации воз­буждения. Иррадиировать может и состояние торможения. Под влиянием очень сильного или длительного раздражения возник­шее в нервной системе возбуждение сменяется торможением. Оно легко распространяется на другие участки, что ведет к общему понижению возбудимости нервной системы, и человек перестает реагировать на такие раздражения, которые раньше вызывали со­ответствующие реакции.

Иррадиация чаще всего проявляется в общем повышении или понижении возбудимости нервной системы. Так, например, возбу­димость повышается при получении радостной вести и понижается при получении печальной. В первом случае человек становится бодрым, жизнерадостным, а во втором — подавленным, ко всему безразличным. Проявляется иррадиация и в увеличении количества органов, принимающих участие в реакции. Так, при сильном сжи­мании кисти сокращаются мышцы руки и даже других частей тела.

Важнейшее условие координации'— выключение из реакции тех органов, функция которых препятствует осуществлению данного рефлекса. Так, например, при сгибании руки в локте мышцы-раз­гибатели расслабляются, при выдохе расслабляются вдыхательные мышцы. Объясняется это тем, что в мозге могут устанавливаться определенные взаимоотношения между отдельными группами нерв­ных клеток, например между центрами различных мышц: повыше­ние возбудимости или возбуждение одних групп может сопровож­даться понижением возбудимости или торможением других. Такое наведение противоположного состояния называется индукцией. Различают отрицательную индукцию, когда в ответ на появление очага возбуждения или повышенной возбудимости в других участ-

ках мозга возбудимость понижается, и положительную индукцию, т. е. повышение возбудимости, вызываемое появлением очага тор­можения или очага пониженной возбудимости. Примером положи­тельной индукции может служить всем известный факт, что зуб­ная боль, которая днем ощущается слабо, ночью становится почти непереносимой. Это объясняется тем, что ночью, на фоне тормо­жения или резко сниженной возбудимости большей части мозга, возбужденным остается тот его участок, к которому подходят им­пульсы от больного зуба. Под влиянием индукции возбудимость этого участка значительно повышается.

Если бы явления иррадиации или индукции захватывали весь мозг, была бы невозможна никакая координация. В действительно­сти.и иррадиация, и индукция носят, как принято говорить, изби­рательный характер: в каждом отдельном случае они захватывают лишь определенные группы клеток. При этом в той или иной сте­пени участвуют оба процесса; возбудимость одних клеточных групп изменяется под влиянием иррадиации, а других — под влиянием индукции. Мало того, как индукция, так и иррадиация могут протекать во времени. Иными словами, нервные клетки после воз­буждения в силу индукции переходят в состояние пониженной воз­будимости, а торможение может смениться повышенной возбудимо­стью. Иррадиация во времени проявляется в сохранении клетками сосюяния повышенной или пониженной возбудимости в течение некоторого времени по окончании действия раздражителя. Суще­ственную роль при этом играет описанная выше кольцевая связь между нейронами.

Иррадиация и индукция взаимно ограничивают друг друга. Как правило, слабые очаги возбуждения и торможения не вызывают значительной индукции, что способствует процессу иррадиации. Чем сильнее очаг возбуждения или торможения, тем интенсивнее проявляется индукция и, следовательно, тем менее благоприятны условия для иррадиации. При очень сильном очаге возбуждения или торможения, наоборот, иррадиация оказывается столь значи­тельной, что преодолевает препятствия, создаваемые индукцией.

Если человек выполняет работу, которая для него важна или 'интересна, либо читает увлекательную книгу, очаги возбуждения в мозге могут оказаться достаточно сильными, чтобы вызвать мощ­ную индукцию. В результате возбудимость многих других участ­ков мозга сильно понижается. Это проявляется в том, что человека не отвлекают посторонние мысли, у него не рассеивается внима­ние, и он даже не замечает, что происходит вокруг. При действии слабых раздражителей, например при чтении очень скучной книги, внимание, наоборот, легко рассеивается, что связано с превалиро­ванием иррадиации возбуждения.

В результате взаимодействия иррадиации и индукции мозг пред­ставляет собой как бы мозаику очагов повышенной и пониженной возбудимости. Непрерывная и закономерно протекающая пере-

стройка очагов возбуждения и торможения приводит к созданию самых разнообразных комбинаций согласованной работы органов.

