Глава 3. АНАЛИТИЧЕСКАЯ И СИНТЕТИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ.

Способность нервной системы воспринимать и анализировать раздражители, действующие на организм, называется аналитической деятельностью, а объединение результатов анализа соответствующего ответного действия — синтетической. Аналитическая и синтетическая деятельность осуществляется всей нервной системой, но главная роль отводится коре полушарий головного мозга. Аналитические и синтетические процессы в коре головного мозга протекают одновременно с участием сложных явлений движения и взаимодействия процессов возбуждения и торможения, обеспечивающих высшую нервную деятельность животного (рис. 17).

Рис. 17. Аналитическая и синтетическая деятельность нервной системы собаки.

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ.

Анализ — разложение, расщепление, расчленение предмета или явления на его составные части. Методом анализа пользуются для исследования отдельных свойств, составных частей чего-нибудь, определения состава вещества и т. д. Анализ является функциональным началом нервной деятельности любого организма. У животных аналитическая деятельность осуществляется с помощью сложных нервных образований, называемых анализаторами, которые включают в себя рецепторы, нервные пути, проводящие импульсы от рецепторов в центральную нервную систему, и чувствительные нервные центры в коре головного мозга. Они обеспечивают непрерывную связь организма с окружающей средой и играют важную роль в его жизнедеятельности. Импульсы, поступающие через анализаторы в центральную нервную систему, поддерживают ее тонус на высоком уровне. Если выключить работу анализаторов и прекратить доступ к мозгу информации из внешнего мира, животное неизбежно впадет в состояние непрерывного сна и может погибнуть. У различных видов животных анализаторы развиты неодинаково. Например, у собак наиболее развит обонятельный анализатор, менее — слуховой и зрительный, слабо развит вкусовой анализатор.

Общими свойствами анализаторов являются: чувствительность, специфичность, адаптация, сенсибилизация, контрастность, следовой процесс и взаимодействие анализаторов.

Чувствительность — это высокая способность анализаторов улавливать и воспринимать даже небольшие внешние воздействия. Она обеспечивается рецепторным аппаратом органов чувств.

Специфичность — способность каждого рецептора воспринимать только свой вид энергии и формировать специфические ощущения. Раздражители, специфические для каждого рецептора, называются адекватными. Анализ адекватных раздражителей заключается в различении их по интенсивности и качествам воздействия.

Адаптация — это приспособляемость органов чувств к силе раздражителя. У каждого рецептора она выражена в разной степени. Адаптация наступает при продолжительном действии 1 раздражителя и зависит от его силы. Например, у собаки адаптация на сильный запах наступает быстрее, чем на слабый.

Сенсибилизация — повышение чувствительности анализатора в результате многократных повторений действий раздражителя на органы чувств. Частые тренировки собаки в выборке вещей по запаху повышают чувствительность обонятельного анализатора.

Контрастность — это способность анализатора резко воспроизводить ощущение и делать его более точным, конкретным, определенным. Она осуществляется в сенсорных зонах анализатора благодаря одновременному проявлению и взаимодействию свойств иррадиации и индукции.

Следовой процесс — это остаточные, продолжающиеся некоторое время ощущения после прекращения действия раздражителя. Прерывистые раздражения создают непрерывные ощущения.

Все перечисленные свойства в одном и том же анализаторе проявляются одновременно, и, взаимодействуя друг с другом, способствуют различению одного раздражителя от другого по внешним признакам и качествам. Например, в обонятельном анализаторе такое взаимодействие обеспечивает четкую дифференцировку запахов по силе, давности и другим его элементам. Функциональное взаимодействие всех анализаторов обеспечивает последовательное воспроизведение в ощущениях целостных образов воспринимаемых раздражителей.

Функциональные возможности анализаторов собаки. Обонятельный анализатор реагирует на находящиеся в воздухе молекулы летучих веществ, называемые запахом. По запаху животное отыскивает нужный корм, обнаруживает на расстоянии других животных, различает огромное количество предметов. Обоняние помогает животному определить особей противоположного пола, место своего обитания, свободно ориентироваться на местности, избегать опасности.

Обонятельные рецепторы находятся в обонятельном эпителии в глубине верхнего хода носовой полости. У собаки обонятельная область равна 250–400 квадратных миллиметров и состоит из 125–224 миллионов обонятельных клеток. Каждая клетка имеет большое количество тонких ресничек, что во много раз увеличивает ее обонятельную способность. Высокая чувствительность к веществам, находящимся в воздухе, — отличительное свойство клеток обонятельного рецептора.

Рис. 18. Обонятельный анализатор собаки.

