Как строится движение.

Почему, задавая вопрос, мы употребляем здесь глагол «строится»? Да потому, что указанная сложность управления движениями немыслима без определенной иерархии, именно поэтажного построения. Однако прежде чем рассказывать об этой иерархии, необходимо упомянуть об одном утверждении Н. А. Бернштейна. Он высказал его еще в 1930 году, опередив всемирно знаменитого кибернетика Н. Винера (чуть позже об этом писал и академик П. К. Анохин). Ни один двигательный акт, утверждал Николай Александрович, невозможен без постоянной сигнализации с периферии о том, как в каждую долю секунды протекает это действие. Иначе говоря, он высказал идею обратной связи, которая позже легла в основу кибернетики, автоматики и науки об управлении.

В самом деле, невообразимая сложность нашего двигательного аппарата, все эти бесчисленные степени свободы подвижности, состояние мышц, нервной системы и постоянно меняющийся контакт с окружающей средой не позволяют построить движения по какой-то раз установленной схеме. Необходимы постоянные поправки, постоянная коррекция движений и, кроме того, непрерывные сообщения о получаемых результатах — даже промежуточных, не говоря уж о конечных. Все это возможно лишь на основе обширнейшего потока сообщений из самых различных точек тела и окружающего организм пространства. Именно эту информацию и сообщают органы чувств — зрение, слух, чувствительность кожи, мышц, суставов, органы равновесия.

Без этих «датчиков» целевые действия любого организма были бы невозможны. Поэтому заболевание или выход из строя любого из этих информаторов всегда приносит нам урон. Правда, постепенно его «сотоварищи» — другие органы чувств — берут на себя часть его функции и помогают как-то заместить, компенсировать дефект. У плохо видящего человека обостряются слух и чувствительность кожи, особенно пальцев. И наоборот, у человека с пострадавшей чувствительностью кожи и мышц усиливается роль зрения, а в темноте он уже почти ничего не может делать.

Необходимость постоянной и точнейшей коррекции хорошо иллюстрирует пример фортепианной игры. Если в каждой из 16 степеней свободы руки у одного пальца пианиста произойдет ошибка, вернее, неточность всего на 1°, то, суммируясь, эта неточность возрастет во много раз и даст отклонение кончика пальца на 5—6 сантиметров. То есть вместо ноты «до» будет звучать «ми» или даже «фа», а уже смешение подряд нескольких звуков превратит музыку в бессмысленный неуправляемый звуковой хаос.

Однако Н. А. Бернштейн считал множество степеней свободы не самой трудной и главной задачей в организации движения. Гораздо более трудным и принципиальным он считал управление непостоянным состоянием мышц — их упругостью, длиной, возбуждением и т. д. Решив эту задачу, задачу с огромным числом переменных, природа уж сравнительно легко могла справиться и с преодолением степеней свободы. А для такого решения оказалось жизненно необходимой постоянно текущая в мозг информация. О чем же? Главным образом о наличной длине каждой мышцы и о претерпеваемых ею изменениях, а также о позе всей двигательной цепи. Получая такие оперативные сообщения, нервная система уже может придать этим мышцам нужное напряжение и, тем влияя на всю цепь, управлять движениями (изложено это все достаточно схематично и упрощенно, на самом деле все много сложнее).

Так был провозглашен принцип обратной связи, принцип чувствительной (сенсорной) коррекции.

Далее, Николай Александрович утверждал, что координация каждого производимого движения возможна лишь с помощью различных органов чувств, которые объединяются между собой в различные ансамбли. Такой союз органов чувств недолговечен — изменился характер движения, изменяется и союзническая комбинация информаторов. Не меняется только одно — их комплексность. Каждое действие «обслуживается» бригадой из различных чувствительных отделов (в физиологии их называют афферентаторами). Очень важно и то, что каждой двигательной задаче в зависимости от ее смысла должна соответствовать абсолютно адекватная собственная комбинация афферентов, собственная «комплексная бригада».

Однако все сказанное еще недостаточно для классификации бесконечного числа движений, для понимания принципа построения движений.

Любой двигательный акт может быть построен только благодаря строгой иерархии уровней мозга (всего, по Н. А. Бернштенну, насчитывается пять уровней — «A», «B», «C», «D», «E»), каждый из которых имеет собственную обслуживающую бригаду афферентов (то есть органов чувств). Более того, эти «бригады» органов чувств определяют двигательную функцию каждого уровня, составляя его специфику.

И хотя Николай Александрович сам указывал на известную относительность такого деления на уровни, тем не менее теория построения движений представляет собой одно из прогрессивнейших направлений в физиологии, основанных на глубоком понимании деятельности мозга.

В построении любых движений участвуют в основном все уровни или во всяком случае 3—4 из пяти. Но роль их в построении действия неодинакова. Один уровень всегда ведущий, главный, без него соответствующее движение вообще невозможно, остальные уровни — фоновые, второстепенные. Правда, эта второстепенность относительна, поскольку большинство движений без любого из фоновых уровней будут неполноценными, некачественными.