Доминанта. Одна из наиболее существенных сторон координа­ции функций организма заключается в создании условий, наиболее благоприятных для осуществления той или иной деятельности. Нервная система должна пустить в ход все механизмы, обеспечи­вающие эту деятельность, и затормозить, устранить все, что ме­шает ее нормальному протеканию.

Дыхание и глотание — два физиологических акта, которые не могут протекать одновременно. А следовательно, невозможно одно­временное возбуждение соответствующих нервных центров. При глотании на короткое время господствующим становится глотатель­ный центр, тогда как дыхательный — заторможен.

Временное преобладание одного нервного центра над другими получило название доминанты.

Доминантное состояние поддерживается импульсами, не только приходящими от соответствующих рецепторов, но и возникающими под влиянием раздражителей, не имеющих непосредственного отно­шения к доминирующему центру. Так, например, если во время лакания молока раздражать лапу щенка электрическим током, он не отдергивает лапу, а начинает лакать с еще большей интенсив­ностью. Такое же раздражение до или после лакания вызывает болевую реакцию: щенок отдергивает лапу и визжит. Следо­вательно, сторонние раздражители усиливают доминанту, делая ее более стойкой. В процессе нервной деятельности одна доминанта сменяет другую, но всякий раз текущая доминанта обеспечивает направленную активность нервной системы.

Роль отдельных частей мозга в координации движений. Двига­тельное задание, а также схема или способ его выполнения опре­деляется корой больших полушарий. От коры импульсы идут по трем основным путям: к двигательным нейронам, расположенным в передних рогах спинного мозга и в стволовой части головного мозга; к мозжечку; к подкорковым ядрам и к различным ядрам Межуточного и среднего мозга. Средний мозг и некоторые другие участки головного мозга обеспечивают перераспределение тону­са, или напряжения, отдельных мышц, что необходимо для выпол­нения каждого последовательного элемента двигательного акта. Основная роль мозжечка сводится к уточнению силы, длительно­сти и последовательности сокращений отдельных мышц, иными словами, к отделке, отшлифовке движений. Подкорковые ядра участвуют в организации и регулировании дополнительных и вспо­могательных движений, как, например, создание наиболее удоб­ной позы, размахивание руками при ходьбе, мимические движения. Подбугровая область и различные ядра мозгового ствола регули­руют процессы обмена веществ и деятельность органов кровооб­ращения, дыхания и других органов, что также необходимо для нормального выполнения двигательных актов»

Развитие нервной системы

Период новорожденности. Еще за 3 месяца до нормаль­ного срока рождения нервная система плода в достаточной мере развита, чтобы обеспечить функционирование организма в усло­виях внеутробного существования. Сформированы все отделы моз­га, включая кору больших полушарий. Афферентные и эфферент­ные нервные волокна соединяют центральную нервную систему со всеми органами тела. С первого же дня жизни у ребенка могут быть обнаружены защитные и ориентировочные рефлексы на боле­вые, световые, звуковые и другие раздражения. Однако эти реак­ции плохо координированы, нередко беспорядочны и, как прави­ло, медленно протекают и легко распространяются на большое количество мышц. Очень часто они проявляются в усилении общей двигательной активности. Это показывает, что возбуждение легко иррадиирует, т. е. распространяется, с одного участка мозга на другие. Иррадиация возбуждения, сопровождающаяся криком, особенно легко возникает под влиянием голода, охлаждения, а так­же болевых раздражении.

Прикосновение к губам новорожденного или к соседним участ­кам кожи вызывает рефлекторные сосательные движения, что ве­дет к понижению общей возбудимости и прекращению двигатель­ной активности. Такое состояние торможения двигательных центров мозга сохраняется не только во время сосания груди, но и в после­дующий период сытости, что способствует наступлению сна. Как правило, пробуждение наступает перед очередным кормлением, когда состояние сытости сменяется состоянием голода.