Доказано, что собака способна ощущать наличие одной молекулы пахучего вещества в одном литре воздуха и воспринимать запах одной молекулы в одном миллилитре воды. Молекулы пахучих веществ, поступающие с воздухом в обонятельную область, контактируют с ворсинками рецепторных клеток и вызывают деполяризацию мембран обонятельных нейронов. Деполяризованный нейрон генерирует в волокне обонятельного нерва импульсы возбуждения определенной частоты, силы, амплитуды и продолжительности. Комбинации импульсов возбуждения различных параметров несут информацию о запахе к нервным клеткам обонятельных луковиц и нервным центрам обонятельных зон височной доли коры головного мозга, где формируются определенные запаховые ощущения с последующим запоминанием их в виде запахового образа (рис. 18).

Аналитическая функция коры головного мозга проявляется в четкой дифференцировке запахов по малейшим отличительным признакам. Собака различает до 2 миллионов запахов. Эта способность дает ей возможность легко отличить нужный запах от других запахов даже в смеси. Объясняется это тем, что в отличие от человека и других животных собака ощущает смесь запахов не обобщенно, а раздельно. Диапазон запахового восприятия у собаки можно сравнить с богатством цветового ощущения у человека.

С помощью обонятельного анализатора собака ориентируется в концентрации и силе запаха, его давности и свежести. Установлено, что она способна различать запахи по давности с разницей в пределах 3–5 минут, а запаховая память позволяет идентифицировать сходные между собой запахи. На все запаховые свойства, у собаки легко образуются условные рефлексы, что дает возможность успешно ее дрессировать и использовать в работе по чутью.

Слуховой анализатор воспринимает звуковые колебания, преобразует их в импульсы возбуждения, передает по слуховому нерву в средний мозг и далее в височные доли коры головного мозга. Рецепторной частью слухового анализатора является кортиев орган, находящийся в улитке. В нем расположены опорные и волосковые клетки, воспринимающие звуковые колебания. От волосковых клеток отходят нервные волокна биполярных клеток, которые составляют слуховой нерв, содержащий около 24000 поперечных волокон. Большая часть слуховых путей перекрещивается в среднем мозге и поступает в слуховую зону коры головного мозга. В коре формируются звуковые ощущения, благодаря которым собака различает силу, ритм, частоту, тембр, продолжительность звуковых сигналов (рис. 19).

Рис. 19. Слуховой и вестибулярный анализатор собаки.

А) орган слуха.

Б) орган равновесия.

С помощью слухового анализатора собака может воспринимать звуки с частотой от 12 до 80000 колебаний в секунду, (человек от 16 до 20000), дифференцировать 7000–9000 различных по высоте звуков, ощущать силу звука от 0,1 до 120 децибел.

Собака обладает способностью улавливать звуки средней силы на расстоянии до 50 метров (человек 5–7 метров), лучше всего она воспринимает звуки в диапазоне от 1000 до 100000 герц, а в ночной тишине способна улавливать шорохи на расстоянии 100–150 метров.

Собака обладает способностью определять направление звука с помощью ушных раковин с точностью до 3 градусов. Звук, возникший сбоку от собаки, воспринимается одним ухом на насколько долей миллисекунды раньше, чем другим. Эта небольшая разница в поступлении звука к правому и левому уху дает возможность анализатору установить довольно точно направление источника звука.

В слуховом анализаторе при продолжительном действии звука адаптация наступает медленнее, чем в других. Наибольшая адаптация слуха наступает от звуков высоких частот.

Рис. 20. Зрительный анализатор собаки.

Утомление быстрее наступает при длительном действии шумов и сильных звуков. Ультразвуки, не ощущаемые человеком, собака хорошо улавливает. Сильные ультразвуки вызывают у собаки неприятные ощущения и страх.

Зрительный анализатор воспринимает световые волны и обеспечивает зрение животного. При помощи зрения собака определяет цвет, форму, величину, быстроту движения предметов, расстояние до них и ориентируется в пространстве.

Цвет воспринимается при помощи светочувствительных клеток — палочек и колбочек, называемых фоторецепторами. Палочки и колбочки представляют два аппарата зрения. Палочки обеспечивают сумеречное зрение. Они дают бесцветные световые ощущения. Колбочки — орган дневного зрения, дают цветовые ощущения. Исходя из анатомического строения сетчатой оболочки глаза, можно предполагать, что цветное зрение у собаки развито слабо, черно-белое — лучше. У собак и других животных, ведущих ночной образ жизни, между слоем палочек и колбочек и пигментными клетками находится слой из кристаллов или нитей. При попадании света на этот слой происходит его отражение, что является причиной своеобразного свечения глаз (рис. 20).

