Глава iv. основы теории функциональных систем

Изучая психофизиологическую структуру поведенческого акта, П.К. Анохин пришел к выводу о том, что рефлекс характеризует двигательный или секреторный ответ определенной структуры, а не организма в целом. В этой связи он выдвинул гипотезу о существовании функциональных систем, определяющих ответ всего организма на любые стимулы и лежащих в основе поведения.

По П.К. Анохину, функциональная система-это динамическая саморегулирующая организация, временно объединяющая различные органы, системы и процессы, которые взаимодействуют для получения полезного приспособительного результата в соответствии с потребностями организма. В основе функциональной системы лежит положение о том, что именно конечный (приспособительный) результат определяет комбинирование частных механизмов в функциональную систему. Каждая функциональная система возникает для достижения полезного приспособительного результата, необходимого для удовлетворения той или иной потребности организма. Таким образом, полезный приспособительный результат есть основной системообразующий фактор.

Выделяют три группы потребностей, в соответствии с которыми формируются три вида функциональных систем: внутренние -для сохранения гомеостатических показателей; внешние (поведенческие) -для адаптации организма к внешней среде; и социальные - для удовлетворения социальных потребностей человека.

С этих позиций организм человека есть совокупность различных функциональных систем, которые формируются в зависимости от возникающих потребностей организма. В каждый данный момент времени одна из них становится ведущей, доминирующей.

Функциональная система отличается способностью к постоянной перестройке, к избирательному вовлечению мозговых структур для осуществления меняющихся поведенческих реакций. При нарушении функции в какой-то части системы происходит срочное перераспределение активности во всей системе. В результате включаются дополнительные механизмы, направленные на достижение конечного приспособительного результата.

В структуре функциональной системы выделяют несколько функциональных блоков (рис. 13.3):

• 1) мотивация;
• 2) принятие решения;
• 3) акцептор результата действия;
• 4) афферентный синтез;
• 5) эфферентный ответ;
• 6) полезный результат системы;
• 7) обратная афферентация.

Афферентный синтез - это процесс анализа и интеграции различных афферентных сигналов. В это время решается вопрос о том, какой результат должен быть получен. Все афферентные сигналы можно разделить на четыре компонента:

1. Мотивационное возбуждение. Любой поведенческий акт направлен на удовлетворение потребностей (физиологических, познавательных, эстетических, и т.д.). Задача афферентного синтеза-отбор из огромного количества информации наиболее значимой, соответствующей доминирующей потребности. Эта потребность является мотивом для организации соответствующей поведенческой реакции. Возбуждение, формирующееся в центрах функциональной системы для реализации доминирующей потребности, называется мотивационным. Оно создается благодаря избирательной активации структур коры головного мозга со стороны таламуса и гипоталамуса и определяет «что организму нужно?».

Рис.13.3.

Например, изменение параметров внутренней среды при длительном неупотреблении пищи приводит к формированию комплекса возбуждений, связанных с пищевой доминирующей мотивацией.

• 2. Обстановочная афферентация - второй компонент афферентного синтеза. Она представляет собой поток нервных импульсов, вызванных множеством раздражителей внешней или внутренней среды, предшествующих или сопутствующих действию пускового раздражителя, т.е. она определяет, «в каких условиях находится организм». Например, обстановочная афферентация будет нести информацию о том, где находится испытывающий чувство голода человек, какую деятельность он выполняет в данный момент и т.д.
• 3. Аппарат памяти в структуре афферентного синтеза обеспечивает оценку поступающей информации путем сопоставления ее со следами памяти, имеющими отношение к данной доминирующей мотивации. Например, находился ли человек ранее в этом месте, были ли здесь источники пищи и т.д.
• 4. Пусковая афферентация-это комплекс возбуждений, связанных с действием сигнала, который является непосредственным стимулом для запуска той или иной реакции, т.е. в нашем примере это вид пищи.

Адекватная реакция может осуществляться лишь при действии всех элементов афферентного синтеза, что создает предпусковую интеграцию нервных процессов. Один и тот же пусковой сигнал в зависимости от обстановочной афферентации и аппарата памяти может вызвать разную реакцию. В нашем примере она будет различной при наличии и отсутствии у человека денег на приобретение пищи.

В основе нейрофизиологического механизма этой стадии лежит конвергенция возбуждений разной модальности к нейронам коры головного мозга, преимущественно лобных отделов. Большое значение в осуществлении афферентного синтеза играет ориентировочный рефлекс.

Принятие решения - это узловой механизм функциональной системы. На этом этапе формируется конкретная цель, к которой стремится организм. При этом возникает избирательное возбуждение комплекса нейронов, обеспечивающее возникновение единственной реакции, направленной на удовлетворение доминирующей потребности.

