Онтогенез высшей нервной деятельности человека
Ранние стадии онтогенеза (процесса индивидуального развития) ребенка во многом аналогичны наблюдаемым у других млекопитающих. Начиная со второго года жизни все большее значение начинают приобретать процессы становления и развития второй сигнальной системы, специфические именно для человека. При этом формирование ВНД ребенка тесно связано с созреванием ассоциативных зон коры, которые у взрослого занимают примерно 2/3 всей поверхности больших полушарий.
Детеныши млекопитающих, как и птенцы птиц, делятся на два типа в зависимости от степени зрелости в момент появления на свет. Выводковый тип — это вполне сформировавшиеся, покрытые шерстью детеныши, зрячие, способные следовать за матерью. Гнездовой тип — это детеныши голые, слепые, глухие, в течение нескольких недель после рождения находящиеся в убежище (гнезде, норе). Ребенок с этой точки зрения занимает промежуточное положение. Приматы не строят постоянных гнезд, и родившая самка переносит детеныша на себе — отсюда наличие у младенца хватательного безусловного рефлекса. Ему присущи также безусловные реакции: сосательный рефлекс на раздражение слизистой рта и кожи вокруг рта; мигательный рефлекс; защитные движения рук при щекотании слизистой носа и наружного слухового прохода; реакции на боль и изменение температуры (особенно чувствительно лицо) и др.
В момент появления на свет уже хорошо функционирует вкусовая система: сладкое вызывает пищевое поведение, а кислое, соленое и горькое отвергаются. Слуховая система также в основном сформирована. У новорожденного может быть получена реакция вздрагивания на звук, он различает звуки, разные по высоте на октаву, определяет пространственную локализацию источника звука. Зрительная система функционирует пока плохо, что определяется нескоординированными движениями глаз, в связи с чем ребенок не может фиксировать взор на предметах. Механизм фиксации созревает лишь к 2—3 месяцам, и в это время уже можно наблюдать типичный ориентировочный рефлекс: поворот глаз и головы к источнику света.
Наиболее ранние условные рефлексы новорожденного формируются на уровне первой сигнальной системы в ответ на пищевое подкрепление. Так, при поддержании точного режима кормления (каждые 4 часа) уже на вторую неделю ребенок начинает сам просыпаться перед кормлением (условный рефлекс на время). При этом достаточно взять его на руки, как возникают сосательные движения — проявляется условный рефлекс на положение для кормления.
Начиная с 5—6 недель возможно образование двигательных пищевых и оборонительных условных рефлексов с использованием самых разных сенсорных систем — зрительной, слуховой, тактильной. Чем старше ребенок, тем быстрее идет обучение. При этом наблюдаются три последовательные стадии:
1) сильный ориентировочный рефлекс, неустойчивая условная реакция;
2) устойчивый условный рефлекс, включающий не только движения, но и значительные вегетативные реакции;
3) устойчивый условный рефлекс с минимальным проявлением вегетативных реакций.
Чем старше ребенок, тем более редуцированный вид имеют первые две стадии.
К возрасту 6 месяцев уже возможно определение типа ВНД ребенка. При этом четко выявляются три группы: легкая выработка как условных рефлексов, так и условного торможения (сильные, уравновешенные); легкая выработка условных рефлексов и плохая — условного торможения (сильные, неуравновешенные); плохая выработка условных рефлексов и практическая невозможность выработки условного торможения (слабый тип).
Комплекс образовавшихся к этому времени условных рефлексов уже формирует в нервной системе ребенка первые динамические стереотипы. Ключевое значение в них пока имеют реакции, запускаемые рецепторами, находящимися во внутренних органах (интерорецепторами), и большинство реакций, входящих в стереотипы, — вегетативные. Именно поэтому для ребенка первого года очень важен строгий режим дня, и он отрицательно реагирует на смену времени сна, кормления, прогулок. Изменения внешней обстановки, различные внешние воздействия для него пока менее значимы.
Существует мнение, что заложенные в этот период комплексы вегетативных рефлексов имеют огромное значение в течение всей дальнейшей жизни человека, от них зависит, насколько успешно нервная система будет управлять нашими внутренними органами. Это во многом определяет здоровье человека и его конечное долголетие.
К 8—9 месяцам значимость внешней среды для ребенка возрастает; для него становятся все более важны и интересны люди, которые за ним ухаживают, обстановка комнаты, где он растет, игрушки. В это же время (и даже раньше — начиная с 6 месяцев) появляются первые условные рефлексы на слова. Впрочем, если какую-то привычную для ребенка фразу сказать с другой интонацией, реакция на нее может не проявиться. Однако височная кора быстро развивается, идет ее интенсивное обучение, и к годовалому возрасту процедура слухового обобщения достигает уже достаточно высокого уровня совершенства. В это же время появляются первые речедвигательные реакции — произнесения слогов и простейших слов.
