Профессиональный мозг? Адаптация нервной системы к

Профессиональный мозг?
Адаптация нервной системы к выполняемой деятельности.
Функциональное состояние.
Лектор: Напалков Дмитрий Анатольевич
доцент Кафедры высшей нервной деятельности
Биологического факультета МГУ
www.neurobiology.ru
Эффективность деятельности характеризуется
приспособленностью системы к достижению поставленной
перед ней задачи.
(Н.А. Бернштейн, 1968)
Эффективность деятельности
Эффективность деятельности характеризуется приспособленностью
системы к достижению поставленной перед ней задачи.
(Бернштейн, 1968)
При этом степень адекватности ответа требованиям, определяемым
содержанием деятельности и условием ее осуществления,
осуществления является
одним из показателей эффективности. Она характеризуется на
основании следующих параметров:
1) количественного и качественного соответствия реализуемого ответа
содержанию решаемой задачи;
2) оптимальности способа функционирования каждой из включенной в
деятельность систем и их согласованности друг с другом;
3) минимального расхода психофизиологических ресурсов на основании
использования оптимальных способов
б регуляции.
(Леонова, 1984).
Адаптация
Биологическая адаптация (от лат. adaptatio — приспособление) —
приспособление
организма
к
внешним
условиям,
включая
морфофизиологическую и поведенческую составляющие.
Уровни индивидуальной адаптации человека:
- Состояние удовлетворительной адаптации
- Состояние функционального напряжения
- Состояние неудовлетворительной адаптации
- Состояние срыва адаптации
Баевский, Кириллов, Клецкин, 1984
Состояние удовлетворительной
адаптации
Обеспечивает достижение организмом функционального оптимума. В
известном смысле может быть отождествлено с понятием нормы.
Принцип
р ц оптимальности включает в себя понятие биосоциальной
ц
цены,,
ц
которую платит организм за поддержание гомеостаза. Оптимальность
адаптации, свойственной здоровью, проявляется в способности
сохранять в различных условиях уравновешивание со средой при
умеренной плате за адаптацию. Для здорового человека характерна
полноценность всех проявлений его жизнедеятельности, в том числе
способности к труду.
труду
Особая форма удовлетворительной адаптации – специализированная
адаптация, которая соответствует состоянию лиц, специально
подготовленных к определенным видам деятельности (спортсмены,
водолазы, космонавты и др.) или к длительному влиянию
экстремальных условий среды (проживание в условиях Заполярья и
др.).
Состояние функционального
напряжения
Первичная
оперативная
стрессорных
функциональных
реакция
факторов
факторов.
резервов
организма
Характеризуется
организма,
на
воздействие
мобилизацией
повышением
уровня
функционирования его систем, особенно тех, которые обеспечивают
приспособительный эффект. Усиливаются воспроизводство энергии,
согласованность работы различных органов и систем за счет
централизации управления функциями.
ф
да ац
организма
ор
а з а за ссчет
е фу
функционального
ц о а
о о напряжения
а р е
носит
ос
Адаптация
кратковременный характер.
Состояние неудовлетворительной
адаптации
Характеризуется
уменьшением
уровня
функционирования
биосистемы рассогласованием отдельных ее элементов,
биосистемы,
элементов развитием
утомления. Состояние неудовлетворительной адаптации обычно
является результатом перенапряжения функциональной системы.
О
Организм
пытается приспособиться
б
к чрезмерным для него условиям
существования путем изменения функциональной активности
отдельных систем и соответствующим
у
напряжением
р
регуляторных
р
у
р
механизмов (увеличение платы за адаптацию).
Специфические
патологические
изменения
оптимальный режим функционирования уже
обеспечен.
отсутствуют.
отсутствуют
Но
не может быть
Состояние срыва адаптации
Включает в себя все многообразие проявлений предболезни и
начальных форм различных заболеваний у здоровых и больных.
больных
Развитие болезни означает дезадаптацию организма и «полом»
адаптационных механизмов.
Общественно полезные, трудовые, социальные функции человека в
той или иной степени снижены.
Наследственность
ас едс е ос и границы
ра ц адаптации
ада ац
Типы темперамента
р
Холерик
Меланхолик
Сангвиник
Флегматик
Типы высшей нервной
деятельности
И.П. Павлов, руководствуясь многолетним лабораторным изучением
условных рефлексов собак, при классификации типов ВНД, придавал
основное значение нескольким свойствам
й
нервной
й системы, которые он
считал наиболее надежными показателями нервной активности. Этими
показателями являются: сила процессов возбуждения и торможения, их
взаимная уравновешенность и подвижность, т.е. скорость с которой
й
возбуждение может сменяться торможением и наоборот.
В экспериментальной практике встречаются 4 основных типа: 1.