Организм имеет множество степеней свободы в выборе реакции. Именно при принятии решения происходит торможение всех степеней свободы, кроме одной. Например, когда человек хочет есть, он может купить еду, или поискать более дешевую, или пойти обедать домой. При принятии решения на основе афферентного синтеза будет избран единственный вариант, наиболее отвечающий всему комплексу информации о данной ситуации.

Принятие решения - это критический этап, который переводит один процесс (афферентный синтез) в другой -программу действий, после чего система приобретает исполнительный характер.

Акцептор результата действия - один из наиболее интересных элементов функциональной системы. Это комплекс возбуждений элементов коры и подкорки, обеспечивающий прогнозирование признаков будущего результата. Он формируется одновременно с реализацией программы действий, но до начала работы эффектора, т.е. опережающе. Когда действие осуществляется и афферентная информация о результатах этих действий переходит в ЦНС, эта информация в данном блоке сравнивается со сформированной ранее «моделью» результата. Если возникает несоответствие между моделью результата и результатом, полученным в действительности, в реакцию организма вносятся поправки до тех пор, пока запрограммированный и полученный в действительности результат не совпадут (причем коррекция может касаться и модели результата). В нашем примере, съев порцию пищи, человек может продолжать испытывать чувство голода и тогда он будет искать дополнительную пищу для удовлетворения пищевой потребности.

Эфферентный синтез - процесс формирования комплекса возбуждений в структурах ЦНС, обеспечивающий изменение состояния эффекторов. Это приводит к изменению деятельности различных вегетативных органов, включению желез внутренней секреции и поведенческих реакций, направленных на достижение полезного приспособительного результата. Эта комплексная реакция организма весьма пластична. Ее элементы и степень их вовлеченности могут варьировать в зависимости от доминирующей потребности, состояния организма, обстановки, предыдущего опыта и модели желаемого результата.

Полезный приспособительный результат-изменение состояния организма после совершения деятельности, направленной на удовлетворение доминирующей потребности. Как говорилось выше, именно полезный результат является системообразующим фактором функциональной системы. При совпадении полезного результата с акцептором результата действия данная функциональная система сменяется другой, формирующейся для удовлетворения новой доминирующей потребности.

П.К. Анохин подчеркивал важность обратной афферентации для достижения полезного приспособительного результата. Именно обратная афферентация позволяет сопоставить результат действия с поставленной задачей.

В нашем примере человек будет насыщаться, пока импульсация от внутренних органов о результате данного действия человека в акцепторе результата действия не совпадет с комплексом возбуждений, являющихся моделью «сытости».

Любая функциональная система работает по принципу опережения конечного результата (предвидения) и обладает рядом свойств, перечисленных ниже:

• Динамичность: функциональная система - временное образование из различных органов и систем для удовлетворения ведущей потребности организма. Различные органы могут входить в состав нескольких функциональных систем.
• Саморегуляция: поддержание гомеостаза обеспечивается без вмешательства извне за счет наличия обратной связи.
• Целостность: системный целостный подход как ведущий принцип регуляции физиологических функций.
• Иерархия функциональных систем: иерархия полезных для организма приспособительных результатов обеспечивает удовлетворение ведущих потребностей по уровню их значимости.
• Многопараметричность результата: любой полезный приспособительный результат имеет много параметров: физические, химические, биологические, информационные.
• Пластичность: все элементы функциональных систем, кроме рецепторов, обладают пластичностью и могут гибко взаимоза- менять и компенсировать друг друга для достижения конечного приспособительного результата.

Теория функциональных систем позволяет рассматривать разнообразные реакции организма-от простых, направленных на поддержание гомеостаза, - до сложных, связанных с сознательной социальной деятельностью человека. Она объясняет пластичность и направленность поведения человека в различных ситуациях.

Рассматривая образование функциональных систем в онтогенезе (теория системогенеза), П.К Анохин установил, что формирование всех ее элементов происходит с опережением возникновения ведущих потребностей организма. Это позволяет ему заблаговременно сформировать морфофункциональные и психофизиологические структуры для удовлетворения возникающих потребностей. Так, функциональная система свертывания крови формируется к первому году жизни, т.е. к периоду, когда ребенок начинает ходить и, следовательно, повышается угроза его травмирования. Функциональная система репродукции формируется к началу юношеского возраста, когда появляется физиологическая и психологическая готовность и возможность продолжения рода. Таким образом, знание периодов становления ведущих потребностей организма позволяет понять формирование соответствующих функциональных систем.

