Введение к работе
Актуальность проблемы. Системный подход имеет фундаментальное значение для диагностики, лечения и профилактики заболеваний. При этом особый интерес вызывают работы школы П.К.Анохина по теории функциональных систем (ТФС), раскрывающей универсальные механизмы регуляции жизнедеятельности в условиях нормы и патологии (Анохин П.К., 1970, 1978, 1980; Судаков К.В., 1984; 1999, 2006). Ее ключевым элементом является концепция системообразующего фактора, рассматриваемая как методологический принцип, своего рода "концептуальный мост", позволяющий исследователю оценить аналитические данные с точки зрения системных организаций (Судаков К.В., 1997).
Универсальным системообразующим фактором - неотъемлемым и решающим компонентом системы, упорядочивающим взаимодействия других ее компонентов - считается достижение полезного (адаптивного) результата. Это представление лежит в основе принципа квантования процессов жизнедеятельности (от потребности к ее удовлетворению) и информационной модели поведенческого акта, используемой также для анализа эмоциональных реакций (биологическая теория эмоций) и гомеостатических функций. Благодаря ему "в корне изменилась расшифровка компенсаторного процесса при восстановлении нарушенных функций, более глубоко понят генез гипертензивных состояний вообще и, в частности, гипертонической болезни, изменилась расшифровка понятий заболевания и выздоровления и т.д. Практически все формы нарушений и нормальные функции организма более легко расшифровываются с точки зрения теории функциональных систем, чем при обычном подходе" (Анохин П.К., 1978). Однако предполагаемое адаптивное значение системной деятельности ограничивает клиническое использование теории рамками адаптивно-компенсаторных реакций. Изучение информационной патологии высшей нервной деятельности (ВНД) дополнительно затрудняется игнорированием вероятностного прогнозирования.
Основоположник теории писал: «... выражение "вероятностное (?) прогнозирование" просто не соответствует физиологическому смыслу событий и неправильно ориентирует читателей, интересующихся нашими работами. Вероятность прогноза, т.е. параметров акцептора результата действия, всегда максимальная и равна единице, поскольку она отражает потребность организма на данный момент. Наоборот, результат всегда менее вероятен по отношению к акцептору действия, и, следовательно, выражение "вероятностное прогнозирование" едва ли оказывается полезным при изучении живых систем» (Анохин, 1978). Вместе с тем, его учет представляется необходимым при анализе ВНД в вероятностно организованной ("случайной") среде (Батуев А.С., 2005; Фейгенберг И.М., 2008; Wilde G.S., 1998; Brune H., 2003; LePelley M.E. e. a., 2004), обычно воспроизводимой в эксперименте на основе неоднозначной для индивидуума связи между условным раздражителем и подкреплением (вероятностный характер безусловного раздражителя, околопороговая интенсивность условного стимула, варьирование межстимульных интервалов и т.д.); «жестко детерминированная» среда при этом рассматривается как частный случай. Подобные условия впервые были воспроизведены в опытах И.П.Павлова по дифференцировке сходных условных раздражителей (овал и круг, близкие по частоте звуковые сигналы и т.п.), инициировавших у животных эмоциональное напряжение вплоть до формирования невроза.
Связь эмоций, поведения и вероятностного прогнозирования наиболее глубоко представлена в потребностно-информационной теории П.В.Симонова (1975, 1987, 1993). Утверждается, что эмоция отражает интенсивность актуальной потребности и вероятность ее удовлетворения, обычно неосознанно оцениваемой на основе врожденного и приобретенного опыта. Положительные эмоции возникают при увеличении прогнозируемой вероятности достижения цели, отрицательные - при ее уменьшении или изначально низких значениях. За исключением ключевого положения о вероятностном прогнозировании, эта трактовка соответствует биологической теории эмоций, ранее разработанной в рамках ТФС (положительные эмоции возникают при совпадении достигнутого результата с прогнозом аппарата акцептора, отрицательные - при несовпадении). Более того, именно ТФС, в отличии от других теорий и концепций (Батуев А.С., 1981, 2005; Хананашвили М.М., 1983; Симонов П.В., 1993; Pribram K., 1975; Mackintosh N.J., 1974; Izard C., 1999; Regia J.A. et al., 2002; Mayes L. et. al., 2007), наиболее полно раскрывает универсальные этапы поведенческой деятельности (афферентный синтез, формирование цели и т.д.). Учет их специфики необходим при изучении информационной патологии ВНД, что, однако, предполагает интеграцию ТФС с представлением о вероятностном прогнозировании.
