Николай Александрович Бернштейн (1896-1966)

II

С работы в Центральном институте труда начинается первый период научного творчества Н.А. Бернштейна. Столкнувшись с отсутствием методов, адекватных задаче исследования трудовых движений человека в естественных условиях, молодой ученый разработал и применил новые методы исследования (кимоциклография, циклограмметрия с последующей математической обработкой результатов наблюдений), проявив незаурядный талант изобретателя. Им создан оригинальный математический метод анализа апериодических колебаний, используемый в нейрофизиологии. Предложенные им принципы исследования движений оказались весьма результативными не только при изучении трудовых движений человека, но и при изучении спортивных движений (ходьбы, бега, прыжка), фортепианной игры, при изучении и лечении нарушений моторики в результате ранений и заболеваний нервной системы, при оптимизации протезирования конечностей, а позже и при тренировке космонавтов. Н.А. Бернштейн организовал ряд лабораторий (в Институте экспериментальной психологии, Государственном институте музыкальной науки — ГИМН, Институте охраны труда, Всесоюзном институте экспериментальной медицины — ВИЭМ, Центральном институте физической культуры и др.), развернув широкий фронт биомеханических и нейрофизиологических исследований. Наряду с выходом в практику (например, разработка рабочего места вагоновожатого трамвая) новые данные требовали и нового теоретического осмысления.

В этом плане Н.А. Бернштейну были близки работы академика А.А. Ухтомского. Уже в начале 20-х годов для Бернштейна были очень важны понятия о доминанте, установочно-регуляционной роли, которую Ухтомский отводил нервным ритмам, их усвоению: ведь существенной стороной настройки мускулатуры является предваряющая, упреждающая настройка.

В свою очередь, Ухтомский тоже рано заметил появление на физиологической ниве нового яркого направления исследований. В курсе лекций, прочитанных студентам Ленинградского университета в 1924—1926 гг., он говорил: ’’Молодой русский ученый Н.А. Бернштейн дал блестящий пример того, как надо использовать метод Фишера для полной механической оценки того или иного рабочего движения”. Речь идет об исследованиях Бернштейна, начавшихся с изучения рабочих движений удара молотком и приведших к созданию нового метода исследований движений — циклограммометрии — и новых способов точной обработки полученных результатов. А.А. Ухтомский продолжает: ”Не говоря о технической важности подобной обработки рабочих движений, она представляет вдохновляющий интерес с чисто научной точки зрения. Ни один прежний метод регистрации двигательных реакций организма не дает такой полноты и объективности, как метод циклограммографический. И ни один прежний метод изучения двигательных реакций не обладает такой наглядностью и точностью, как метод циклограммометрии. Нельзя сомневаться, что ему принадлежит громадная будущность”¹.

¹ Ухтомский А.А. Собрание сочинений. Л.: Изд-во ЛГУ, 1952. Т. 3. С. 161.

Но разработка методов исследования явилась лишь первым шагом долгого и нелегкого пути Бернштейна — пути, который, вопреки внешним трудностям, характеризуется удивительным единством. В конечном счете этот путь привел к результатам, не умещающимся в традиционные рамки физиологии. Движения человека оказались не разбитыми на ’’кванты”, кусочки, а выступили как целостный слитный акт сложной системы, управляемой целью, образом конечного результата этого движения. Объектом изучения оказался уже не нервно-мышечный препарат или даже не движущаяся конечность (как в классической физиологии), а нервный аппарат человека, имеющего свои цели, строящего планы их достижения и реализующего поставленные цели.

Анализ движения в конечном счете перерос из задачи исследования в средство познания законов работы центральной нервной системы. Н.А. Бернштейн считал, что ”... моторика человека может и должна оказаться превосходным индикатором для изучения в ней процессов, происходящих в центральной нервной системе”¹. Он подчеркивал, что этот ’’двигательный индикатор высшей нервной деятельности” отличается большой выразительностью, способностью отражать быстротекущие процессы работы мозга. ’’Движение уже перестает быть интересным нам своей чисто внешней феноменологической стороной. Мы уже уловили, что в нем содержится богатейший материал о деятельности ЦНС; правда, содержится он там в зашифрованном виде, но ведь нет такого шифра, которого нельзя было бы раскрыть при достаточном внимании и упорстве, при достаточной воле к этому”?