Министерство высшего профессионального образования РФ

Российский Государственный Гуманитарный Университет

Институт Психологии

Сорокин Александр Алексеевич

I курс, 1 группа.

Реферат

“Основные понятия в теории функциональных систем”.

Москва,

1999 год.

Что есть функциональная система ?

В данной работе я должен по возможности ясно и коротко описать основные понятия теории П.К. Анохина о функциональных системах, как принципах жизнедеятельности. Поэтому прежде чем разбирать составляющие системы, надо осветить что есть она сама и для чего она функционирует.

Основные физиологические закономерности таких систем были сформулированы лабораторией Анохина ещё в 1935 году, т.е. задолго до того, как были опубликованы первые работы по кибернетике, однако смысл публикаций соответствовал тем принципам, которые Анохин выделил позже. По своей архитектуре функциональные системы целиком соответствуют любой кибернетической модели с обратной связью, и потому изучение свойств различных функциональных систем организма, сопоставление роли в них частных и общих закономерностей, несомненно, послужит познанию любых систем с автоматической регуляцией.

В некоторых случаях формирование саморегулирующихся систем получило название “биологического регулирования ” ( Wagner, 1958) , но только когда саморегуляция рассматривалась в отношении живых существ. Однако независимо от наименования, для того, чтобы приобрести приспособленный смысл для организма, эти различные формы объединения во всех случаях должны обладать всеми теми свойствами, которые мы формулируем для ФС. Получается, что ФС не относится только к коре головного мозга или даже к целому головному мозгу. Она есть по самой своей сути центрально - периферическое образование, в котором импульсы циркулируют как от центра к периферии, так и от периферии к центру (обратная афферентация ), что создаёт непрерывную информацию центральной нервной системы о достигнутых на периферии результатах.

Необходимо так же охарактеризовать основу или “жизненный узел” всякой ФС – чрезвычайно прочно увязанную функциональную пару – конечный эффект системы и аппарат оценки достаточности или недостаточности этого эффекта при помощи специальных рецепторных образований. Как правило, “ конечный приспособительный эффект ” служит основным задачам выживания организма и в той или иной степени жизненно необходим. Это положение абсолютно верно, когда речь идёт о жизненно важных функциях, как то: дыхание, осмотическое давление крови, уровень кровяного давления, концентрация сахара в крови и др. Здесь ФС представляет собой разветвлённую физиологическую организацию, составляющую конкретный физиологический аппарат , служащий поддержанию жизненно важных констант организма (гомеостазис) т.е. осуществление процесса саморегуляции. Когда речь идёт о ФС, то это относится не только к системам с константными конечными, которые располагают большею частью врождёнными механизмами.

Основное отличие в построении и организации данного вида системы, формирование её экстремально или на основе условного рефлекса. Однако, несмотря на столь разные качественные различия, все ФС имеют те же архитектурные особенности, а доказательство этого то, что “ФС действительно является универсальным принципом организации процессов и механизмов, заканчивающихся получением конечного приспособительного эффекта ”. Общепринято ФС рассматривается как единица интегративной деятельности человека.

С помощью экспериментов П.К. Анохин сформулировал основные постулаты в общей теории ФС.

Постулат первый

Ведущим системообразующим фактором ФС любого уровня организации является полезный для жизнедеятельности организма, приспособительный результат.

Постулат второй

Любая функциональная система организма строится на основе принципа саморегуляции: отклонение результата от уровня, обеспечивающего нормальную жизнедеятельность, посредством деятельности соответствующей функциональной системы само является причиной восстановления оптимального уровня этого результата.

Постулат третий

Функциональные системы являются центрально - периферическими образованиями, избирательно объединяющими различные органы и ткани для достижения полезных для организма приспособительных результатов.

Постулат четвёртый

Функциональные системы различного уровня характеризуются изоморфной организацией: они имеют однотипную архитектонику.

Постулат пятый

Отдельные элементы в функциональных системах взаимодействуют достижению их полезных для организма результатов.

Постулат шестой

Функциональные системы и их отдельные части избирательно созревают в процессе онтогенеза, отражая тем самым общие закономерности системогенеза.

Теперь мы знаем, что ФС – это организация активных элементов во взаимосвязи, которое направлено на достижение полезного приспособительного результата. Надо полагать, что настала пора разобрать понятия, которые включены в систему, потому что в этом и заключается основная тема.

Основные понятия в теории ФС.

По разным источникам можно по-разному выделить и основные понятия в ФС. Для начала приведём классическую схему самой системы, а затем разберём её отдельные понятия.

1) Пусковой стимул (иначе раздражение).