Вот как об этом пишет Н. А. Бернштейн: «...ведущий уровень явно распространяет свой контроль на все нижележащие, фоновые уровни, участвующие в данном движении, так что каждый из последних исполняет свою партию в оркестре движения, но уже теряя в какой-то мере свое индивидуальное лицо и звуча только из-под палочки уровня-дирижера».

Для движений и действий, знакомых нам по жизни, какие уровни ведущие, а какие фоновые?

УРОВЕНЬ ПЕРВЫЙ: «ВЫ В ТОНУСЕ!»

Уровень «A». Самый первый и самый нижний по расположению — деятельность каждого уровня связана с определенными отделами центральной нервной системы. Для уровня «A» это часть спинного мозга, самые нижние отделы мозжечка и все располагающиеся там нервные центры-ядра. Этот уровень обслуживается своей комплексной бригадой органов чувств, которая сообщает в мозг сведения о величине и направлении мышечных напряжений и усилий, о положении частей тела относительно друг друга и, наконец, о положении самого тела в пространстве, в поле тяготения.

Какова же деятельность этого уровня?

Важно отметить, что такой «боеготовностью» человек обладает в любое время дня и ночи (рис. 1). Во сне, правда, эта готовность несколько снижается (кстати, потому мы так неуклюжи со сна, особенно при внезапном насильном пробуждении). При определенной двигательной разминке, например, перед соревнованиями, тонус повышается. Не имей мы этого тонуса, этой постоянной предуготованности мышц к движению, действия наши были бы очень затруднены, замедлены, а иногда и невозможны.

Итак, поддержание необходимого тонуса мышц, обеспечение текущей готовности к действию — вот одна из задач уровня «A». Но ведь это не самостоятельное действие. Да, уровень «A» очень редко бывает ведущим в каких-либо движениях, главное его значение — это подготовка к деятельности других уровней. Но и обойтись без него нельзя. Попробуйте построить движение, не имея исходных, вводных данных о главных исполнительных органах — мышцах и суставах.

И все-таки с некоторыми оговорками можно выделить и у него свои «сольные» выступления, часть из них непроизвольна. Это главным образом дрожательные движения. В первую очередь дрожь от холода. Достаточно нашей коже охладиться ниже определенной температуры (для незакаленного человека это около 30°), как возникает мышечная дрожь. Она начинается в жевательных мышцах («зуб на зуб не попадает»), спускается на мышцы шеи, рук и туловища и бьет приступами. Физиологический смысл такой дрожи очень велик, так как быстрые сокращения мышц вызывают значительное теплообразование и тем самым предохраняют внутренние органы от рокового переохлаждения (быстрое падение температуры внутренних органов ниже 30—33° приводит к смерти). Так что эта дрожь, «возглавляемая» уровнем «A»», есть тепловая защита.

Близко к этой дрожи относится и дрожь от сильного волнения или страха, хотя вызывается она уже чисто психологическими причинами. К таким же движениям относится и вздрагивание от внезапного резкого звука, луча света, надвигающейся угрозы («вздрогнул от стука в дверь»).

Это все примеры непроизвольных, как бы нечаянных движений. Но уровень «A» руководит построением и некоторых произвольных действий. Во-первых, это вибрационные ритмические действия. Например, быстрейшее фортепианное «vibrato» (скорость его 7—8

ударов в секунду). У профессиональных пианистов оно выполняется в самых различных звуковых сочетаниях — октавах, терциях и т. д. Специальные исследования показывают при этом колоссальную ритмичность, равномерность таких колебаний. Другом пример такой живой вибрации — движения пальцев левой руки скрипача и виолончелиста, прижимающих струны. Такая вибрация необходима для получения правильного звука.

Другая группа действий — принятие и удержание определенной позы. Без этой позы невозможно сложное многоступенчатое действие (рис. 2).

Всем известен прыжок в воду «солдатиком» — шаг вперед с вышки, руки прижаты, корпус выпрямлен, ноги вместе — вошел в воду, как нож в масло. Именно уровень «A» обеспечил удержание позы «солдатика» во время полета в воздухе.

А вот пример посложнее — прыжок в длину с разбега. Сложное, многоэтапное действие. Разбег, толчок, взлет и во время полета определенная поза; у одних прыгунов — пригнувшись, у других — согнувшись. Удерживается такая поза недолго, затем наступает следующий этап действия — приземление. Во время прыжка на лыжах с трамплина такая поза сохраняется намного дольше, превращаясь как бы в парение. В такой позе лыжники пролетают более 100 метров.

Итак, основная функция уровня «A» — создание «технического» фона, необходимого для различных действий. Невозможно представить ни одного движения, которое бы не было обеспечено фоном уровня «A». Как уже говорилось, тонус скелетной мускулатуры легко приспосабливается к изменяющимся действиям и представляет собой подвижный фон для всей двигательной системы. Собственно говоря, гибко меняющийся тонус мышц и есть одна из переменных функций «человеческой машины». И вот эта регистрация меняющегося тонуса и сразу вслед за этим и направленное изменение данного тонуса и лежат на уровне «A». О подобных случаях переименованных компонентов управления сегодня говорят и кибернетики. И в этом тоже заслуга Н. А. Бернштейна, много лет назад «нашедшего» необходимую и интересную тематику для будущих ученых.