Информационная патология ВНД - фактор риска многих психических и психосоматических заболеваний: синдрома хронической усталости, реккурентных депрессивных расстройств, ишемической болезни сердца, эссенциальной гипертонии, язвенной болезни желудка и др. Стрессорные и невротические расстройства информационного генеза формируются при неблагоприятном сочетании трех "первичных" факторов: объема обрабатываемой информации; времени, отведенного для этой работы мозга; уровня мотивации поведенческой деятельности (Хананашвили М.М., 1978, 1983, 2007; Restian A., 1997; Milton C.H., 1998). Сочетание считается неблагоприятным, во-первых, при обработке большого объема информации в условиях дефицита времени и высокого уровня мотивации, и, во-вторых, при длительном дефиците необходимой информации на фоне высокой мотивация поведения. В обоих случаях характерно вынужденное использование вероятностных оценок с соответствующим психоэмоциональным напряжением и возможностью информационной патологии ВНД (Бодров В.А., 2000; Фейгенберг И.М., 2008; Dworkin B., 1993; Mazur J., 1995; Crone E.A. et al, 2003).
Цель работы: изучить механизмы информационной патологии ВНД в рамках ТФС, интегрированной с представлением о вероятностном прогнозировании на основе концепции о системообразующей роли полезного результата.
Задачи:
1. Обосновать согласованность концепции универсального системообразующего фактора (достижение полезного результата) с представлением о вероятностном прогнозировании.
2. На основе концепции системообразующего фактора интегрировать модель поведенческого акта и принцип системного квантования (от потребности к ее удовлетворению), с одной стороны, и представление о вероятностном прогнозировании, с другой. Охарактеризовать значение вероятностных оценок в формировании информационной патологии ВНД на разных этапах поведенческой деятельности: афферентного синтеза, принятия решения и др.
3. В рамках ТФС, интегрированной с представлением о вероятностном прогнозировании, провести компьютерное моделирование условнорефлекторной деятельности в "случайной" среде; сопоставить выявленные закономерности с экспериментальными данными, известными из литературы. Охарактеризовать возможное значение в генезе информационной патологии ВНД ранее не учитываемого параметра - вероятности случайной правильной реакции (ВСПР).
4. Разработать методику оценки условнорефлекторной деятельности, учитывающую влияние величины ВСПР на процесс информационного взаимодействия индивидуума со средой.
5. Проверить в экспериментах на животных влияние ВСПР на формирование инструментального рефлекса в вероятностно организованной среде (вероятностный характер подкрепления, околопороговая интенсивность условного стимула). Доказать необходимость учета этого параметра при изучении патогенеза информационного стресса и информационного невроза, а также при разработке методов их профилактики.
6. На основе принципа системного квантования, интегрированного с представлением о вероятностном прогнозировании, разработать способ оптимизации процесса выработки у человека неосознаваемых субсенсорных условных реакций.
Научная новизна. Впервые сформулирована целостная концепция, отражающая значение вероятностного прогнозирования в формировании информационной патологии ВНД на разных этапах поведенческой деятельности (афферентного синтеза, формирования цели и др.). Стрессорные и невротические расстройства информационного генеза возникают на фоне высокой мотивации поведения в ситуации субъективной неопределенности, инициирующей вероятностное прогнозирование и психоэмоциональное напряжение. Субъективная неопределенность возникает при наличии взаимоисключающих мотиваций или путей удовлетворения одной и той же потребности, сложном характере обстановочной и пусковой афферентаций, конкуренции целей (моделей будущего результата) и в других случаях, наиболее полно раскрываемых в рамках ТФС.