2) Обстановочные афферентации.

3) Память.

4) Доминирующая мотивация.

5) Афферентный синтез.

6) Принятие решения.

7) Акцептор результата действия.

8) Программа действия.

9) Эфферентные возбуждения.

10) Действие.

11) Результат действия.

12) Параметры результата

13) Обратная афферентация.

Если мною ничего не забыто, то именно в такой компоновке и работает система. Только во многих работах даже не встречается упоминание о таких частях системы как: установочная афферентация, пусковой стимул. Это заменено одной единственной фразой – афферентный синтез. Он составляет начальную стадию поведенческого акта любой степени сложности, а следовательно и начало работы ФС составляет он же. Важность же афферентного синтеза состоит в том, что он определяет всё последующее поведение организма. Основная задача этой стадии состоит в том, чтобы собрать необходимую информацию о различных параметрах внешней среды. Благодаря ему из множества внешних и внутренних раздражителей организм отбирает главные и создаёт цель поведения (надо полагать здесь параллельно действует механизм доминирующей мотивации) . Считаю, что доминирующая мотивация – это действия в данный момент, направленные на решение, удовлетворение какой-либо нужды, необходимости, желания, которые преобладают над всеми другими побуждениями. Поскольку на выбор такой информации оказывает влияние как цель поведения, так и предыдущий опыт жизнедеятельности, то афферентный синтез всегда индивидуален. Я уже упомянул, что стадия афферентного синтеза включает в себя не один компонент. Согласно данным установочной афферентации и при содействии доминирующей мотивации, базируясь на опыте заложенном в памяти, формируется решение о том что делать. Происходит это в блоке принятия решения. Если к этому блоку доходят сразу несколько пусковых стимулов, то должно сформироваться решение о доминирующем направлении действий (но иногда и о доминирующих, т.е. нескольких) и запуске его в программу выполнения, остальные же должны отсеится и распасться как более не функциональные. Происходит переход к формированию программы действий, которая обеспечивает последующую реализацию одного действия из множества потенциально возможных. Копия выбранного решения передаётся в блок акцептора результата действий, а основная информация поступает в блок эфферентного синтеза. Команда, представленная комплексом эфферентных возбуждений, направляется к периферическим исполнительным органам и воплощается в соответствующее действие. В этом блоке уже содержится некий набор стандартных программ, отработанных в ходе индивидуального и видового опыта для получения положительных результатов. Задача блока на данный момент определить и “подключить” наиболее адекватную программу. Важной чертой ФС являются её индивидуальные и меняющиеся требования к афферентации. Именно количество и качество афферентных импульсаций характеризует степень сложности, произвольности или автоматизированности функциональной системы.

Задачи намеченные к выполнению в блоке принятия решения и запущенные в осуществление и следует называть программой. Чего ради создаётся программа? Ответ уже был дан выше, для того же ради чего существует система – для достижения конечной цели. Это практическая часть системы в отличие от стратегического афферентного синтеза. Но программа по каким-либо внешним воздействиям может не выполнить поставленной цели. Что же из-за этого разрушать всю систему и формировать новую? Это бы было не функционально, обеспечивало бы плохую приспособляемость и требывало бы больше времени. Система не действует по такому пути, уже при исполнении программы в работу вступает акцептор полученного результата. В нём всегда хранится копия полученного ранее решения. Он является необходимой частью ФС – это центральный аппарат оценки результатов и параметров ещё не совершившегося действия. Допустим что должно быть осуществлено некое поведенческое действие, а уже до его осуществления смоделировано представление о нём или образ ожидаемого результата. В процессе реального действия от акцептора идут эфферентные сигналы к нервным моторным структурам, обеспечивающим достижение необходимой цели. Если допустить что из-за каких-то воздействий установочной афферентации поставлена под угрозу жизнь всей системы, то акцептор корректирует программу прямо по ходу её выполнения, причём адекватно с изменениями. А об успешности \ неуспешности поведенческого акта сигнализирует поступающая в мозг афферентная импульсация от всех рецепторов, которые регистрируют последовательные этапы выполнения конкретного действия (обратная афферентация). Оценка поведенческого акта как в целом, так и в деталях невозможна без такой точной информации о результатах каждого из действий. Чтобы гарантировать реализацию любого поведенческого акта необходимо наличие именно этого механизма. Более того, скорее всего организм погиб бы в первые же часы из-за неадекватности действий, если бы подобного механизма не существовало.

