Основные положения теории функциональных систем

Следовая  деятельность нейронов, длящаяся от миллисекунд  до секунд и минут, является связующим  звеном прошлого, настоящего и будущего мозга. При этом мозг в процессе эволюции выработал специальные структуры и их соотношения, предназначенные для воспроизведения пространственно-временного континуума внешнего мира. Так, развитие структур мозга, обладающих способностью к генерализованной активации «обеспечило одну из важнейших функций поведенческих актов – их сигнальный характер» [П. К. Анохин, 1978].

Приобретение  живыми существами способности к  свободному передвижению стало едва ли не самым важным этапом в процессе эволюции жизни на Земле. Целенаправленное движение живого организма позволило ему не только расширить континуум внешних раздражений своих анализаторов, но и получать новые мощные стимулы от собственных энтерорецепторов, провоцирующие расширение его приспособительных возможностей. В целенаправленном движении «организм как «открытая система» активно ищет для своих «входов» точно запрограммированные ее обменом веществ недостающие компоненты» [П. К. Анохин, 1978]. Появление полезного результата деятельности живого организма – следствие, прежде всего, его активного отношения к пространственно-временному континууму. В свете сказанного «поведение человека в пространственно-временном континууме предстает … как континуум больших и малых результатов с непременной оценкой каждого из них с помощью обратной афферентации», и, соответственно, «…непрерывность явлений внешнего мира отражается на «биологическом экране» как «прерывность» жизненно важных событий, отставленных друг от друга во времени, но связанных континуумом малозначащих результатов целого поведенческого акта животных и человека» [П. К. Анохин, 1978].

2.2. Функциональные системы  организма

Впервые понятие системности в русской  физиологии с целью исследования жизнедеятельности целого организма  и в приложении к процессам  высшей нервной деятельности ввел И. П. Павлов (1932): «...Человек есть, конечно система ..., как и всякая другая в природе, подчиняющаяся неизбежным и единым для всей природы законам, но система в горизонте нашего научного видения, единственная по высочайшему саморегулированию ... система в высочайшей степени саморегулирующаяся, сама себя поддерживающая, восстанавливающая...» [И. П. Павлов, 1951]. Вместе с тем, с расширением знаний о механизмах поведенческого акта, развитием и усовершенствованием методики исследований, с появлением новых фактов, вступавших в противоречие с канонами рефлекторной теории, ограниченной узкими рамками афферентно-эффекторных отношений, становилось все более ясно, что условный рефлекс, объясняющий тот или иной поведенческий акт по декартовской формуле «стимул-реакция» не может полностью объяснить приспособительный характер поведения человека и животных. Согласно классическому рефлекторному принципу, поведение заканчивается только действием, хотя важны не столько сами действия, сколько их приспособительные результаты [П. К. Анохин, 1949; К. В. Судаков, 1987].

Интенсивный рост числа результатов различных  исследований способен привести исследователя  к ощущению беспомощности перед  половодьем аналитических фактов. Очевидно, что только нахождение какого-то общего принципа может помочь разобраться  в логических связях между отдельными фактами и позволить на ином, более  высоком уровне проектировать новые исследования. Системный подход в науке позволяет осмыслить то, чего нельзя понять при элементарном анализе накопленного в исследованиях материала. Системность – тот ключ, который позволяет соединить уровень целостного и уровень частного, аналитически полученного результата, заполнить пропасть разделяющую эти уровни. Создание концепции функциональной системы – серьезнейшая задача, решение которой позволяет сформулировать принцип работы, находящийся, с одной стороны в области целостности, и носящий черты интегративного целого, а с другой – в аналитической области. Функциональная система позволяет осуществлять исследование в любом заданном участке целого с помощью любых методов. Но эти исследования находятся в тесном единстве благодаря функциональной системе, показывающей где и как ведутся данные исследования [П. К. Анохин, 1978]. «…Только физиологический анализ на уровне функциональной системы может охватить функцию целого организма в целостных актах без потери физиологического уровня трактовки ее отдельных компонентов» [П. К. Анохин, 1968].

