Физиологические основы внимания

Общее представление о внимании.Внимание — это направленность и сосредоточенность психической деятель­ности на определенном объекте или объектах, в том чис­ле на объектах внешнего мира (внешне направленное вни­мание), на психической деятельности, переживаниях, мыс­лях (внутри направленное внимание), которое обеспечива­ет более эффективное восприятие приоритетной информа­ции. Внимание можно рассматривать как наиболее актив­ное состояние бодрствования. Внимание не имеет соб­ственного продукта или своего особого содержания, так как оно отражает процесс познавательной деятельности.

Различают три вида внимания: 1) непроизвольное внимание (оно тождественно ориентировочному рефлек­су), которое не требует усилий воли; 2) произвольное избирательное, селективное) внимание, представляющее собой условнорефлекторный процесс, требующий усилий золи; 3) вторично непроизвольное внимание, объектом которого являются предметы внешнего мира, имеющие оттношение к профессиональной деятельности. Считается, что все виды внимания имеют разные функции, по-разно­му формируются в онтогенезе, и в их основе лежат раз-личные физиологические механизмы.

В литературе рядом авторов, полагающих, что вниманиеe является самостоятельным психическим процессом, предлагается выделять такие его виды, или формы, как сенсорное (зрительное, слуховое, тактильное и т.п.), мотор­ное, интеллектуальное и эмоциональное. Клиника очаговых поражений показывает, что эти виды внимания могут страдать независимо друг от друга и в их обеспечении, по-видимому, принимают участие разные отделы мозга.

В психологии внимание характеризуется объемом, концентрацией, устойчивостью, переключением и распределением. 1). Объем внимания отражает число объектов одновременного наблюдения. Считается, что оптимальным для человека является 5±2 объекта. При меньшем числе объектов наблюдений может развиваться явление моното­нии, скуки, приводящее к снижению устойчивости внимания. а при большем числе объектов быстро снижается способность к психической деятельности, т.е. развивается умственное утомление.

2). Концентрация внимания (помехоустойчивость) отражает интенсивность психической деятельности, затраты «нервной» энергии, степень возможного распределения внимания на другие его объекты. 3). Устойчивость внимания отражает способность человека к со­хранению высокой концентрации внимания в течение определенного времени; известно, что внимание периодически флюктуирует, т.е. спонтанно снижается, а затем также спонтанно может восстановиться до исходного уровня. Даже у взрослых людей спонтанное снижение концентра­ции внимания наступает каждые 15 минут. 4). Переключе­ние внимания указывает на способность быстрого перехо­да от одного объекта внимания к другому. 5). Распреде­ление внимания отражает способность человека направлять внимание одновременно на несколько объектов.

Современные представления о физиологических про­цессах, обеспечивающих формирование внимания. В гла­ве 14 «Общая физиология сенсорных систем» частично уже обсуждался вопрос о физиологических механизмах, обеспечивающих формирование внимания при обработке сенсорных сигналов. В данном разделе рассмотрим этот вопрос более подробно.

В 50-60-ые годы XX века существовали сравнительно простые представления о процессах, обеспечивающих се­лективную, избирательную направленность психических процессов, т.е. внимание. Так, одно из первых представле­ний было сформулировано Д.Е. Бродбентом (1958) в его теории фильтра. Автор полагал, что нервная система рабо­тает как коммуникационный канал, на входе которого осуществляется фильтрация сенсорной информации (селек­ция), т.е. выбирается только необходимая (желаемая) в данный момент времени информация. Характер селекции определяется свойствами самих событий, состоянием орга­низма, а также физическими признаками сенсорного сти­мула. Невостребованная информация, согласно автору, по­ступает в блок кратковременного хранения, находящийся перед фильтром. При изменении ситуации она может быть использована после предварительной фильтрации.

Другая модель (А. Трейсман, 1964) предполагает, что весь поток информации поступает через множество параллельных каналов на фильтр, который селективно усиливает сигналы одного какого-либо канала и ослабля­ет сигналы всех других каналов. Все сигналы проходят через логический анализатор (словарь), представленный нейронами, активность каждого из которых связана с оп­ределенным словом, составляющим словарь индивида, и приводит к осознанию субъектом слов. Эти нейроны ак­тивируются неослабленными сигналами, а некоторые из них с достаточно низким порогом чувствительности могут быть активированы и ослабленными сигналами.