В возрасте до года ребенок еще слабо выделяет отдельные объекты из внешней среды. Он говорит «мама», но мамино платье и мамина кровать — это тоже «мама». С другой стороны, если мама изменит прическу, ребенок может ее не узнать. Первые слова — это всегда названия конкретных людей и предметов, и лишь позже слово превращается в сигнал, обозначающий совокупность предметов (различные варианты обобщения). Но это происходит в следующий возрастной период — на 2—3-м году жизни.
Чрезвычайно важным процессом, интенсивно идущим в первые 1,5—2 года жизни ребенка, является продолжающееся на структурном и клеточном уровнях созревание его ЦНС. Имеются в виду процессы синаптогенеза, а также прорастания и миелинизации аксонов. Хорошо известно, что закладка нервных клеток осуществляется еще в первые месяцы эмбрионального периода. После рождения (в постнатальном периоде) деления нейронов в подавляющем большинстве отделов мозга уже не происходит, но прорастание отростков и установление новых синаптических контактов (синаптогенез) возможны для нейронов в любое время.
В раннем постнатальном периоде синаптогенез особенно активен и, что чрезвычайно важно, направлен не только на дозревание мозга, но и на его адаптацию к условиям внешней среды. Если говорить конкретнее, интенсивность синаптогенеза в различных зонах ЦНС зависит от интенсивности проходящих через них потоков информации. Наиболее четко это показано для сенсорной коры больших полушарий. Концентрация синапсов в зрительной коре детеныша крысы, выросшего в условиях сенсорной депривации (одиночество, монотонно окрашенные стенки клетки), оказывается на 30—50 и более процентов ниже, чем у детеныша, выросшего в сенсорно обогащенной среде (наличие «игрушек» и разнообразие окружающей обстановки, общение с братьями и сестрами).
Для оптимальной интенсивности синаптогенеза в мозге ребенка также необходимы игрушки, постоянный контакт со взрослыми. Недостаток информации в этом возрасте может вызвать далеко идущие последствия (такие, как снижение скорости мышления и способностей к решению абстрактно-логических задач, творчеству). Опасность представляют также различные стрессовые воздействия, способные наложить значительный отпечаток не только на специфику ранних детских воспоминаний, но и на саму структуру созревающего мозга.
Особенно широкий поток информации поступает в мозг ребенка с момента обретения им подвижности, когда младенец начинает ползать, а затем ходить. При этом становится доступной масса новых объектов, руки освобождаются для манипуляций с предметами. На втором году жизни происходит смена доминирующих потребностей ребенка: если раньше для него главным было пищевое поведение, то теперь — исследовательское, подражательное и игровое. В этом возрасте сила и подвижность нервных процессов еще невелика, и поэтому переключение с одного вида деятельности на другой является сложной задачей. В поведении ребенка большую роль продолжают играть стереотипы — строгие «ритуалы» умывания, кормления, одевания, последовательность этапов игры, просто порядок слов в сказке или стихотворении. Изменения в поведении происходят на фоне еще не завершенного процесса прорастания аксонов и их миелинизации, что приводит к увеличению скорости проведения сигналов в ЦНС. Важнейшее последствие этого — ускорение двигательных реакций и улучшение моторной координации. Полностью миелинизация завершается только к 18—20 годам жизни.
Процессы накопления словарного запаса, развития речевого обобщения, формирования мышления, внутренней речи описаны в предыдущей главе.
Кратко охарактеризуем следующую стадию развития ВНД ребенка — возраст от 3 до 6 лет. Она отличается заметной неуравновешенностью процессов возбуждения и торможения. В результате этого общий уровень активации ЦНС часто избыточен, регистрируется повышенная двигательная активность и эмоциональность, при выработке условных рефлексов и навыков наблюдается много «лишних» движений, плохо формируются реакции условного торможения. Последнее выглядит как «неуправляемость» ребенка и может приводить к трудностям в его воспитании. В этом же возрасте ребенок начинает отделять себя от среды, стремится привлечь к себе внимание, самоутвердиться. Ближе к 6 годам (по мере дозревания тормозных нейрохимических систем) аффективные поведенческие проявления ослабевают, снижается активность манипулирования и вербальная активность, начинает преобладать внутренняя речь. Развившаяся способность к обобщению признаков позволяет начать обучение чтению и письму. Ребенок на основе предварительной словесной инструкции уже может управлять своим поведением.
Следующая стадия — 6—10 лет. Нервные процессы в этот период обычно характеризуются достаточной уравновешенностью, хорошо выражены все виды внутреннего торможения. Быстро развивается способность к тонким движениям пальцев, манипуляциям, но сила нервных процессов еще невелика, и утомление развивается довольно быстро. С этим связаны многие трудности, возникающие в начальной школе. Но в целом развитие мозга приближается к уровню взрослого человека.