Особенность подхода Н.А. Бернштейна к изучению того, каким образом мозг управляет движениями, состояла в совершенно новом для того времени выяснении свойств объекта управления. Невозможно изучать, как происходит управление, не изучив детально свойств управляемой системы. Потребовалось много усилий для получения необходимых сведений о биомеханике опорно-двигательного аппарата³. Подчеркивая сложность этого аппарата, его многозвенность и обилие степеней свободы, нелинейные свойства основных характеристик скелетных мышц, Бернштейн обращает особое внимание на отсутствие однозначной связи между иннер-вационными командами и результирующим движением. Уже в первой экспериментальной работе, посвященной биодинамическому анализу удара молотком⁴, было показано, что любое натуральное движение является чрезвычайно сложным и вариабельным и что в его осуществлении помимо мышечных сил значительная роль принадлежит силам немышечного происхождения — внешним, инерционным и реактивным силам. Поэтому к этому времени исследований центральная нервная система должна использовать какие-то нетривиальные способы управления с тем, чтобы траектория рабочей точки (молотка) была каждый раз постоянной при изменяющихся условиях.

¹ Бернштейн Н.А. Вопросы координации движений и моторного поля // Г.П. Конради, А.Д. Слоним, B.C. Фарфель. Физиология труда. М.: Биомедгиз, 1935, с. 449.

² Там же, с. 450.

³ Бернштейн Н.А. Общая биомеханика. М.; Изд-во ВЦСПС, 1926.

⁴ Бернштейн Н.А. Исследования по биомеханике удара с помощью световой записи // Исследования ЦИТ, м., 1923. Т. 1, вып. 1. С. 9—79.

Такой ход мысли привел к необходимости исследования проблемы координации — преодоления избыточных степеней свободы. Бернштейн раскрывает сущность самого слова: ко-ординация намекает на совместность действий отдельных элементов. В статье, опубликованной в 1935 г., он пишет: ’’координация — есть деятельность, обеспечивающая движению его слитность и структурное единство... она базируется на определенной организации совместного действия нейронов”¹.

¹ Бернштейн Н.А. Очерки по физиологии движений и физиологии активности. М.: Медицина, 1966. С. 52.

Так, начав с изучения биомеханики, Н.А. Бернштейн вскоре превратил биомеханику из объекта исследования в средство, в модель для решения более общих и широких вопросов построения управляющей деятельности мозга высокоорганизованных организмов и человека. Разработав методы точной оценки биомеханических характеристик разных двигательных актов, он использовал полученные результаты для оригинального анализа организации процессов управления в центральной нервной системе с позиции требований, налагаемых структурой управляемого периферического объекта и характеристиками его деятельности. Такой подход предопределил огромную роль дедукции, теоретического анализа в его творчестве и благодаря необычайной силе интеллекта привел уже в середине 30-х годов к формулированию исключительно глубоких принципиальных выводов о кардинальных особенностях процессов мозгового управления деятельностью, которые лишь спустя десятилетие возродились вновь в трудах создателей кибернетики. Да и до нашего времени многие идеи Н.А. Бернштейна, высказанные им в первой половине 30-х годов, воспринимаются как программа действий, программа развертывания исследований.

Н.А. Бернштейн сформулировал важнейшее положение о том, что выработка навыка какого-либо движения состоит не в повторении одних и тех же команд, а в выработке умения каждый раз заново решать двигательную задачу (принцип ’’повторения без повторения” как принцип обучения). Большим достижением Бернштейна явилось установление им наличия однозначного результата движения рабочей точки в соответствии с ’’моделью потребного будущего” при неоднозначном пути достижения этого соответствия, неоднозначности эффекторных команд (в зависимости от условий). Стабильность высоко существенного (достижение результата действия) обеспечивается вариативностью мало существенного (способ достижения этого результата). Соответствие двигательной задачи и реального движения рабочей точки (она может располагаться на руке или на орудии труда) достигается поступлением информации об уже достигнутом и сопоставлением ее, сличением с моделью потребного будущего. В основу координирования двигательных актов положен принцип сенсорных коррекций. Этот принцип стал одним из важнейших в современных подходах к регуляции поведения человека и животных. Предвосхитив основные принципы кибернетики, Н.А. Бернштейн уже в 1929 г., опираясь на идеи высоко им ценимых И.М. Сеченова и А.А/ Ухтомского, развил принцип обратной связи и сенсорных коррекций, перейдя от классического представления о разомкнутой рефлекторной дуге к представлению о замкнутом контуре регулирования.