По третьей модели (Дж. Дойч и Д. Дойч, 1963), все сенсорные сигналы доходят до логического анализатора, где каждый из них анализируется на предмет специфичности. Чем важнее сигнал для организма, тем выше ак­тивность нейронов логического анализатора, на который он поступил, вне зависимости от его исходной силы. Важность сигнала оценивается на основе прошлого опы­та. Работа логического анализатора не контролируется сознанием. Осознается только информация, выходящая из него.

Во всех этих моделях предполагалось, что «фильтра­ция» сенсорной информации происходит на этапах пере­ключения путей, т.е. в релейных ядрах. Однако в после­дующем было доказано, что сенсорные сигналы при от­сутствии внимания все же достигают высших корковых центров. Следовательно, выбор наиболее важной инфор­мации, т.е. формирование внимания, происходит именно в коре на основе имеющихся здесь механизмов внимания. Одной из признанных концепций, объясняющих этот процесс «селективной фильтрации», является «нервная модель стимула», предложенная Е.Н. Соколовым еще в 1979 г., которая за последние годы была дополнена ря­дом важных положений, в том числе сформулированных Р. Наатаненом и соавт. (1987).

Концепция Е.Н. Соколова. Эта концепция базируется на представлении о том, что основу непроизвольного вни­мания составляет безусловный ориентировочный рефлекс (ориентировочная реакция, рефлекс «Что такое?» по И.П. Павлову, рефлекс прицеливания по Ю. Конорскому). Этот рефлекс открыл и подробно изучил И.П. Павлов. Он описал его как комплекс двигательных реакций, ко­торый возникал на неожиданное появление нового стиму­ла с целью его наилучшего восприятия. При этом собака поворачивала голову, глаза, настораживала уши в направ­лении нового раздражителя, а ее текущая условнореф-лекторная деятельность тормозилась. В этом отношении следует отметить данные П.К. Анохина, согласно кото­рым ориентировочный рефлекс помимо торможения ус-ловнорефлекторной деятельности в определенных случаях может усиливать текущую деятельность, например, в си­туации оборонительной доминанты, или трансформиро­ваться в поведенческую реакцию, например, ориентиро­вочно-исследовательскую.

Ориентировочный рефлекс было подробно исследо­ван Е.Н. Соколовым и его коллегами. Было установлено, что у животных и человека при его реализации в услови­ях многократного повторения индифферентных стимулов наблюдается многокомпонентная реакция активации. В частности, на ЭЭГ имеет место блокада альфа-ритма, уси­ление бета— и гамма— колебаний, что коррелирует с увеличением возбудимости, реактивности и лабильности нейронов коры. Вегетативные компоненты рефлекса — это расширение зрачков, увеличение кожной проводимос­ти, снижение ЧСС, изменение дыхания, увеличение дыха­тельной аритмии в частотном спектре ритмограммы серд­ца, расширение сосудов головы и сужение сосудов рук. В моторной сфере ориентировочный рефлекс представлен поворотом головы, движением глаз, настораживанием ушей в направлении нового стимула и увеличением мы­шечного тонуса, обеспечивающего повышенную готовность к моторным реакциям. Под влиянием данного рефлекса сенсорная чувствительность анализаторов увеличивается, что получило название сенсорного компонента ориентиро­вочного рефлекса. В целом, все это указывает на то, что ориентировочный рефлекс обеспечивает лучшее восприя­тие вызвавшего его стимула и готовность быстро реаги­ровать, если того требует ситуация.

Е.Н. Соколов выявил две формы проявления ориен­тировочного рефлекса — генерализованную и локальную.

Первоначально новый стимул вызывает генерализованный рефлекс (это обусловлено активацией ретикулярной фор­мации), который характеризуется диффузной ЭЭГ— акти­вацией всей коры. Однако после 10-15 применений сти­мула генерализованный рефлекс угасает и на этом фоне наблюдается локальный ориентировочный рефлекс. Он более устойчив к угашению и требует 30 и более приме­нений стимула. Его наличие связывают с активацией не­специфического таламуса. При локальном рефлексе реак­ция ЭЭГ— активации сохраняется в сенсорной коре, со­ответствующей модальности повторяемого раздражителя. При длительном повторении стимула возникает полное угашение ориентировочного рефлекса (это трактуется как одна из форм обучения — негативного обучения).