Множество исследований в области искусственного интеллекта сталкиваются с проблемой отсутствия на сегодняшний момент какой-либо мощной теории сознания и мозговой активности. Фактически мы обладаем достаточно скудными знаниями о том каким образом мозг обучается и достигает адаптивного результата. Однако, на данный момент происходит заметное увеличение взаимовлияния области искусственного интеллекта и нейробиологии. По результатам математического моделирования мозговой активности ставятся новые цели для экспериментов в области нейробиологии и психофизиологии, а экспериментальные данные биологов в свою очередь во многом влияют на вектор развития ИИ.

Исходя из вышесказанного становится ясно, что для будущего успешного развития бионического ИИ необходимо плотное сотрудничество математиков и нейробиологов, которое в итоге будет плодотворным для обеих областей. Для этого в частности необходимо изучение современных успехов теоретической нейробиологии.

На данный момент существуют три наиболее проработанных и отчасти экспериментально проверенных теории строения сознания в области теоретической нейробиологии: теория функциональных систем П.К. Анохина, теория селекции нейрональных групп (нейродарвинизм) Джеральда Эдельмана и теория глобальных информационных пространств Жана-Пьера Шанже (изначально сформулирована Бернардом Баарсом). Остальные теории либо являются модификациями названных, либо не подтверждены никакими экспериментальными данными. В данной статье речь пойдет о первой из этих теорий - Теории функциональных систем П.К. Анохина .

Парадигмы реактивности и активности

Рис. 1. Две парадигмы нейрофизиологии - реактивность и активность

В соответствии с парадигмой реактивности за стимулом следует реакция – поведенческая у индивида, импульсная у нейрона. В последнем случае в качестве стимула рассматривается импульсация пресинаптического нейрона.

В соответствии с парадигмой активности действие завершается достижением результата и его оценкой. В схему включается модель будущего результата: для человека, например, контакт с объектом-целью .

Согласно реактивностному подходу, агент не должен проявлять активность в отсутствии стимулов. Напротив, при использовании парадигмы активности мы можем допустить случай, когда агенту не поступило никакого стимула из внешней среды, однако, согласно ожиданиям агента он должен был поступить. В этом случае агент будет действовать и обучаться для устранения рассогласования, чего не может бы быть в случае простейшего безусловного ответа агента на стимул из внешней среды.

Теория функциональных систем

Рис. 2. Общая архитектура функциональной системы
(ОА – обстановочная афферентация, ПА – пусковая афферентация)

Архитектура функциональной системы приведена на рис. 2. На схеме представлена последовательность действий при реализации одной функциональной системы. Вначале происходит афферентный синтез, который аккумулирует сигналы из внешней среды, память и мотивацию субъекта. На основе афферентного синтеза принимается решение, на основе которого формируется программа действий и акцептор результата действия – прогноз результативности совершаемого действия. После чего непосредственно совершается действие и снимаются физические параметры результата. Одной из самых важных частей данной архитектуры является обратная афферентация – обратная связь, которая позволяет судить об успешности того или много действия. Это непосредственно позволяет субъекту обучаться, так как сравнивая физические параметры полученного результата и предсказанного результата, можно оценивать результативность целенаправленного поведения. Причем небходимо отметить, что на выбор того или иного действия влияет очень много факторов, совокупность которых обрабатывается в процессе афферентного синтеза.

Такие функциональные системы вырабатываются в процессе эволюции и обучения в течение жизни . Если обобщать, то вся цель эволюции – это выработка функциональных систем, которые будут давать наилучший приспособительный эффект. Функциональные системы, вырабатываемые эволюцией, развиваются еще до рождения, когда нету прямого соприкосновения со средой, и обеспечивают первичный репертуар. Именно этот факт указывает на эволюционную природу этих явлений. Такие процессы получили общее название – первичный системогенез .

Системно-эволюционная теория, разработанная Швырковым В.Б. на основе теории функциональных систем, отвергала даже понятие «пускового стимула» и рассматривала поведенческий акт не изолировано, а как компоненту поведенческого континуума: последовательности поведенческих актов, совершаемых индивидом на протяжении его жизни (рис. 3) . Следующий акт в континууме реализуется после достижения и оценки результата предыдущего акта. Такая оценка – необходимая часть процессов организации следующего акта, которые, таким образом, могут быть рассмотрены как трансформационные или процессы перехода от одного акта к другому .

Рис. 3. Поведенчески-временной континуум

Из всего вышесказанного следует, что индивид, и даже отдельный нейрон, должны обладать способностью вырабатывать образ результата действия и возможностью оценивать результативность своего поведения. При выполнении этих условий поведение можно с уверенностью называть целенаправленным.