Мысли об участии центростремительной иннервации в регуляции деятельности мышц кратко высказывались еще Ч. Беллом и И.М. Сеченовым. Но экспериментально применительно к организации движения принцип циклического управления на обратных связях, т.е. использование сигналов о достигнутом результате для достижения необходимого (потребного) результата, был сформулирован в 1929 г. в одной из ранних работ Н.А. Бернштейна. 33-летний ученый писал: ’’Каждый моторный импульс, приводя к двигательному эффекту на периферии, тем самым вызывает проприоцептивные, центростремительные иннервации, влияющие, в свою очередь, на дальнейшее протекание моторных импульсов. Таким образом, здесь получается некоторая циклическая связь взаимной обусловленности, могущая быть количественно прослеженной до конца”¹.

Н.А. Бернштейн сформулировал принцип ’’равной простоты”: для всякой структурной схемы, которая может выполнять множество различных элементарных процессов, принадлежащих к некоторому многообразию, линии равной простоты соответствуют тем направлениям на многообразии, передвижение по которым не меняет ни структурных принципов, ни принципов функциональной схемы.

Целостность и структурная сложность живого движения, которая была подмечена И. М. Сеченовым и нашла отражение в принципе доминанты А.А. Ухтомского, стала объектом глубокого исследования Н.А. Бернштейна. Его взгляды, основанные на большом экспериментальном материале, были изложены в статье ’’Проблема взаимоотношений локализации и координации”². Статья, опубликованная в 1935 г. в журнале ’’Архив биологических наук”, сейчас стала уже классической. Эта статья подводит итог первого периода научных исследований Н.А. Бернштейна.

Революционно новым (и, увы, плохо понятым современниками) в этой статье было утверждение, что если приспособительная реакция организма формируется в процессе своего непрерывного сенсорного корригирования, то в центральной нервной системе неизбежно должно существовать в какой-то ’’закодированной” форме предвосхищение требуемого конечного результата реакции — ’’модель потребного будущего”, как ее назвал Н.А. Бернштейн. Основную мысль этой статьи можно сформулировать так: «на основе циклографического анализа тонких особенностей моторики было установлено, что даже самая простая двигательная реакция не вызывается какой-то заранее фиксируемой ’’преформированной” совокупностью возбуждений, что она, напротив, формируется импульсами, которые определяются лишь по ходу становления реакции и зависят:

а) от информации, приносимой по афферентам, о ситуации на данный микроинтервал времени на двигательной периферии;

б) от степени расхождения (т.е. от того, что теперь стало широко обозначаться в физиологической литературе как ’’рассогласование” между этой ситуацией и задачей движения). Формирование двигательной реакции происходит, таким образом, в процессе ее непрерывного сенсорного корригирования, непрерывной, все более точной подгонки под требуемое конечное выражение»³.

¹ Бернштейн Н.А. Клинические пути современной биомеханики // Сборник трудов Государственного института усовершенствования врачей им. В.И. Ленина в Казани. 1929. Т. 1. С. 249—270.

² Бернштейн Н.А. Проблема взаимоотношений локализации и координации // Арх. биол. наук. 1935. Т. 38. N 1. С. 1—34. См. также: Бернштейн Н.А. Очерки по физиологии движений и физиологии активности. М.: Медицина, 1966. С. 39—78.

³ Бассин Ф.В. О подлинном значении нейрофизиологических концепций Н.А. Бернштейна // Вопр. философии. 1967. N 11. С. 69.

Координация — деятельность, обеспечивающая движению его целостность и структурное единство, — базируется главным образом не на особенностях процессов в одиночных невронах, а на определенной организации совместного действия последних. Организация же не может не быть отображена в анатомическом плане в виде определенной локализации. Но, как подчеркивает Н.А. Бернштейн, не следует смешивать локализацию с топикой.