Рецепторы сетчатки передают световые сигналы моментально, а потом только дополняют сигналами об изменении или исчезновении светового раздражителя. Существуют рецепторы, которые передают только изображения предметов. Другие рецепторы реагируют только на появление или исчезновение светового сигнала или его движение. Информация от сетчатки глаза передается по волокнам зрительных нервов в мозговые центры, расположенные в затылочной части коры полушарий головного мозга. В зрительном нерве находится около одного миллиона нервных волокон, каждое из которых делится на несколько канальцев, способных передавать самостоятельно импульсы возбуждения. Из поступивших импульсов в зрительных областях коры формируются световые ощущения в виде стереотипных отображений предметов окружающей среды.

Зрение двумя глазами (бинокулярное) позволяет собаке видеть рельефные изображения предметов, видеть в глубину и определять расстояние предмета от глаза. При этом изображение предмета возникает на сетчатке каждого глаза, но они сливаются в коре головного мозга в одно изображение, собака видит один предмет. Восприятие величины предметов обусловлено величиной изображения и расстоянием от глаза. Собака видит предметы средней величины на расстоянии 100–150 метров. По сравнению с человеком у собаки зрение намного слабее. Особенность зрительного анализатора собаки состоит в том, что она хорошо, с высокой точностью видит все движущиеся предметы, замечает жесты и мимику дрессировщика. Ночью видит лучше человека. Убегающего человека собака видит на расстоянии 300–400 метров, а после соответствующей тренировки — до 800 метров.

Вкусовой анализатор служит для исследования веществ, поступающих в рот с кормом. С его помощью собака определяет пригодность или непригодность пищи, анализирует ее вкусовые качества. Рецепторы вкуса расположены в основном в сосочках языка и представляют собой особые образования, называемые вкусовыми луковицами. Растворенные слюной химические вещества пищи попадают в углубления вкусовых луковиц. Через вкусовой нерв раздражение поступает в продолговатый мозг и передается в кору больших полушарий, где формируются вкусовые ощущения. Известны четыре разновидности вкуса: сладкий, горький, кислый, соленый и вкус воды. Собака различает не только основные разновидности вкуса, но и большое разнообразие их комбинаций. Ощущение вкуса возбуждает пищевой центр, что рефлекторно влияет на процессы пищеварения и обмена веществ. У собак пищевой анализатор развит намного слабее, чем у других животных, однако он играет важную роль в установлении рефлекторных связей о деятельности других органов и систем. Например, вкусовое ощущение лакомства повышает тонус нервных центров мышечной деятельности и способствует замыкательной функции условно-рефлекторных связей на команды и жесты дрессировщика.

Кожный анализатор контактирует с внешней средой и обеспечивает три вида чувствительности: болевую, тактильную и температурную. Восприятие различных видов внешних раздражений осуществляется рецепторами, расположенными в коже. Для каждого вида чувствительности имеются свои рецепторы. От них отходит огромное количество нервных волокон, поступающих через спинной мозг в продолговатый, средний, промежуточный и в кору полушарий головного мозга. В мозговой части на все раздражения формируются определенные ощущения: боли, прикосновения, давления, тепла и холода. Весь комплекс ощущений от соприкосновения кожи с различными телами называется осязанием.

У собаки осязание на различных участках тела выражено неодинаково. В практике дрессировки необходимо знать и учитывать зоны механического воздействия при выработке различных условных рефлексов и навыков.

Болевая чувствительность осуществляется с помощью рецепторов, воспринимающий болевые раздражения. Они имеют вид свободных нервных окончаний, возбуждение которых наступает от действия механических, химических, электрических, термических и других факторов. Чувство боли возникает и при действии на другие рецепторы, если раздражители большой силы. Боль — сигнал бедствия в организме, показатель степени нарушения нормальных процессов и целостности частей тела животного. Ощущение боли вызывает у животного стремление освободиться от раздражителя, причиняющего боль, что проявляется в соответствующих оборонительных реакциях. Болевые раздражители в практике дрессировки применяются для развития активно-оборонительной реакции, злобы, выработки хватки, перехватывания и других условных рефлексов. Болевые раздражители в этих случаях наносятся помощником дрессировщика. Места и характер наносимых ударов определяет инструктор.