Для объяснения угашения Е.Н. Соколов предполо­жил, что в процессе повторения индифферентного стиму­ла без специального подкрепления в мозге формируется его нейрональная, или нервная, модель, или определенная конфигурация следа. Это многомерная модель, фиксиру­ющая все параметры сенсорного стимула, все его призна­ки — от простого до сложного, в том числе, его интен­сивность, а также биологическую значимость. Мозг заме­чает малейшее отклонение от параметров повторяющегося стимула благодаря сравнению с его моделью, хранящейся в памяти (изменение интенсивности, длительности, цвета, формы, частоты и т. д.). Ориентировочный рефлекс воз­никает в тех случаях, когда обнаруживается рассогласо­вание между действующим стимулом и сформированным следом, т.е. «нервной моделью». Если действующий сти­мул и нервный след, оставленный предшествующим раздражителем, идентичны, то ориентировочный рефлекс не возникает. Если же они не совпадают, то рефлекс воз­никает и оказывается до известной степени тем сильнее, чем больше различаются предшествующий и новый раз­дражители.

Таким образом, новизна стимула и является инициа­тором ориентировочного рефлекса, в результате которого происходит активация структур, причастных к формирова­нию селективного отбора сенсорной информации.

Следует, однако, подчеркнуть, что для появления ориентировочного рефлекса важно не только различие ■ физической силе сенсорного сигнала, но и биологическая значимость этого различия — нередко более выраженную реакцию рассогласования могут вызвать ничтожные изме­нения ситуации, если они прямо адресованы к основным потребностям человека. Иначе говоря, высоко значимый стимул может вызвать мощную ориентировочную реак­цию, имея небольшую физическую интенсивность. Таким образом, ориентировочный рефлекс возникает не на любой новый стимул, а только на такой, который прельдельно оценивается как биологически значимый. В противном случае ориентировочные рефлексы возникали бы непрерывно, так как новые раздражители действуют нас постоянно.

Схема взаимодействия основных функциональных блоков с нервной моделью, по Е.Н. Соколову, объясняющая формирование ориентировочного рефлекса, включает воспринимающее устройство, исполнительное устройство блок с моделью стимула, компаратор, а также блок активирующей системы, определяющий уровень активности исполнительного устройства ориентировочного рефлексов По мере формирования модели она усиливает свое тормозное влияние на неспецифическую систему мозга. Торможение носит избирательный характер, оно ухудшает восприятие только повторяющегося стимула. В случае несовпадения стимула с моделью в компараторе возникает

сигнал рассогласования, который активирует исполни­тельное устройство ориентировочного рефлекса.

Главными элементами, осуществляющими сравнение стимула с моделью, согласно Е.Н. Соколову, являются гиппокампальные нейроны новизны (В-нейроны), реаги­рующие на стимул возбуждением, и нейроны тождества (или Т-нейроны), отвечающие на стимул торможением. Именно на этих нейронах происходит формирование не­рвной модели стимула (за счет конвергенции импульса-ции от корковых нейронов-детекторов). Многократное повторение одного и того же сенсорного стимула по­давляет возбудительный ответ нейронов новизны (за счет изменения состояния возбуждающих синапсов, об­ладающих выраженной пластичностью) — их фоновая активность постепенно тормозится. Напротив, фоновая активность нейронов тождества, с которыми нейроны-де­текторы связаны через пластические тормозные синапсы, при многократном повторении стимула постепенно воз­растает (так как при многократном прохождении сигна­ла снижается эффективность работы тормозных синап­сов). В свою очередь сигналы от нейронов новизны и тождества противоположно воздействуют на активирую­щую и синхронизирующую системы мозга. Новый раз­дражитель вызывает реакцию активации (т.е. ориентиро­вочный рефлекс), так как возбуждает активирующую и тормозит синхронизирующую (инактивирующую) систе­мы мозга. Привычный стимул перестает возбуждать ак­тивирующую неспецифическую систему мозга и при этом через нейроны тождества стимулирует неспецифические тормозные влияния.