Отмечено  множество попыток создания теории систем. Более того, коллективом  авторов из NASA было даже предложено выделить специальную науку о "биологических  системах" ["Biologikal Systems Science", 1971]. Потребность введения целостного подхода при объяснении функций организма ощущалась большинством исследователей, но решалась ими различным образом. Одними исследователями отрицалось наличие чего-либо специфического в целостной организации и делалась попытка объяснить ее, основываясь только на свойствах элементов целостных образований, что характерно для механистического подхода в понимании целого. Другая группа ученых допускала существование некоей неорганической силы, обладающей качеством «одухотворения» и формирования организованного целого, в большей или меньшей степени отстаивая виталистические позиции [П. К. Анохин, 1978].

При всеобщем понимании необходимости системного подхода в оценке целостных и  разрозненных функций живого организма («Главные проблемы биологии ... связаны  с системами и их организацией во времени и пространстве» - Н. Винер, 1964; «...поиски «системы» как более высокого и общего для многих явлений принципа функционирования могут дать значительно больше, чем только одни аналитические методы при изучении частных процессов» - П. К. Анохин, 1978) до настоящего времени нет единства в трактовке определения системности у различных авторов [В. В. Парин, Р. М. Баевский, 1966; М. М. Хананашвили, 1978; О. С. Андрианов, 1983; В. А. Шидловский, 1973, 1978, 1982; Ф. З. Меерсон, М. Г. Пшенникова, 1988; В. Н. Платонов, 1988; и др.]. Более того, попытки соблюсти принципы системности приобрели различные формы, среди которых выделены:

Количественно-кибернетический  «системный» подход, рассматривающий  биологические системы с позиций  теории управления и широко использующий математическое моделирование физиологических  функций в попытках выявления  общих закономерностей.

Иерархический «системный» (или «системно-структурный») подход, рассматривающий процессы взаимодействия отдельных частей в организме  в плане их усложнения: от молекул - к клеткам, от клеток - к тканям, от тканей к органам и т. д.

Анатомо-физиологический  «системный» подход, отражающий объединение  органов по их физиологическим функциям: «сердечно-сосудистая система», «пищеварительная система», «нервная система» и проч. [П. К. Анохин, 1978; К. В. Судаков, 1987].

Едва  ли есть хоть одно направление в  современной науке, где так или  иначе не употреблялся бы термин «система», имеющий, к тому же весьма древнее  происхождение. Вместе с тем, термин «система» в большинстве случаев употребляется как характеристика чего-то собранного вместе, упорядоченного, организованного, но при этом вне упоминания или даже «подразумевания» критерия, по которому компоненты собраны, упорядочены организованы [П. К. Анохин, 1978]. В качестве примера достаточно вспомнить широко распространенное употребление учеными и практиками в медицине и физиологии словосочетаний «сердечно-сосудистая система», «легочная система» и др., что принимается ими самими за доказательство «системности» их образа мышления при анализе имеющегося фактологического материала. Представление о системе, как о взаимодействующих компонентах и, собственно, их взаимодействие «не может сформировать систему, поскольку анализ истинных закономерностей функционирования с точки зрения функциональной системы раскрывает скорее механизм «содействия» компонентов, чем их «взаимодействие»» и «...система, при своем становлении приобретает собственные и специфические принципы организации, не переводимые на принципы и свойства тех компонентов и процессов, из которых формируются целостные системы» [П. К. Анохин, 1978].

Вместе  с тем, «характерной чертой системного подхода является то, что в исследовательской  работе не может быть аналитического изучения какого-то частичного объекта  без точной идентификации этого  частного в большой системе» и  «...одной из главных целей поисков  системы является именно ее способность  объяснить и поставить на определенное место даже тот материал, который  был задуман и получен исследователем без всякого системного подхода» [П. К. Анохин, 1978].

Теория  функциональной системы, была разработана  П. К. Анохиным (1935) в результате проводимых им исследований компенсаторных приспособлений нарушенных функций организма. Как  показали эти исследования, всякая компенсация нарушенных функций  может иметь место только при  мобилизации значительного числа  физиологических компонентов, зачастую расположенных в различных отделах  центральной нервной системы  и рабочей периферии, тем не менее всегда функционально объединенных на основе получения конечного приспособительного эффекта. Такое функциональное объединение различно локализованных структур и процессов на основе получения конечного (приспособительного) эффекта и было названо «функциональной системой» [П. К. Анохин, 1968]. При этом принцип функциональной системы используется как единица саморегуляторных приспособлений в многообразной деятельности целого организма. «Понятие функциональной системы представляет собой прежде всего динамическое понятие, в котором акцент ставится на законах формирования какого-либо функционального объединения, обязательно заканчивающегося полезным приспособительным эффектом и включающего в себя аппараты оценки этого эффекта» [П. К. Анохин, 1958]. Ядром функциональной системы является приспособительный эффект, определяющий состав, перестройку эфферентных возбуждений и неизбежное обратное афферентирование о результате промежуточного или конечного приспособительного эффекта. Понятие функциональной системы охватывает все стороны приспособительной деятельности целого организма, а не только взаимодействия или какую-либо комбинацию нервных центров («констелляция нервных центров» – А. А. Ухтомский, 1966) [П. К. Анохин, 1958].