1 тип
сильный,
но
неуравновешенный,
который
характеризуется
преобладанием возбуждения над торможением, 2. тип сильный,
уравновешенный с большой подвижностью нервных процессов,
уравновешенный,
процессов 3.
3 тип
сильный уравновешенный, с малой подвижностью, 4. тип слабый,
характеризующийся слабым развитием как возбуждения, так и
торможения - для него характерна быстрая истощаемость,
истощаемость приводящая к
потере работоспособности.
Холерики
Суворов А.В.
Пушкин А.С.
Меланхолики
Лермонтов М.Ю.
Гоголь Н.В.
Флегматики
Кутузов М.И.
Крылов И.А.
Сангвиник
Бонапарт Н.
Близнецовый
ц
метод
д
rDZ
The basic ttwin
in model.
model
A - additive genetic influence;
C - shared environment;
E - nonshared environment;
Paths a, c, and e - effects of
A, C, and E on a trait;
rMZ - monozygotic genetic or
shared
h d environmental
i
t l correlation;
l ti
rDZ - dizygotic generic or shared
environmental correlation.
Зависимость веса тела от
наследственности и факторов среды
Если вес зависит только
от факторов среды
Если вес зависит только
ф
р
от генетических факторов
Реальные данные
Влияние наследственности и среды на
когнитивные функции
ф
ависимость когнитивных
кций от наследственности и
Вариации успешности
обучения математике
Критические периоды онтогенеза
Адаптация и пластичность нервной
системы
Профессиональный мозг ?
ade use of a unique learning situation in London and used licensed London taxi
as a model for exceptional memory. While the expertise of taxi drivers has been
in Paris, Chicago and Helsinki, only in London is their expertise truly exceptional
arly defined.
to become a taxi driver in London can take place only after the age of 21.
21
s undergo extensive training over a period of 2–4 years known as acquiring ‘The
dge’. This involves the impressive feat of learning the layout of 25 000 streets in
Профессиональный мозг
Volumetric analysis findings.
The orientation of the slices
measured in the volumetric
analysis with respect to the
hippocampus is shown (Top Right
Inset).
A-a
anterior;
e o ; B - body; P - pos
posterior.
e o
(Upper) The mean of the crosssectional area measurements for
the three regions
g
of the left
hippocampus (LH).
(Lower) The means for the right
hippocampus (RH).
Taxi drivers had a significantly
greater volume relative to controls
in the posterior hippocampus, and
controls
showed
greater
hippocampal volume in the
Navigation expertise: positive outcomes.
drivers (nZ18) were significantly better at judging the relative locations of landmarks in
don than bus
b s drivers
dri ers (Mag
(Maguire
ire et al
al. 2006a)
2006a).
result was replicated in a different cohort of taxi drivers and a control group of non-taxi
ers (nZ20 each group; Woollett & Maguire in press).
N i ti expertise:
Navigation
ti
negative
ti outcomes.
t
i drivers (nZ18) were significantly worse at recalling elements of the Rey–Osterrieth
mplex
p
Figure
g
at delayed
y recall compared
p
with bus drivers ((nZ17;; Maguire
g
et al. 2006a).
)
result was replicated in a different cohort of taxi drivers and a control group of non-taxi
ers (nZ20 each group; Woollett & Maguire in press).
E IT OR LOSE IT?
Ceasing to use a skill: preliminary data.
(a) The performance of elderly taxi drivers
who were still working full-time
full time was
compared with retired taxi drivers on the VR
London navigation test. The routes of the
retired taxi drivers were longer
g
and less
ideal than those taxi drivers who were still
working.
(b) A group of elderly still-working taxi
drivers retired taxi drivers and retired
drivers,
control non-taxi drivers were compared on a
range of neuropsychological measures. Fulltimers were significantly
g
y better on tests of
London knowledge.
(c) The reverse pattern was apparent on
tests of new learning, with full-timers
significantly worse on the delayed recall of
the Rey–Osterrieth Complex Figure.
(d ) Full-time taxi drivers had greater grey
matter volume in the p
posterior hippocampus
pp
p
than retired taxi drivers (voxel of peak
difference shown in yellow), while the retired
Не только таксисты...