Р. Наатанен и соавт. (1987), на основании изучения характера вызванных потенциалов, предложили, что в мозге могут формироваться три варианта нервных моде­лей стимула. Первый вариант — это «пассивная, или не­произвольная» модель стимула. Она формируется после предъявления любого стимула даже при отвлечении вни­мания и сохраняется в течение примерно 5 секунд. Если в пределах этого интервала предъявляется какой-либо другой стимул, то происходит рассогласование афферент­ных влияний от него с нервной моделью от предшеству­ющего стимула, что (неосознанно) формирует внимание к новому стимулу. Второй вариант — это «активная», или произвольная нервная модель часто предъявляемого сти­мула (для сравнения с редко предъявляемым стимулом). Время существования этой модели определяется тем, Ha-сколько долго испытуемый сохраняет внимание к выпол­няемой задаче. Данная модель является своего рода стан­дартом, с которым сравнивается поступающая от сигналов афферентации. Афферентация от редкого сигнала вы­зывает процесс рассогласования, который и обеспечивает узнавание редкого сигнала. Авторы полагают, что пассив­ная и активная модели могут существовать одновременно и обеспечиваться активностью нейронов разных областей мозга. Третий тип нервной модели стимула формируется при условии высокой вероятности появления стимула, который нужно обнаружить (его еще называют целевым стимулом). Авторы называют эту модель «следом внимания», поскольку она формируется и поддерживается стимулом, к которому привлечено внимание.

Учитывая эти новые экспериментальные данные, Н. Соколов предложил выделять два типа энграмм, с которыми связано возникновение непроизвольного и произвольного ориентировочного рефлекса. Непроизвольный рефлекс возникает в том случае, когда к нейронам новизны и нейронам тождества подключены единицы кратковременной памяти, а произвольный ориентировочный рефлекс (произвольное внимание) — при свя­зи этих нейронов с единицами долгосрочной памяти, ко­торые обеспечивают произвольное удержание шаблона. В том и другом случае рефлекс возникает при наличии рассогласования между «стандартом» (энграммой) и те­кущей характеристикой стимула. Такая новая трактовка концепции увеличивает границы применимости ее основ­ных положений и позволяет рассматривать механизмы формирования произвольного внимания как частный случай теории рассогласования.

Тем не менее, мы склонны рассматривать произволь­ное внимание как условнорефлекторный процесс, благо­даря которому происходит дополнительная активация нейронов коры больших полушарий в ответ на условный сигнал, а вторично непроизвольное внимание — как ва­риант автоматизации этого условного рефлекса. Таким образом, формирование произвольного внимания проис­ходит в соответствии с формированием любого «интел­лектуального» условного рефлекса: вначале наблюдается генерализованный ответ, т.е. активация коры больших по­лушарий происходит в ответ на серию близких по значе­нию сигналов, затем наступает этап специализации, при котором активация коры происходит лишь на определен­ный сигнал. Для этого вида рефлексов характерны явле­ния внешнего и внутреннего торможения, в том числе дифференцировочного, запаздывающего и угасательного. Особенно наглядно формирование произвольного внима­ния у студентов первого курса — в первые дни занятий для них большой трудностью является концентрация вни­мания при выполнении домашних заданий.

Методы изучения внимания. Современные взгляды на природу процессов, лежащих в основе непроизвольно­го и произвольного внимания, основаны на результатах электрофизиологических наблюдений, проведенных на животных и человеке. В частности, при использовании классического метода электроэнцефалографии было пока­зано, что при предъявлении испытуемому сенсорного сти­мула наблюдается подавление альфаритма, что расцени­вается как реакция активации. Одновременно при мобилизации интеллектуального внимания имеет место пространственная синхронизация ритмов (наиболее ярко в передних зонах левого полушария), а также рост коге­рентности в полосе альфа-ритма (преимущественно в пе­редних, в том числе премоторных, зонах коры). Все это указывает на важную роль передних отделов левого полушария в обеспечении произвольного внимания.

Использование метода вызванных, или событийно-связанных потенциалов (ССП), дает чрезвычайно полез­ную информацию, позволяющую оценить процессы, про­исходящие при формировании внимания. Например, в опытах С. Хильярда при предъявлении редко встречаю­щихся звуковых (целевых) стимулов на фоне регулярно подаваемых звуковых стимулов показано, что привлече­ние внимания сопровождается усилением (ростом ампли­туды) негативной волны с латентным периодом около 150 мс, обозначаемой как компонент N,, а также появле­нием положительного колебания Р3 с латентным перио­дом около 300 мс, которое отражает «установку на от­вет», связанную с выбором варианта ответа. Доказано, что основная часть (длительностью не менее 500 мс) ком­поненты N, отражает неосознанную «установку» на сти­мул, т.е. формирование ориентировочной реакции (произ­вольного внимания) и начало обработки сенсорного сиг­нала. Поэтому эта часть компоненты N, названа «нега­тивность, связанная с обработкой информации». Она, как правило, регистрируется при несовпадении редко предъявляемого целевого стимула со «следом внимания», обра­зуемым в ассоциативной слуховой зоне и лобной области при частом повторении и воспроизведении стандартного стимула. При этом, чем меньше разница между этими стимулами, тем больше латентный период и тем длитель­нее отрицательное колебание, развивающееся в ответ на целевой, нестандартный стимул. В ряде случаев удается выявить еще одну составную часть компоненты N,, назван­ную как «негативность рассогласования». Она возникает в слуховой коре с латентным периодом 70-100 мс и отража­ет автоматический осознанный процесс сравнения физичес­ких признаков звукового стимула со следом стандартного стимула, хранящимся в течение 5-10 секунд в сенсорной памяти. Чем больше рассогласование, тем выраженные эта часть компоненты Nr