Однако, процессы системогенеза происходят в мозге не только в развитии (первичный системогенез), но и в течение жизни субъекта. Системогенез – это образование новых систем в процессе обучения. В рамках системно-селекционной концепции научения - формирование новой системы - рассматривается как формирование нового элемента индивидуального опыта в процессе научения. В основе формирования новых функциональных систем при научении лежит селекция нейронов из «резерва» (предположительно низко активных или «молчащих» клеток). Эти нейроны могут быть обозначены как преспециализированные клетки .

Селекция нейронов зависит от их индивидуальных свойств, т.е. от особенностей их метаболических «потребностей». Отобранные клетки становятся специализированными относительно вновь формируемой системы – системно-специализированными. Эта специализация нейронов относительно вновь формируемых систем постоянна. Таким образом, новая система оказывается «добавкой» к ранее сформированным, «наслаиваясь» на них. Этот процесс называется вторичным системогенезом .

Следующие положения системно-эволюционной теории:
о наличии в мозге животных разных видов большого числа «молчащих» клеток;
об увеличении количества активных клеток при обучении;
о том, что вновь сформированные специализации нейронов остаются постоянными
что при научении происходит скорее вовлечение новых нейронов, чем переобучение старых,
согласуются с данными, полученными в работах ряда лабораторий .

Отдельно хотелось бы отметить, что согласно современным представлениям психофизиологии и системно-эволюционной теории количество и состав функциональных систем индивида определяется как процессами эволюционной адаптации, которые отражаются в геноме, так и индивидуальным прижизненным обучением.

Теория функциональных систем успешно исследуется путем имитационного моделирования и на ее основе строятся различные модели управления адаптивным поведением .

Вместо заключения

Хотелось бы еще раз отметить, что с моей точки зрения дальнейшее развития области ИИ невозможно без тесного сотрудничества с нейробиологами, без построения новых моделей на основе мощных теорий.

Список литературы

Теория функциональных систем

Тео́рия функциона́льных систе́м - модель, описывающая структуру поведения ; создана П. К. Анохиным .

«Принцип функциональной системы» - объединение частных механизмов организма в целостную систему приспособительного поведенческого акта, создание «интегративной единицы».

Выделяются два типа функциональных систем:

• Системы первого типа обеспечивают гомеостаз за счёт внутренних (уже имеющихся) ресурсов организма, не выходя за его пределы (напр. кровяное давление)
• Системы второго типа поддерживают гомеостаз за счёт изменения поведения, взаимодействия с внешним миром, и лежат в основе различных типов поведения

Стадии поведенческого акта:

• Афферентный синтез Любое возбуждение в центральной нервной системе существует во взаимодействии с другими возбуждениями: головной мозг проводит анализ этих возбуждений. Синтез детерминируют следующие факторы:
  • Пусковая афферентация (возбуждения, вызываемые условными и безусловными раздражителями)
  • Обстановочная афферентация (возбуждение от привычности обстановки, вызывающей рефлекс , и динамические стереотипы)
  • Память (видовая и индивидуальная)
• Принятие решения
  • Формирование акцептора результата действия (создание идеального образа цели и его удержание; предположительно, на физиологическом уровне представляет собой циркулирующее в кольце интернейронов возбуждение)
  • Эфферентный синтез (или же стадия программы действия ; интеграция соматических и вегетативных возбуждений в единый поведенческий акт. Действие сформировано, но не проявляется внешне)
• Действие (выполнение программы поведения)
• Оценка результата действия

• Удовлетворение потребности (санкционирующая прекращение деятельности стадия)

Выбор целей и способов их достижения - ключевые факторы, регулирующие поведение. По Анохину, в структуре поведенческого акта сравнение обратной афферентации с акцептором результата действия даёт положительные или отрицательные ситуативные эмоции , влияющие на коррекцию или прекращение действий (другой тип эмоций, ведущие эмоции, связан с удовлетворением или неудовлетворением потребности вообще, то есть - с формированием цели). Кроме того, на поведение влияют воспоминания о положительных и отрицательных эмоциях.

В целом поведенческий акт характеризуется целенаправленностью и активной ролью субъекта.