Согласно  теории функциональных систем центральным  системообразующим фактором каждой функциональной системы является результат ее деятельности, определяющий в целом для организма нормальные условия течения метаболических процессов [П. К. Анохин, 1980]. Именно достаточность или недостаточность результата определяет поведение системы: в случае его достаточности организм переходит на формирование другой функциональной системы с другим полезным результатом, представляющим собой следующий этап в универсальном континууме результатов. В случае недостаточности полученного результата происходит стимулирование активирующих механизмов, возникает активный подбор новых компонентов, создается перемена степеней свободы действующих синаптических организаций и, наконец, после нескольких «проб и ошибок» находится совершенно достаточный приспособительный результат. Таким образом, системой можно назвать только комплекс таких избирательно вовлеченных компонентов, у которых взаимодействие и взаимоотношения принимают характер взаимосодействия компонентов для получения конкретного полезного результата [П. К. Анохин, 1978].

Были  сформулированы основные признаки функциональной системы как интегративного образования:

• Функциональная система является центрально-периферическим образованием, становясь, таким образом, конкретным аппаратом саморегуляции. Она поддерживает свое единство на основе циклической циркуляции от периферии к центрам и от центров к периферии, хотя и не является «кольцом» в полном смысле этого слова.
• Существование любой функциональной системы непременно связано с получением какого-либо четко очерченного приспособительного эффекта. Именно этот конечный эффект определяет то или иное распределение возбуждений и активностей по функциональной системе в целом.

Другим  абсолютным признаком функциональной системы является наличие рецепторных  аппаратов, оценивающих результаты ее действия. Эти рецепторные аппараты в одних случаях могут быть врожденными, в других это могут  быть обширные афферентные образования  центральной нервной системы, воспринимающие афферентную сигнализацию с периферии  о результатах действия. Характерной  чертой такого афферентного аппарата является то, что он складывается до получения самих результатов  действия.

Каждый  результат действия такой функциональной системы, формирует поток обратных афферентаций, представляющих все важнейшие признаки (параметры) полученных результатов. В том случае, когда при подборе наиболее эффективного результата эта обратная афферентация закрепляет последнее наиболее эффективное действие, она становится «санкционирующей афферентацией» [П. К. Анохин, 1935].

В поведенческом  смысле функциональная система имеет  ряд дополнительных широко разветвленных  аппаратов.

Жизненно  важные функциональные системы, на основе которых строится приспособительная  деятельность новорожденных животных к характерным для них экологическим  факторам, обладают всеми указанными выше чертами и архитектурно оказываются  созревшими точно к моменту рождения. Из этого следует, что объединение  частей функциональной системы, (принцип  консолидации) должно стать функционально  полноценным на каком-то сроке развития плода еще до момента рождения [П. К. Анохин, 1968].

Согласно  концепции П. К. Анохина (1958, 1968, 1975, 1980) обязательным фактором, обеспечивающим выживание любого организма, является требование полноценности жизненно важных функциональных систем уже к  моменту его рождения. Каждая из этих систем уже к моменту рождения должна непременно включать в себя следующие, окончательно сформированные звенья: а) специфические рецепторные аппараты, воспринимающие воздействия экологических факторов, б) проводниковые аппараты, доставляющие периферическую информацию к центральной нервной системе, в) центральные межнейрональные (синаптические) соотношения, определяющие наиболее ответственный участок интегрирования полноценного акта, г) совокупность периферических рабочих аппаратов с их нервными окончаниями (органные синапсы), позволяющие получить рабочий эффект системы, д) совокупность афферентных аппаратов, в сумме обеспечивающих обратную афферентацию о степени успешности данного жизненно важного приспособительного действия новорожденного. Отсутствие или тотальное нарушение функции любого из указанных звеньев приводит к нарушению в деятельности жизненно важных функциональных систем и делает невозможным дальнейшее существование организма.