Впервые обоснована согласованность концепции универсального системообразующего фактора (достижение адаптивного результата) с представлением о вероятностном прогнозировании. Системообразующий эффект полезного результата в вероятностно организованных средах реализуется относительно медленно (не незамедлительно), что предполагает возможность комплексной оценки различных по значению промежуточных результатов (оценку вероятности интересующего события с последующим вероятностным прогнозированием). Учет этого обстоятельства позволяет использовать аппарат ТФС, наиболее полно раскрывающей последовательность универсальных этапов поведенческой деятельности, для анализа информационной патологии ВНД.
Впервые показано, что достижение полезного результата (как системообразующего фактора) не всегда инициирует образование функциональных систем со строго адаптивным значением. В зависимости от особенностей метаболизма, параметров внешней среды и других условий его достижение может приводить к образованию систем с амбивалентным и даже дизадаптивным значением: некоторые варианты условнорефлекторной деятельности, ожирения, наркомании, алкоголизма. Это представление расширяет сферу применения ТФС, подчеркивая отсутствие четкой границы между адаптивными и дизадаптивными проявлениями жизнедеятельности (нормой и патологией). С другой стороны, облегчается возможная интеграция ТФС с представлением о патологических функциональных системах (Крыжановский Г.Н, 2002), имеющих патогенное значение.
Теоретическая и практическая значимость работы
На основе концепции системообразующего фактора интегрированы модель поведенческого акта и принцип системного квантования жизнедеятельности, с одной стороны, и представление о вероятностном прогнозировании, с другой. Сформулировано положение о вероятностном характере принятия решения об изменении программы поведения: оно принимается на основе комплексного учета результатов поведенческих актов, выполненных в процессе реализации текущей программы (информация о них накапливается в "буфере памяти"). Вероятностное прогнозирование допускается также на других этапах поведения (афферентный синтез, формирование цели и др.), что позволяет изучать информационные механизмы их формирования в вероятностно организованной среде в условиях нормы и патологии.
Информационная патология ВНД возможна на любом универсальном этапе поведенческой деятельности (выделяемых в рамках ТФС) в условиях субъективной неопределенности, предполагающих использование вероятностных оценок. При этом каждый этап характеризуется определенной спецификой: афферентный синтез - сложной и неоднозначной обстановочной афферентацией, конкуренцией нескольких потребностей за первоочередное удовлетворение; формирование цели - ее субъективно расплывчатым (вероятностным) характером, конкуренцией различных моделей будущего результата; и т.д. Рассмотрение в рамках единого подхода разных вариантов информационных расстройств облегчает их диагностику, лечение и профилактику, а также разработку и сопоставление соответствующих экспериментальных моделей.
Разработана методика компьютерной имитации процесса выработки условного рефлекса, учитывающая в рамках ТФС представление о вероятностном прогнозировании. Это значительно облегчает планирование экспериментов при различных комбинациях значений вероятностно организованной среды.
Теоретически предсказано и экспериментально подтверждено влияние ранее не учитываемого параметра (вероятности случайного правильного выполнения вырабатываемой реакции) на формирование инструментальных рефлексов. Неблагоприятные для обучения значения параметра затрудняют информационное взаимодействие со средой, способствуя развитию стрессорных и невротических расстройств информационного генеза вплоть до формирования приобретенной беспомощности. Полученные результаты следует учитывать при разработке методов профилактики информационной патологии, оценке устойчивости к стрессорным воздействиям, компенсации нарушенных функций клинико-психологическими методами, разработке новых способов фармакологической коррекции расстройств ВНД.
Разработана методика оценки процесса выработки инструментального рефлекса, учитывающая априорную вероятность случайного выполнения правильной реакции. Подтверждена целесообразность ее использования для статистического сравнения результатов экспериментов, проведенных в разных условиях (при разных ВСПР).