Иногда в начальном периоде внутриутробного развития нару­шается нормальное образование органов, что ведет к появлению различных уродств. В частности, известны случаи недоразвития передних отделов мозга и даже полного отсутствия больших полу­шарий. Дети, рождающиеся с таким тяжелым дефектом, умирают в первые месяцы, реже в первые годы жизни. Наблюдения показа­ли, что поведение таких детей очень сходно с поведением нор­мального ребенка в период новорожденности. Это дает основа­ние полагать, что в первые дни жизни реакции организма осуще­ствляются без участия коры больших полушарий и подкорковых ядер.

Установлено, однако, что клетки коры больших полушарий но­ворожденного могут приходить в состояние возбуждения под влия­нием импульсов, поступающих из нижележащих отделов мозга. В коре возникают и ответные импульсы. Так, например, у ново­рожденных при участии коры происходит поворот глаз, а несколь­ко позднее и головы в сторону появившегося света. Мало того, на основании изучения электрических реакций установлено, что уже в первые дни жизни в коре больших полушарий происходит разли­чение красного и зеленого цвета.

Последующее развитие нервной системы. В течение первых двух лет жизни головной мозг интенсивно растет, и к двум годам его вес достигает примерно 70% веса мозга взрослого человека. В основном увеличение мозговой массы происходит не за счет об­разования новых клеток (после рождения их количество мало ме­няется), а в результате роста и разветвления дендритов и аксонов. У двухлетнего ребенка в коре больших полушарий нервные клетки расположены дальше друг от друга, чем у новорожденного. Зато много места занимают разросшиеся отростки (рис. 31), что, разу­меется, требует большего увеличения площади, занимаемой корой. И действительно, за первые два года жизни ее площадь увеличи­вается примерно в 2,5 раза, в основном путем углубления извилин. Увеличивается и толщина коркового слоя больших полушарий.

Еще более интенсивно растет мозжечок. Если в коре больших полушарий клеточные слои, характерные для мозга взрослого че­ловека, формируются уже к 6-му месяцу внутриутробного разви­тия, то в коре мозжечка формирование слоев происходит после рождения и заканчивается к 9—11-му. месяцу жизни. К ко.нцу вто­рого года вес мозжечка увеличивается почти в 5 разпо сравнению с его веср_м^ в период новорождённости^ Такое позднее и вместе с тем "быстрое развитие мозжечка объясняется тем, что основная функция, а именно уточнение двигательных реакций, и в частно­сти поддержание нормального положения тела, может быть ис- . пользована организмом лишь после приобретения первых навыков стояния и ходьбы к концу 1-го года жизни.

^ Миелинизация нервных волокон. Уже на ранних стадиях внут< риутробного развития аксоны нервных клеток окружены клетками-спутниками, которые образуют своеобразную оболочку. Аксон, ок­руженный такой оболочкой, называется нервным волокном. На 4—5-м месяце в корешках спинномозговых нервов волокна посте­пенно приобретают отчетливый белый цвет. Объясняется это обра­зованием особого жироподобного вещества — миелина. Он образу­ется в клетках-спутниках, которые обтекают аксон, многократно обертывая его тонким слоем своего все удлиняющегося тела. Так возникает миелиновая оболочка нервного волокна. Каждые 1— 2 мм она прерывается, образуя перехваты. Миелиновую оболочку можно рассматривать как хорошую изоляцию нервного волокна. Кроме того, в миелинизированных волокнах скорость проведения возбуждения в 10—20 раз больше, чем в волокнах, не покрытых миелином. Это объясняется скачкообразным распространением возбуждения: оно перескакивает от одного перехвата к другому.

Миелинизация нервных волокон как в центральной нервной си­стеме, так и в периферической происходит очень интенсивно в по­следние месяцы внутриутробного развития. У новорожденного ми-елинизация нервных волокон спинного мозга и ствола головного мозга почти завершена. В значительной мере миелинизированы волокна черепно-мозговых и спинномозговых нервов. Однако их

Рис. 31. Развитие нейронов:

А — рост пирамидной клетки коры больших полушарий и' разрастание дендритов; Б— расстояние между соседними нервными клет­ками у новорожденного (/), у двухлетнего ребенка (2),

Миелинизация продолжается и после рождения, заканчиваясь в основном к 2—3 годам жизни.

