Принципи функціонування і саморегуляції складних
Фізіологічних систем
У живих організмів інформаційні процеси й механізми управління і зв’язку є фундаментальною основою життєдіяльності. Живий організм – це складна динамічна система, яка складається з багатьох об’єктів (підсистем), функціонально пов’язаних між собою. Цілісність організму характеризується якостями, які властиві не лише для всієї системи, але для окремих підсистем. Нові якості виникають внаслідок певної взаємодії між її частинами. П.К.Анохін (1935) сформулював принципи функціонування й саморегуляції складних фізіологічних систем. Доцільно виділити триєдину сутність біологічних принципів – діяльність живих систем, інформаційні процеси, управління фізіологічними механізмами.
Системний підхід у фізіології треба розглянути як один із біологічних принципів – пізнання життєдіяльності. У процесі формулювання закономірностей організації фізіологічних функцій П.К.Анохін вказав на основну мету системного підходу: „Зрозуміти, як поодинокі процеси, деталі, результати поведінкового експерименту об’єднуються в деяку гармонійну систему самоорганізованого характеру”. Не можна не відзначити, що системність найбільш чітко репрезентована у живих організмах. Уявлення про функціональні системи організму передбачають такі загальні закономірності фізіологічної організації, як сприйняття й перетворення інформації та використання її з метою управління фізіологічними процесами й саморегуляції. Системна діяльність організму спрямована на досягнення корисного пристосувального результату. П.К. Анохін писав, що „ні одна організація, якою б об’ємною вона не була за кількістю елементів, що її складають, не може бути названа самокерованою, якщо її функціонування, тобто взаємодія частин цієї організації, не закінчується будь-яким корисним для системи результатом і якщо відсутня зворотна інформація в управляючий центр щодо корисності цього результату”.
Прикладом системного підходу до фізіологічних явищ може бути аналіз орієнтувально-дослідницької діяльності мозку. Орієнтувальні реакції виникають при новизні діючого подразника і невизначеності в оцінці його фізичних і біологічних властивостей. За цих умов активізуються різні системи мозку й виникають нові зв’язки, необхідні для адекватної поведінки в різноманітному та мінливому навколишньому середовищі. Важлива функціональна ознака біологічної системи – її імовірнісний характер: відповідні реакції живого організму можливо передбачити тільки з деякою ймовірністю, яка різноманітніша, чим більше відомі в системі зв’язки і взаємодії складових елементів. Ймовірна діяльність особливо характерна для такої складної біологічної системи, як людський мозок, його вищі інтегративні функції здійснюються на основі перетворення невизначеної інформації їх у визначеному, іншими словами інформаційні процеси спрямовані на зменшення невизначеності в середовищі. Пізнавальна (евристична) діяльність людини заснована не на жорстоких алгоритмах свідомості, не на стандартній послідовності понять і команд, а на імовірнісному прогнозуванні дій. Діяльність цілісної системи особливо відображається в сигналах на її вході та виході, розкриває інформаційні перетворення у процесі проходження через внутрішні структури.
В організації і самоорганізації біологічних систем необхідна узгоджена взаємодія складових його елементів (підсистем). В їх об’єднаній діяльності вирішальне значення мають інформаційні процеси. Кожна інформація утримує новий зміст і є сигналом до відповідних дій. У біологічних системах інформація як форма діяльності пов’язана з особливостями цієї системи, які відрінють її від усіх інших об’єктів. Результати інформаційного сигналу значною мірою визначаються внутрішнім станом системи. На переробці й використанні інформації застосовані прийняття рішення та формування цільових програм.
Фундаментальну роль у забезпеченні життєдіяльності відіграє управління. Воно здійснюється на всіх рівнях живого організму й використовує прямі та зворотні зв’язки між структурами, що керують і структурами, які ними скеровуються. У біологічних системах управління забезпечує здатність організму самостійно знаходити оптимальний режим життєдіяльності. Теорія функціональних систем П.К.Анохіна розглядається як подальший розвиток принципів управління фізіологічними функціями. У теорії функціональних систем центральне місце займає корисний результат дії, який забезпечує адекватне пристосування до умов навколишнього середовища (рис. 17).
Під час пояснення фізіологічних функцій теорія функціональних систем йде далі класичної рефлекторної теорії, вона не обмежується тільки поняттями "рефлекторної дії" а враховує результат дії.
У структурі функціональної системи будь-якого рівня використовуються такі основні центральні і периферичні вузлові механізми:
1. Необхідний корисний пристосувальний результат із певними властивостями (параметрами), його якості - провідний системоутворюючий фактор.
2. Інтегративні механізми відбору інформації необхідної для запуску систем (аферентний синтез) і інтегративні механізми вибіркового функціонального об’єднання виконавчих органів, які здійснюють цілеспрямовану дію (еферентний синтез).
3. Механізми аферентації параметрів результату, тобто інформації про його властивості, яка йде в нервові центри від спеціалізованих рецепторів на периферії.
4. Саморегуляція як загальний принцип організації функціональної системи, у процесі якої здійснюється зворотна інформація про будь яке відхилення від позитивного результату. Виникає спонукальний сигнал для необхідних корекцій і поправок, які забезпечують цей результат.
5. Апарати передбачення необхідного результату дії, у них формується його нейродинамічна модель, з якою співвідноситься справжній досягнутий результат.
Центральна структурно-функціональна організація фізіологічної системи містить послідовні вузлові стадії: аферентний синтез, прийняття рішення, формування акцептора результату дії, організація самої дії (еферентний синтез), досягнення результату, зворотна аферентація про його параметри і співвідношення його з раніше сформованою нейродинамічною моделлю.
Сучасні дослідження системності в фізіології підкреслюють самостійність теорії функціональних систем і поширюють її закономірності й положення на всі прояви діяльності організму – від гомеостатичних процесів до поведінкових реакцій і психофізіологічних явищ. Актуальне розкриття якісної своєрідності системної діяльності людини, її біосоціальної природи.
Соціальна поведінка людини містить у своїй нейрофізіологічній основі спеціальні функціональні системи, які, як правило, включають психічні процеси, тобто відбиття у свідомості результатів своєї діяльності. Нарешті, функціональні системи, пов’язані з цілісністю людини, мають величезні можливості здійснювати усесторонню багатопараметричну оцінку досягнутого результату, співвідносити його з прогнозом, свідомо вносити поправки у свої дії.
Концепція системогенезу є суттєво частиною загальної теорії функціональних систем. Вона була сформована П.К.Анохіним як випереджувальний вибірковий розвиток функціональних систем організму в онтогенезі.
Рис. 17. Схема цілеспрямованого поведінкового акту
(за П.К. Анохіним, 1968)
У своєму початковому вигляді ця концепція вказувала, що основою нормативного розвитку кожної біологічної особи є її випереджувальне пристосування до тих умов середовища, у яких вона повинна опинитися після народження. Надалі уявлення про системогенез поширилося на весь період індивідуального життя – від народження до похилого віку. Було показане більш прискорене вибіркове дозрівання функціональних систем і їх окремих частин у внутрішньоутробному періоді. У цілому системогенез забезпечує стратегію виживання і нормального існування під час індивідуального розвитку організму.