Доказана возможность оптимизации когнитивной деятельности человека на основе неосознаваемого восприятия информационно значимых стимулов, предъявляемых в электронегативные фазы ЭЭГ (ритм ЭЭГ навязывался световыми мельканиями с частотой 10 Гц). Методика разработана на основе классического для ТФС принципа системного квантования процессов жизнедеятельности, интегрированного с представлением о вероятностном прогнозировании. Полученные результаты следует учитывать при проведении процедур неосознаваемой стимуляции, осуществляемых с диагностической или лечебной целью.
Связь задач исследований с проблемным планом
Работа выполнена по плану научно-исследовательских работ ММА им.И.М.Сеченова в рамках научной темы: "Разработка современных технологий подготовки специалистов с высшим медицинским образованием на основе достижений медико-биологических исследований" (номер регистрации: 01.2.006 06352).
Апробация работы
Материалы диссертации представлены и обсуждены на: 1) Междунар. конф. «Эмоции и поведение: системный подход» (Москва, 1984); 2) 9-й Всес. конф. «Измерения в медицине и их метрологическое обеспечение» (Москва, 1989); 3) Всес. съезде патофизиологов (Кишинев, 1989); 4) Всес. семинаре "Моделирование функционирования развивающихся систем с изменяющейся структурой" (Киев, 1990); 5) учредит. конгрессе Международного общества патофизиологов (Москва, 1991); 6) 1-м Рос. конгрессе по патофизиологии (Москва, 1996).
Апробация работы состоялась на совместном заседании кафедры патологической физиологии и кафедры патологической анатомии с курсом общей патологии ММА им.И.М.Сеченова 18 декабря 2008 г.
Внедрение результатов исследования
Результаты работы используются в преподавании курса общей патологии при кафедре патологической анатомии ММА им. И.М.Сеченова, представлены в курсе лекций по патологии (под ред. М.А.Пальцева. – М., 2007) и учебнике по патологии (под ред. М.А.Пальцева, В.С.Паукова. - М., 2008).
Основные положения, выносимые на защиту
1. Концепция системообразующего фактора предполагает использование вероятностного прогнозирования при реализации ВНД в "случайных" средах (вероятностный характер безусловного подкрепления, околопороговый условный сигнал и т.д.). В этих условиях устойчивое достижение полезного результата (как системообразующего фактора) возможно только с использованием вероятностных оценок. Поэтому традиционное для ТФС положение о несоответствии вероятностного прогнозирования "физиологическому смыслу событий" не распространяется на поведение в вероятностно организованной среде. Концепция системообразующего фактора позволяет интегрировать ТФС с представлением о вероятностном прогнозировании, что облегчает анализ ВНД в условиях нормы и патологии.
2. Интеграция ТФС с представлением о вероятностном прогнозировании повышает эвристическое значение теории: предсказано и экспериментально подтверждено влияние ранее не учитываемого параметра (вероятности случайного выполнения правильной реакции) на формирование условных рефлексов. Оптимальные для обучения значения параметра облегчают выработку рефлекса при вероятностном режиме безусловного подкрепления или околопороговой интенсивности условной стимуляции. Напротив, при неблагоприятных для обучения значениях процесс информационного взаимодействия индивидуума со средой затрудняется, что способствует развитию информационной патологии ВНД.
3. Информационная патология ВНД возможна на любом из универсальных этапов поведенческой деятельности, наиболее полно раскрываемых в рамках ТФС: афферентный синтез, принятие решения и др. В основе ее патогенеза лежит сложность и неоднозначность информационного взаимодействия индивидуума со средой (необходимость срочной обработки больших объемов информации, дефицит в течение длительного времени необходимой информации). Субъективная неопределенность, возникающая на любом этапе поведения, снижает прогнозируемую вероятность удовлетворения доминирующей потребности, инициируя психоэмоциональное напряжение. Обычно оно оказывается чрезмерным (формирующим стрессорные и невротические расстройства информационного генеза) в случае высокой мотивации поведенческой деятельности.
Публикации по теме диссертации
По теме диссертации опубликовано 33 печатных работы (из них - одна монография).
Структура и объем диссертации