Литература

• Н.Н. Данилова, А.Л. Крылова Физиология высшей нервной деятельности. - Ростов-на-Дону: «Феникс», 2005. - С. 239-251. - 478 с. - (Учебники МГУ). - 5000 экз. - ISBN 5-222--06746-7

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Теория функциональных систем" в других словарях:

Теория функциональных систем - концепция организации процессов в целостном организме, взаимодействующих со средой. Разработана П. К. Анохиным. В основе Т. ф. с. лежит представление о функции как достижении организмом приспособительного результата во взаимодействиях со средой.… … Энциклопедический словарь по психологии и педагогике

Теория функциональных систем модель, описывающая структуру поведения; создана П. К. Анохиным. Теория функциональных систем (дискретная математика) раздел дискретной математики, занимающийся изучением функций, описывающих работу дискретных… … Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Теория функциональных систем (значения). Теория функциональных систем раздел дискретной математики, занимающийся изучением функций, описывающих работу дискретных преобразователей. В теории… … Википедия

Теория функциональных систем раздел дискретной математики, занимающийся изучением функций, описывающих работу дискретных преобразователей. В теории функциональных систем рассматриваются следующие классы функций: булевы функции функции k значной… … Википедия

функциональных систем теория - концепция организации процессов в целостном организме, взаимодействующих со средой. Разработана П. К. Анохиным. В основе Ф. С. т. лежит представление о функции как достижении организмом приспособительного результата во взаимодействиях со средой.… …

ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СИСТЕМ ТЕОРИЯ - концепция организации процессов в целостном организме, взаимодействующем со средой, разработанная П.К. Анохиным. В основе Ф. с. т. лежит представление о функции как достижении организмом приспособительного результата во взаимодействии со средой.… … Психомоторика: cловарь-справочник

Общение: исследование функциональных систем - Сформулированная П. К. Анохиным общая теория функц. систем (1968) одно из направлений системного подхода к явлениям природы и общества (Л. фон Берталанфи). Согласно теории функц. систем, процесс О. формируется системной архитектоникой психич.… … Психология общения. Энциклопедический словарь

теория систем функциональных - концепция организации процессов в целостном организме, взаимодействующем со средой. Разработана П. К. Анохиным. В ее основе представление о функции как достижении организмом приспособительного результата во взаимодействиях со средой. Трактовка… … Большая психологическая энциклопедия

СИСТЕМ ТЕОРИЯ - (SYSTEMS THEORY) В 1950 е и 1960 е гг. теория систем представляла собой господствующую парадигму в социологии; она ассоциировалась прежде всего с группой социальных теоретиков, объединившихся вокруг Т. Парсонса в Гарвардском университете. Истоки… … Социологический словарь

Виктор Васнецов. Витязь на распутье. 1878 Теория принятия решений область исследования, вовлекающая понятия и методы математики, статистики … Википедия

Книги

• Эволюция терминологии и схем функциональных систем в научной школе П. К. Анохина , К. В. Судаков, И. А. Кузичев, А. Б. Николаев. Авторы взяли на себя весьма значимый и кропотливый труд - показать читателям динамику развития общих представлений о функциональных системах организма и теории функциональных систем,…

Множество исследований в области искусственного интеллекта сталкиваются с проблемой отсутствия на сегодняшний момент какой-либо мощной теории сознания и мозговой активности. Фактически мы обладаем достаточно скудными знаниями о том каким образом мозг обучается и достигает адаптивного результата. Однако, на данный момент происходит заметное увеличение взаимовлияния области искусственного интеллекта и нейробиологии. По результатам математического моделирования мозговой активности ставятся новые цели для экспериментов в области нейробиологии и психофизиологии, а экспериментальные данные биологов в свою очередь во многом влияют на вектор развития ИИ.

Исходя из вышесказанного становится ясно, что для будущего успешного развития бионического ИИ необходимо плотное сотрудничество математиков и нейробиологов, которое в итоге будет плодотворным для обеих областей. Для этого в частности необходимо изучение современных успехов теоретической нейробиологии.

На данный момент существуют три наиболее проработанных и отчасти экспериментально проверенных теории строения сознания в области теоретической нейробиологии: теория функциональных систем П.К. Анохина, теория селекции нейрональных групп (нейродарвинизм) Джеральда Эдельмана и теория глобальных информационных пространств Жана-Пьера Шанже (изначально сформулирована Бернардом Баарсом). Остальные теории либо являются модификациями названных, либо не подтверждены никакими экспериментальными данными. В данной статье речь пойдет о первой из этих теорий - Теории функциональных систем П.К. Анохина .

Парадигмы реактивности и активности

Рис. 1. Две парадигмы нейрофизиологии - реактивность и активность

В соответствии с парадигмой реактивности за стимулом следует реакция – поведенческая у индивида, импульсная у нейрона. В последнем случае в качестве стимула рассматривается импульсация пресинаптического нейрона.

В соответствии с парадигмой активности действие завершается достижением результата и его оценкой. В схему включается модель будущего результата: для человека, например, контакт с объектом-целью .