Именно с помощью метода вызванных потенциалов удалось показать, что процесс формирования произволь­ного внимания в слуховой и соматосенсорной системах включается не позже, чем через 20-30 мс после предъяв­ления стимула, а в зрительной сенсорной системе — при­мерно через 60 мс.

Использование электрофизиологических методов по­зволило Н.П. Бехтеревой установить, что при выполнении психологических проб, требующих мобилизации произ­вольного внимания, у человека изменяется электрическая активность нейронов передних отделов таламуса и ряде других структур ближайшей подкорки — стремительно возникают вспышки импульсной активности, по частоте в 2-3 раза превышающие уровень фона. Характерно, что описанные изменения в импульсной активности нейронов сохранялись на протяжении выполнения всего теста, и только по его завершении уровень активности этих ней­ронов возвращался к исходному. Эти данные доказывают, что различные формы познавательной деятельности чело­века, сопровождающиеся напряжением произвольного внимания, характеризуются повышением роли активирую­щих систем мозга.

Система внимания. Е.Д. Хомская (1987) и другие ав­торы не исключают, что формирование внимания при каждом виде деятельности (анализ сенсорной информа­ции, выполнение сложных двигательных актов и мысли­тельных процессов) осуществляется с участием дополни­тельных механизмов, реализацию которых обеспечивают дополнительные структуры мозга, в частности зоны коры, непосредственно связанные с обеспечением соот­ветствующих психических функций. В этот отношении следует привести точку зрения М. Познера, согласно ко­торой в мозге человека существует самостоятельная сис­тема внимания, которая анатомически изолирована от си­стем обработки поступающей информации. В этой систе­ме внимания М. Познер предлагает выделять ряд функ­циональных подсистем, которые обеспечивают три глав­ные функции: ориентацию на сенсорные события, обна­ружение сигнала для сознательной обработки и поддер­жание бдительности, или бодрствующего состояния. В обеспечении первой функции существенную роль играют задняя теменная область и некоторые ядра таламуса, вто­рой — латеральные и медиальные отделы фронтальной коры, а поддержание бдительности обеспечивается за счет деятельности правого полушария.

Расстройство внимания встречается достаточно часто, в том числе рассеянность (т.е. неспособность к длитель­ному сосредоточенному вниманию и частая отвлекаемость), чрезмерная подвижность внимания, инертность внимания, патологическая фиксация внимания на ограни­ченном круге представлений и мыслей. Все эти виды расстройств наблюдаются при повреждении лобных долей и гиппокампа, а также при невротических состояниях. Клиника очаговых поражений показывает, что отдельные виды внимания (сенсорное, двигательное, эмоциональное и интеллектуальное) могут нарушаться независимо друг от друга, что косвенно свидетельствует о наличии специ­альных корковых структур, обеспечивающих формирова­ние соответствующих видов внимания.

Ориентировочно-исследовательская деятельность. Часто вслед за возникновением ориентировочного реф­лекса, т.е. после настройки анализаторов на лучшее вос­приятие нового стимула возникают исследовательские реакции как компоненты ориентировочно-исследователь­ского поведения, которые направлены на более деталь­ное ознакомление с сенсорным сигналом, вызвавшим ориентировочный рефлекс. Такая деятельность побужда­ется самостоятельной потребностью в получении новой информации, необходимой, согласно П.В. Симонову, для саморазвития индивида. Получение новой информа­ции можно рассматривать как подкрепление условно-рефлекторной деятельности, которое вызывает усиление секреции эндогенных опиатов, в связи с чем возникают положительные эмоции и возбуждаются нейроны цент­ров удовольствия.

(под редакцией Шмидта и Тевса)