В этой работе уже четко сформулированы идеи сенсорных коррекций (обратной связи) и рефлекторного кольца, сменившие традиционное представление о разомкнутой рефлекторной дуге, — идеи, предвосхитившие появление кибернетики. Бернштейном проложен путь от сеченовского ’’контроля движений чувством”¹ к кибернетике.

Большой заслугой Н.А. Бернштейна является установление им того, что движение направляется ’’моделью потребного будущего”. Им было показано, с помощью каких средств двигательная задача реализуется в виде необходимого периферического результата. Соответствие двигательной задачи и реального движения рабочей точки при неоднозначности пути достижения этого соответствия, вариабельности условий реализации, непредвиденных помехах достигается поступлением информации об уже достигнутом и сопоставлением этой информации с моделью потребного будущего. В основу координирования двигательных актов Бернштейн положил принцип сенсорных коррекций, получивший признание в физиологии движений.

Н.А. Бернштейн одним из первых начал рассматривать управление движением как реализацию некоторой программы, хранящейся в центральной нервной системе в закодированном виде. Органическая слитность движений, их целостность в пространственно-временной реализации — веский аргумент наличия в центральной нервной системе ’’точных формул движений или энграмм последних”. И далее Бернштейн продолжает: ”Мы можем утверждать, что в тот момент, когда движение началось, в ЦНС имеется в наличности уже вся совокупность энграмм, необходимых для доведения этого движения до конца. Существование таких энграмм доказывается, впрочем, уже самим фактом существования двигательных навыков и автоматизированных движений”². Н.А. Бернштейн пишет о моторном образе, проекте движения: ”... в высшем центральном органе необходимо должно существовать точное отображение того, что далее будет иметь место на периферии”³.

Среди новых течений, внесенных Сеченовым в понимание работы нервной системы, была также его борьба против ’’анатомического начала” и узкого локализационизма. В предисловии к лекциям по физиологии нервных центров, прочитанным Сеченовым для врачей в 1889—1890 гг., он писал, что хочет прежде всего ’’внести в описания центральных нервных явлений физиологическую систему на место господствующей по сие время анатомической, т.е. поставить на первый план не форму, а деятельность, не топографическую особенность органов, а сочетание центральных процессов в естественные группы”⁴.

¹ Сеченов И.М. Избранные философские и психологические произведения. М.: Госполитиздат, 1947. С. 387.

² Бернштейн Н.А. Очерки по физиологии движений и физиологии активности. М.: Медицина, 1966. С. 58.

³ Там же. С. 62.

⁴ Сеченов И.М. Физиология нервных центров // Избранные произведения. М.: Изд-во АН СССР, 1956. Т. 2. С. 662.

Эта линия сеченовской идеи также получила блестящее развитие в исследованиях Н.А. Бернштейна, завершающих первый период его творчества.

В середине 30-х годов Н.А. Бернштейн написал книгу ’’Современные искания в физиологии нервного процесса”, в которой дал критический очерк истории нейрофизиологических исследований и анализ современного ему состояния нейрофизиологии. Эта книга явилась как бы ’’стартовой площадкой”, с которой начал свой путь новый этап нейрофизиологии — этап, на котором ученый был одним из первопроходцев. (Эта книга готовилась к выпуску Госиздательством биологической и медицинской литературы в 1936—1937 гг., но по ряду обстоятельств, к сожалению, не увидела света: книга не утратила интереса и для современного читателя и, надо надеяться, будет издана.) В главе ’’Центр и локализация. Исторический очерк” ярко нарисована история вопроса о взаимоотношении топики и функции.

В XVIII в. появилась новая натуралистическая теория мозга Галлера. Он определял мозг как ’’общее чувствилище” (sensorium commune). Галлер считал, что в мозге нет четко пространственно ограниченных центров отдельных функций (зрения, слуха и др.), а они диффузно распределены на преобладающей части мозга. В это же время возникли частично научные (анатомические), а частично фантастические (френология) представления Галля, утверждавшего, что каждая функция имеет свою четкую локализацию в мозге. Локализованными представлялись не только ’’простые” функции, но и чувство места, речи, цвета, инстинкты размножения и самосохранения, поэтический и математический таланты и даже едкость ума, почтительность, детолюбие, богобоязненность и т.д.