Согласно реактивностному подходу, агент не должен проявлять активность в отсутствии стимулов. Напротив, при использовании парадигмы активности мы можем допустить случай, когда агенту не поступило никакого стимула из внешней среды, однако, согласно ожиданиям агента он должен был поступить. В этом случае агент будет действовать и обучаться для устранения рассогласования, чего не может бы быть в случае простейшего безусловного ответа агента на стимул из внешней среды.

Теория функциональных систем

Рис. 2. Общая архитектура функциональной системы
(ОА – обстановочная афферентация, ПА – пусковая афферентация)

Архитектура функциональной системы приведена на рис. 2. На схеме представлена последовательность действий при реализации одной функциональной системы. Вначале происходит афферентный синтез, который аккумулирует сигналы из внешней среды, память и мотивацию субъекта. На основе афферентного синтеза принимается решение, на основе которого формируется программа действий и акцептор результата действия – прогноз результативности совершаемого действия. После чего непосредственно совершается действие и снимаются физические параметры результата. Одной из самых важных частей данной архитектуры является обратная афферентация – обратная связь, которая позволяет судить об успешности того или много действия. Это непосредственно позволяет субъекту обучаться, так как сравнивая физические параметры полученного результата и предсказанного результата, можно оценивать результативность целенаправленного поведения. Причем небходимо отметить, что на выбор того или иного действия влияет очень много факторов, совокупность которых обрабатывается в процессе афферентного синтеза.

Такие функциональные системы вырабатываются в процессе эволюции и обучения в течение жизни . Если обобщать, то вся цель эволюции – это выработка функциональных систем, которые будут давать наилучший приспособительный эффект. Функциональные системы, вырабатываемые эволюцией, развиваются еще до рождения, когда нету прямого соприкосновения со средой, и обеспечивают первичный репертуар. Именно этот факт указывает на эволюционную природу этих явлений. Такие процессы получили общее название – первичный системогенез .

Системно-эволюционная теория, разработанная Швырковым В.Б. на основе теории функциональных систем, отвергала даже понятие «пускового стимула» и рассматривала поведенческий акт не изолировано, а как компоненту поведенческого континуума: последовательности поведенческих актов, совершаемых индивидом на протяжении его жизни (рис. 3) . Следующий акт в континууме реализуется после достижения и оценки результата предыдущего акта. Такая оценка – необходимая часть процессов организации следующего акта, которые, таким образом, могут быть рассмотрены как трансформационные или процессы перехода от одного акта к другому .

Рис. 3. Поведенчески-временной континуум

Из всего вышесказанного следует, что индивид, и даже отдельный нейрон, должны обладать способностью вырабатывать образ результата действия и возможностью оценивать результативность своего поведения. При выполнении этих условий поведение можно с уверенностью называть целенаправленным.

Однако, процессы системогенеза происходят в мозге не только в развитии (первичный системогенез), но и в течение жизни субъекта. Системогенез – это образование новых систем в процессе обучения. В рамках системно-селекционной концепции научения - формирование новой системы - рассматривается как формирование нового элемента индивидуального опыта в процессе научения. В основе формирования новых функциональных систем при научении лежит селекция нейронов из «резерва» (предположительно низко активных или «молчащих» клеток). Эти нейроны могут быть обозначены как преспециализированные клетки .

Селекция нейронов зависит от их индивидуальных свойств, т.е. от особенностей их метаболических «потребностей». Отобранные клетки становятся специализированными относительно вновь формируемой системы – системно-специализированными. Эта специализация нейронов относительно вновь формируемых систем постоянна. Таким образом, новая система оказывается «добавкой» к ранее сформированным, «наслаиваясь» на них. Этот процесс называется вторичным системогенезом .

Следующие положения системно-эволюционной теории:
о наличии в мозге животных разных видов большого числа «молчащих» клеток;
об увеличении количества активных клеток при обучении;
о том, что вновь сформированные специализации нейронов остаются постоянными
что при научении происходит скорее вовлечение новых нейронов, чем переобучение старых,
согласуются с данными, полученными в работах ряда лабораторий .

Отдельно хотелось бы отметить, что согласно современным представлениям психофизиологии и системно-эволюционной теории количество и состав функциональных систем индивида определяется как процессами эволюционной адаптации, которые отражаются в геноме, так и индивидуальным прижизненным обучением.

Теория функциональных систем успешно исследуется путем имитационного моделирования и на ее основе строятся различные модели управления адаптивным поведением .

Вместо заключения

Хотелось бы еще раз отметить, что с моей точки зрения дальнейшее развития области ИИ невозможно без тесного сотрудничества с нейробиологами, без построения новых моделей на основе мощных теорий.

Список литературы