Как правило, Миелинизация ускоряется в тех группах волокон, которые начинают усиленно функционировать. Этим объясняется более ранняя Миелинизация у недоношенных младенцев. При хро­нических заболеваниях, связанных с ослаблением двигательной ак­тивности, Миелинизация волокон двигательных нервов может зна­чительно задерживаться.

Миелинизация пирамидного пути, проходящего от двигатель­ной области коры больших полушарий до двигательных клеток пе­редних рогов серого вещества спинного мозга, начинается еще до рождения, а с 3-го месяца жизни почти приостанавливается. Лишь примерно с 8-го месяца, в связи с появлением первых попыток ходь­бы, интенсивность миелинизации снова, и притом значительно, увеличивается. Миелинизация речевых центров коры в основном заканчивается к 1V2—2 годам, когда появляется речь.

Очень поздно (не ранее 2-го месяца жизни) начинается миели-низация тех волокон клеток коры больших полушарий, которые идут от одного участка коры к другому. Миелинизируются они очень постепенно, по мере усложнения высшей нервной деятельно­сти. По-видимому, этот процесс прекращается лишь к старости. Особенно медленно указанные волокна получают миелиновую обо­лочку в лобной области коры, связанной с наиболее сложными про­явлениями высшей нервной деятельности.

Функциональные особенности нервных клеток. У новорожден­ных процессы, протекающие в нервных клетках, замедлены: мед­леннее возникает возбуждение, медленнее оно распространяется по нервным волокнам. Длительное или сильное раздражение нерв­ной клетки легко приводит ее в состояние торможения. Скорость

проведения возбуждения увеличивается по мере миелинизации во­локон и к 2—3 годам становится примерно такой же, как и у взрослых. Скорость возникновения возбуждения увеличивается бо­лее постепенно и достигает величины, характерной для взрослых лишь к 10—12 годам. Неспособность нервных клеток длительное время находиться в состоянии возбуждения очень характерна и для детей дошкольного возраста. С этим связана нестойкость до­минант: любое стороннее раздражение легко разрушает доминан­ту, вызывая образование нового доминантного очага, который, в свою очередь, быстро оказывается заторможенным. Отсюда не­устойчивость внимания дошкольника, быстрый переход от одной деятельности к другой.

Явления иррадиации и индукции. У детей грудного возраста возбуждение легко иррадиирует. Любые рефлекторные движения обычно захватывают значительную часть мускулатуры. Так, дви­жения рук сопровождаются заметной подвижностью ног. Всякое более или менее значительное раздражение вызывает общую дви­гательную активность. Крику ребенка также сопутствуют движения всего тела. Рефлекторное смыкание век, например при появлении яркого света, сопровождается сжатием губ, а нередко и сгиба­нием конечностей. При удивлении или при внимательном разгля­дывании нового предмета ребенок старшего грудного возраста широко открывает не только глаза, но и рот, растопыривая при этом пальцы. Такие иррадиированные реакции характерны и для детей второго года жизни.

В последующие годы устойчивость нервных клеток повышает­ся. Увеличивается сила процессов возбуждения и торможения, в связи с чем более заметными становятся явления индукции: по­явление очага возбуждения сопровождается понижением возбу­димости или торможением других участков мозга. Таким образом создается препятствие для чрезмерной иррадиации возбуждения. Развитию явлений индукции способствует обучение ходьбе и дру­гим более сложным двигательным актам. При сильном возбужде­нии, в частности при проявлении радости или огорчения, сохраня­ется резкая выраженность явлений иррадиации: ребенок прыгает или топает ножками; он весь во власти возбуждения, и никакие уговоры не могут его успокоить.

Дальнейшее усиление явлений взаимной индукции и связанная с этим большая концентрация процессов возбуждения и торможе­ния создают предпосылки для усидчивой целенаправленной дея­тельности. Этому способствуют воспитание и обучение как в до­школьном, так и в младшем школьном возрасте.

Вопросы. 1. Как происходит развитие нервной системы у детей? 2. Что такое миелинизация и каково ее значение? 3. Каковы особенности функций нервной системы у детей раннего и дошкольного возраста?

ВЫСШАЯ НЕРВНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