таксисты
bution of significant voxels with increased gray matter density in the mathematicians
ve to the control subjects. Only clusters of voxels consisting of at least 100 voxels are
yed. The 3D overlay images demonstrate the regions with significantly increased gray
result of the regression analysis testing the correlation between gray matter density of
athematicians and period of time spent as an academician is overlayed on the
ized T1-weighted images. They show that gray matter density in the right inferior
al region of the mathematicians is strongly correlated with the duration of time spent as
demician.
e gray matter density values from the voxels showing the maximum correlation on the
Gray Matter Differences between Musicians and
Nonmusicians
CHRISTIAN GASER, GOTTFRIED SCHLAUG
DOI: 10.1196/annals.1284.062
«Musicians learn complex motor and auditory
skills at an early age and practice these
specialized skills extensively from childhood
th
through
h their
th i entire
ti careers. Using
U i
a voxel-bylb
voxel morphometric technique, we found gray
matter volume differences in motor as well as
auditoryy and visuospatial
p
brain regions
g
comparing professional musicians (keyboard
players) with matched amateur musicians and
nonmusicians. These multiregional differences
might
i ht representt structural
t t l adaptations
d t ti
i
in
response to long-term skill learning and
repetitive rehearsal of these skills. This is
pp
byy finding
g a strong
g association
supported
between structural differences, musician status,
and practice intensity as well as by a wealth of
Локализация функций в коре больших
полушарий
1. зона Вернике
р
2. зона Брока
3. лобная кора
4. моторная зона
5. центральная борозда
6. соматосенсорная зона
7. зрительная зона
8. слуховая зона
Соотношение проекционных и ассоциативных
зон в коре различных видов животных
Эквипотенциальность
ц
Лешли, экспериментируя на крысах, установил (1929), что степень
Принципиальная схема
ф
функциональной
й системы
П.К. Анохин
оминирую щ ая м отивация; П – память; О А – обстановочная аф -
Функциональное состояние
Функциональное состояние – интегральный комплекс наличных
характеристик тех качеств и свойств организма, которые прямо или
косвенно
определяют
р
деятельность
человека.
Функциональное
у
состояние есть системный ответ организма, обеспечивающий его
адекватность
д
требованиям
р
деятельности,,
д
поэтомуу
главным
содержанием ФС является характер интеграции функций и особенно
– ре
регулирующих
у рующ механизмов.
е а з о
Словарь физиологических терминов (1987)
Олимпийский р
рекорд
рд «слепого лучника»
у
м Донг Хьюн – Южнокорейский лучник, двукратный олимпийский
Анализ активации областей коры
б
больших
полушарий
й с помощью ЭЭГ
Электроэнцефалография - наиболее распространенный метод
электрофизиологического исследования ЦНС человека. Основан на
регистрации колебаний электрических потенциалов мозга с
Депрессия альфа-ритма при
открывании глаз
Депрессия альфа-ритма в ответ на
предъявление зрительного стимула
Энцефалографические
ц ф
р ф
данные
д
Выраженность альфа-диапазона ЭЭГ
во время прицеливания
Ключевые требования к оптимальному
психофизиологическому
ф
состоянию стрелка:
 Подавление
д
процессов,
р ц
, связанных с вербально-логической
р
формой мышления.
 Умеренное
использование
зрительного
анализатора
анализатора,
концентрация на кинестетических и вестибулярных ощущениях.
 Развитое чувство опоры и сознательный контроль центра
тяжести тела, или общего центра тяжести системы «тело стрелка
– оружие» над центром опоры, как в спокойном состоянии, так и
при отклонении тела.
Мотивация, активация и адаптация
Законы Йеркса
Й
– Додсона (1908)
В первом законе определяется, что
соотношение мотивации и качества
деятельности выражается колоколообразным
р
графиком:
р ф
при
р повышении
мотивации до определенного уровня
растет и качество деятельности, но
дальнейшее повышение мотивации,
мотивации
после достижения плато, приводит к
снижению продуктивности.
Во втором законе определяется, что
Активационная теория Линдсли
Оптимальный уровень активации
Оптимальный уровень активации
Оценка активации с помощью анализа
ритма сердца
ЧСС. Пульс.
у
Повышается в период острой адаптации,
в дальнейшем снижается
снижается.
105
100
ЧСС (уд
д/мин)
95
90
НОРМА
85
ММД
80
75
70
65
фон 1
фон 2
инстр
инстр.
деят
деят.
мика значений ЧСС испытуемых. «Норма» - испытуемые без отклонений в
тии (63 человека), «ММД» - испытуемые с минимальными мозговыми
Оптимизация функционального состояния с
помощью биологической
б
й обратной
б
й связи
авление
ониторе
Сигнал адаптивной
обратной связи
Центральные
механизмы регуляции
Управляемая
физиологическая
функция
датчик
Игровое
ро ое биоуправление
б оу ра е е
ИРА! – психофизиологическая модель стрессовой ситуации. Чем
едленнее
д
пульс,
у
, тем быстрее
р д
двигается водолаз.
д
Чтобы выиграть,
р
,
еобходимо уметь контролировать свое состояние.
Ралли – в данной игре нужно быстро реагировать на камни,
появляющиеся
щ
на дороге,
д р , но при
р этом быть спокойным и
расслабленным
Применение тренажеров с биологической
обратной
б
й связью
Спасибо за внимание!