Тактильная чувствительность обусловлена раздражением специальных рецепторов, расположенных в коже. Они воспринимают прикосновение и давление, отличающиеся между собой по силе действия. Тактильная чувствительность усиливается при прикосновении к волосам. У собаки имеются специальные осязательные волосы вокруг рта, носа и на веках, которые обеспечивают высокую чувствительность в области головы. У нее достаточно четко вырабатываются условные рефлексы на место и характер прикосновения к коже, а также прочный условный рефлекс поощрения на поглаживание в области спины. При длительном прикосновении у собаки наступает адаптация и она, например, не ощущает ошейника, намордника, шлейки, защитных чулков.

Температурная чувствительность обеспечивает информацию организма о температуре окружающей среды. Она воспринимается двумя видами рецепторов — тепловыми и холодовыми. Холодовые рецепторы расположены поверхностно, тепловые глубже. С помощью поступающих от них сигналов температуре в организме рефлекторно осуществляется регуляция температуры тела и поддержание ее в пределах 37,5–39°C. Резкие перепады температуры окружающей среды нарушают приспособительные реакции и отражаются на общей условно-рефлекторной деятельности собаки, что необходимо учитывать при подготовке и использовании служебных собак.

Двигательный анализатор обеспечивает сухожильно-мышечное чувство и координацию движений. Рецепторы находятся в мышцах, сухожилиях и связках. Центральная часть двигательного анализатора расположена в коре головного мозга, куда непрерывно поступают импульсы о состоянии работы мышц. Каждое движение определяется с помощью вестибулярного аппарата, органов зрения, слуха и кожи. Большое значение в оценке мышечных движений имеет тактильная чувствительность.

В продолговатом и в других отделах головного мозга происходит взаимодействие не только между участками двигательного анализатора, но и между разными анализаторами.

Двигательный анализатор обеспечивает автоматическое саморегулирование большинства двигательных функций и связь их с другими анализаторами через систему сложных условных рефлексов. Двигательные условные рефлексы составляют основу большинства общедисциплинарных и специальных навыков, вырабатываемых при дрессировке собак.

При дрессировке собак действующие раздражители и обстановка воспринимаются рецепторами различных органов чувств. Поступившая информация направляется по разным нервным путям в соответствующие отделы головного мозга. Например, помощник является единым раздражителем, а воспринимается органами чувств собаки в расщепленном виде: органом зрения — внешний вид, органом обоняния — запах, органом слуха — голос, органом зрения и кожными рецепторами — характер действия помощника. Способность нервной системы к элементарному анализу через рецепторы органов чувств называется первичным анализом.

Благодаря высокой специализации органов чувств воспринятые сигналы подвергаются дальнейшему качественному и количественному анализу. Этот анализ осуществляется в среднем, промежуточном мозге, мозжечке и ретикулярной формации. В этих отделах головного мозга каждый поступивший сигнал, в свою очередь, подвергается расщеплению на присущие ему свойства и качества. Например, общий запах помощника расщепляется на бытовой, индивидуальный и другие сопутствующие запахи. Такая способность подкорковых отделов головного мозга к более глубокому анализу поступивших сигналов называется вторичным, или промежуточным, анализом.

Наиболее тонкий анализ осуществляется в клетках коры головного мозга. Высокочувствительные нейроны объединяются в сенсорные зоны, расположенные в определенных областях головного мозга. Вместе с развитием чувствительных зон в коре больших полушарий совершенствовались и специализировались рецепторные аппараты органов чувств.

Улавливание, тончайшее восприятие, различение и выделение отдельных существенных признаков из огромной информации о свойствах и качествах раздражителя является сложной и высшей формой анализа. Такой анализ раздражителей, осуществляемый в коре головного мозга, называется высшим, или окончательным. Например, тонкая дифференцировка запахов при одорологической идентификации возможна благодаря высокой аналитической деятельности обонятельного анализатора собаки.

СИНТЕТИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ.

Синтез — соединение различных элементов, частей и явлений в единое целое. Методом синтеза пользуются для обобщения данных, добытых анализом. Синтез в организме — функциональное завершение аналитической деятельности нервной системы. Синтетическая деятельность неразрывно связана с аналитической и осуществляется последовательно. Прямым продолжением анализа органов чувств является первичный синтез. Он осуществляется путем соединения всех раздражений в каждом органе чувств в обобщенные сигналы о характере действия раздражителя. Например, яркий свет, сильный звук, резкий запах и др. В центральной нервной системе в результате первичного анализа из обобщенных сигналов формируется первичное ощущение: приятно или неприятно. Это грубое ориентирование организма о результатах действия раздражителя есть выражение первичной синтетической деятельности нервной системы.