Н.А. Бернштейн проследил историю антилокализационизма и локализациониз-ма — двух течений, берущих истоки от Галлера и Галля, — историю, которую Н.А. Бернштейн уподобил качанию маятника от одного полюса к другому.

После Галля маятник качнулся в другую сторону — к антилокализационизму. Флуранс, удаляя у птиц мозговые полушария постепенно, по слоям, вначале вообще не обнаруживал существенных растройств в умственной или волевой области. Удаление же большей части вещества полушарий приводило к равномерному и все большему снижению нервно-психических возможностей.Функции, пострадавшие при экстирпации, постепенно восстанавливались, если хоть одна часть головного мозга (и несущественно — какая) оставалась неповрежденной. Отсюда и* вывод Флуранса, что масса мозговых полушарий физиологически столь же равноценна и однородна, как масса какой-нибудь железы.

Но дальнейшее накопление фактов вновь привело исследователей к локализа-ционизму. Воздействуя на кору головного мозга электрическим током, Фритш и Гитциг установили, что раздражению отдельных участков коры мозга соответствуют определенные изолированные движения. Увеличивалось число исследователей — экспериментаторов и клиницистов, возрастало и число открытых нервных центров, размер которых становился все меньше. Появилось представление, что каждая нервная клетка есть элементарный нервный центр, ’’нервная клетка была припечатана названием центра” (Бэте).

Но что же ’’локализуется” в центре? Одно направление признавало, что локализуется чувствительность (теория сенсорных центров). Мунк, Мейнерт, И.П. Павлов видели в коре скопление чувствительных центров. Другое направление, начатое работами Флексига, признавало наличие не только сенсорных центров, но и центров, не связанных прямо с периферией (теория ассоциационных центров — Бродбент, Флексиг, С.С. Корсаков).

Н.А. Бернштейн отмечал, что бесспорный приоритет в области физиологического ассоционизма принадлежит И. М. Сеченову — первому из физиологов, ’’отважившихся опереться на законы ассоциации для физиологического объяснения поведения человека”.

Однако исследования с экстирпацией локальных участков мозга вновь толкнули маятник в сторону антилокализационизма. Опыты Гольтца показали, что на локальную экстирпацию организм реагирует как целостная и неразделимая на составные части система. После тяжелых общих явлений, непосредственно следовавших за мозговой операцией (первичный шок), на первый план начинают выступать нарушения, охватывающие одновременно разнообразные функции — и движения, и чувствительность, и проявления высшей нервной деятельности. Эти нарушения в дальнейшем ослабевают и могут (при не слишком обширной экстирпации) исчезнуть бесследно. При экстирпации всей коры мозга остаются изменения, носящие не ограниченно-функциональный, а синтетический характер.

Н.А. Бернштейн в своих работах подчеркивал, что И.М. Сеченов ясно сознавал, какой сложнейший комплекс процессов возникает в организме при нарушении целости коры полушарий. Это проявляется и в характере нарушений после экстирпации, и в характере восстановления функций в последующий период. К выводам Флуранса, работавшего только на птицах, Сеченов в ’’Физиологии нервных центров” добавил, что самый произвольный характер движений и осмысленность чувствования страдают с удалением полушарий тем менее, чем ниже животное по степени развития полушарий. Сеченов представлял себе сложность вопроса о локализации функций. И локализационисты и их научные противники приводили факты и доводы в пользу своей правоты, но не опровергали факты и доводы друг друга.

К решению проблемы локализации функций в мозге Н.А. Бернштейна подвели его экспериментальные исследования по биодинамике, интенсивно проводившиеся в 20-х и первой половине 30-х годов. Им была разработана методика кимоциклографии и циклограммометрии.

Представшее перед исследователем море фактов требовало нового осмысления. Из этих потребностей жизни и возникла потом физиология активности, созданию которой посвящены исследования Н.А. Бернштейна. Сеченовская ’’жилка” в творчестве Бернштейна ’’пробилась” не только в идее саморегуляции, в идее о роли ’’мышечного чувства” в регуляции движения, в идее о сигнальной роли чувствования. Сеченовское влияние чувствовалось во всем стиле, во всем духе жизни творчества Н.А. Бернштейна: смелость и самобытность мысли, честность и самоотверженность, неуклонное проведение того, что представляется истиной.