Первый подростковый период — 11—13 лет у девочек, 13—15 лет у мальчиков. При половом созревании под влиянием резко возросшего уровня половых гормонов возбудимость нервной системы значительно повышается и ослабевают процессы торможения: ухудшается работа ГАМК-ергической системы мозга. Это приводит к раздражительности, легкой утомляемости, расстройствам сна. Замедляется речь, ухудшаются процессы условного торможения, увеличиваются латентные периоды сенсомоторных реакций.
Второй подростковый период — 13—15 лет у девочек, 15— 17 лет у мальчиков. Это наиболее критическая стадия. В этот период скачки концентрации половых гормонов настолько велики, что в результате страдают не только тормозные, но и возбуждающие системы мозга. Отсюда — эмоциональная неуравновешенность, обидчивость, негативизм, однако в результате ЦНС приспосабливается существовать в условиях высокой активности половых желез, и постепенно начинает улучшаться условно-рефлекторная деятельность, память. После 17—18 лет мозг практически готов к взрослому уровню нагрузок.
Обратная ситуация наблюдается после 45—55 лет, когда происходит ослабление функций половых желез (климакс). Нервные клетки, лишенные привычного гормонального фона, вновь ухудшают качество своей деятельности, нарушается баланс возбуждения и торможения. Более серьезной эта проблема является для женщин, у которых выключение продукции половых гормонов происходит резко. По этой причине могут развиться изменения в поведении, сходные с наблюдаемыми в подростковом возрасте. Для облегчения такого перехода рекомендуется применять замещающую гормональную терапию.
В постклимактерическом периоде равновесие возбуждающих и тормозных процессов вновь восстанавливается. Если человек к этому моменту сохранил физическое здоровье, период жизни после 60 лет может оказаться очень продуктивным в творческом отношении — к этому моменту накоплен значительный жизненный опыт и «есть чем поделиться». Многие великие произведения искусства, философские теории были созданы авторами именно в этом возрасте.
Наконец, момент завершения жизни. Как это ни печально, смерть — общий для всех живых существ финал процесса индивидуального развития. По мере совершенствования медицины причины смертности в масштабах человечества заметно изменяются. До XIX века включительно основным фактором были инфекционные заболевания. С победой над большинством из них в XX веке на первое место выдвинулись нарушения деятельности сердечно-сосудистой системы и рак. Сейчас очевидно, что их ранняя диагностика, интенсивное хирургическое лечение и фармакотерапия позволяют продлить жизнь человека в среднем на 15—20 лет и более. Однако возник новый барьер — нейродегенеративные заболевания.
Недавние открытия «генов клеточной смерти» показывают, что существует врожденно запрограммированный механизм гибели нашего организма, который внешне выглядит как включение в некоторый критический момент определенных биохимических реакций и процессов, выводящих клетку из строя. Именно изменения, происходящие на уровне генов и ферментов, лежат в основе различных нейродегенераций. Наиболее значимыми (по количеству больных) из них являются болезнь Паркинсона и старческая деменция.
Особенности болезни Паркинсона обсуждались в разд. 3.8. Ее причиной является избирательная дегенерация клеток черной субстанции, приводящая к прогрессирующим нарушениям двигательных функций. Старческая деменция (болезнь Альцгеймера) — еще более серьезная и опасная патология. Число страдающих ею во всем мире измеряется миллионами. Суть происходящих изменений — в нарушении строения мембран нервных клеток и накоплении в нейронах особых патогенных белков бета-амилоидов, в результате чего страдают процессы передачи информации в мозге и происходит нарастающая гибель нейронов. У больного наблюдается общая деградация ВНД, затрагивающая сначала самые тонкие психические функции (структуру личности, творческие способности), а затем распространяющаяся на память, планирование поведения, вплоть до базовых программ поддержания гомеостаза. Процесс занимает обычно 3—5 лет, заканчиваясь смертью. В настоящее время на борьбу со старческой деменцией направлены огромные силы и средства, но успехи, в силу сложности патологических процессов, лежащих в ее основе, назвать значительными пока нельзя.
Заканчивая данную главу, хотелось бы еще раз подчеркнуть характерную черту большинства «кризисных» по отношению к ВНД ситуаций, наблюдаемых в ходе онтогенеза человека: это относительная слабость тормозных (ГАМК-ергических) процессов по сравнению с возбудительными. Чем бы ни был вызван тот или иной кризис — незрелостью мозга, скачками гормональной активности, стрессом и переутомлением, заболеваниями — в качестве его первых признаков (симптомов) мы наблюдаем ухудшение работы наиболее тонких нервных механизмов (обучения, внимания, памяти) вследствие нарушения баланса возбуждения и торможения. Разумная коррекция этого баланса с помощью ноотропов, витаминоподобных препаратов, антидепрессантов позволяет нервной системе с «минимальными потерями» пережить опасный период и вновь вернуться к уравновешенному работоспособному состоянию.