Более конкретные ощущения воспринятых сигналов от действия раздражителя формируются в промежуточных отделах головного мозга, которые определяют их биологическую значимость для организма «опасно» или «неопасно» и соответствующий характер ответного действия. Такое обобщение информации называется вторичным, или промежуточным, синтезом. Промежуточный синтез — результат промежуточного анализа и внешне проявляется в формировании определенных ощущений на отдельные свойства и качества раздражителя. Из ощущений формируются определенные эмоции и соответствующие сложные безусловные реакции поведения. Окончательный анализ осуществляется клетками коры головного мозга и является продолжением промежуточного синтеза и завершением окончательного анализа поступивших раздражений в нервной системе. Явление синтеза можно наблюдать в процессе образования и упрочения условных рефлексов в навыки. Уже само формирование временной связи между двумя очагами возбуждения в коре представляет собой простейший пример коркового синтеза. Этот процесс синтеза становится более сложным при образовании двигательных условных рефлексов, где наблюдается замыкание дополнительных временных связей с корковыми центрами других двигательных реакций. Например, на команду «Апорт» вырабатывается и объединяется целая серия самостоятельных условных рефлексов отыскания, захвата, подноски предметов. Наиболее сложная синтетическая деятельность проявляется при образовании условных рефлексов второго и более высокого порядка.

В коре головного мозга происходит не только конечный синтез одновременно поступивших сигналов, но и всей последовательно поступившей информации из окружающей среды. Результат такой синтетической деятельности — способность коры объединять простые рефлексы в сложные и формировать из них длинные цепи поведенческих реакций, составляющих целостное поведение животного.

Сложность синтетической деятельности коры головного мозга состоит в том, что она не только анализирует и обобщает деятельность всех отделов головного и спинного мозга, но и осуществляет собственный тончайший синтез на всю поступившую информацию, формируя точные ответные действия в строгом соответствии с изменениями свойств и качеств каждого раздражителя. Такая синтетическая деятельность нервных центров коры головного мозга получила название высшего синтеза.

Способность собак к дрессировке объясняется синтетической деятельностью коры головного мозга. Выработка условных рефлексов на базе безусловных — есть элементарная форма синтеза, т. е. соединение условного сигнала с проявлением соответствующего безусловного рефлекса.

Синтетическая деятельность проявляется в процессе образования условных рефлексов на сложные и комплексные раздражители, часто применяемые во время дрессировки и тренировки собак. Благодаря синтезу образуется обобщенный условный рефлекс на все элементы запахового следа человека, на действия помощника, дрессировщика, на обстановку. В результате синтеза корой головного мозга образуются условные рефлексы на время, место, пространство и длинную цепь последовательных событий.

Учитывая синтетическую деятельность коры головного мозга, дрессировщик должен обращать внимание на связь применяемых сигналов с действием раздражителей из окружающей среды, которые могут вызвать образование нужных и ненужных условных рефлексов. Например, приучение собаки к задержанию помощника с односторонней стрельбой вырабатывает у нее нежелательную связь: бежать в направлении звука выстрелов.

Синтетическая деятельность коры головного мозга позволяет объединить множество простых условных рефлексов в сложные навыки и совершенствовать их до динамических стереотипов. В результате происходит объединение условных рефлексов и навыков, выработанных за курс дрессировки в индивидуальный опыт, характеризующий степень подготовленности собаки.

И наконец, выработка ситуационных условных рефлексов, обеспечивающих безотказность работы собаки в сложных условиях, также возможна в результате синтетической деятельности коры головного мозга.

В заключение нужно отметить, что аналитическая и синтетическая деятельность тесно связаны между собой и протекают в нервной системе практически одновременно. Это можно наблюдать при дрессировке собак. Например, образование любого условного рефлекса осуществляется на основе анализа и синтеза всех воздействующих в это время раздражителей на нервную систему. Благодаря анализу выделяются биологически нужные и совпадающие раздражения, а случайные и одиночные — отсеиваются.

Синтетическая деятельность обеспечивает соединение совпадающих во времени раздражений и связь очагов возбуждения, возникших в коре головного мозга.

Подготовленная розыскная собака должна работать по запаховому следу любого человека. В этом проявляется синтетическая обобщенная деятельность коры. Когда же собака прорабатывает конкретный запаховый след, она должна отличить и выделить его из множества других запаховых следов. В этом проявляется аналитическая деятельность коры головного мозга. Аналогичные примеры синтеза и анализа в коре головного мезга можно привести при выборке вещей по заданному запаху, обнаружении наркотиков, взрывчатки и т. д. Это обязывает специалистов служебного собаководства знать и умело использовать общие закономерности процессов анализа и синтеза, составляющих основу высшей нервной деятельности.