Физиологические основы умственной деятельности

В основе умственного труда лежат восприятие, переработка информации и принятие решений. Восприятие информации в основном осуществляется зрительным и слуховым анализаторами. При этом включаются такие высшие психические функции, как внимание, память, интеллектуальная деятельность. Особенностью некоторых видов труда является повышенное эмоциональное напряжение, других - однообразие и простота выполняемых функций. Во всех случаях умственной деятельности основным является участие центральной нервной системы, ее высших отделов.

Головной мозг человека – сложная функциональная система, действующая как единое дифференцированное целое. В связи с этим, так называемых высших интеллектуальных центров, не существует и в осуществлении интеллектуальных функций принимают участие многие элементы или вся кора больших полушарий.

Головной мозг ни днем, ни ночью не находится в бездеятельном состоянии. Благодаря десяткам миллиардов нейронов он может накапливать свыше 10 млрд. единиц информации в секунду, что в несколько раз больше, чем самая совершенная ЭВМ. Вместе с тем, принято считать, что лишь около 20% возможностей мозга используются человеком в его деятельности.

В процессе умственного труда образуются новые функциональные связи, новые комплексы условных рефлексов. Учение И.П. Павлова об условных рефлексах и ВНД позволяет понять механизм образования трудовых навыков, которые определяют успех умственного труда. Условный рефлекс есть ответная реакция организма на внешние раздражители. Поведение человека, в частности, во время умственной работы регулируется законами условного рефлекса, процессами возбуждения и внутреннего торможения, экономящего силы человека.

Взаимодействие двух основных нервных явлений – возбуждения и торможения – обеспечивает человеку возможность быть всегда бодрым и хорошо ориентироваться во внешней среде. Образование и смена условных рефлексов при умственном труде осуществляется сложнее, чем при труде физическом.

Важной формой регулирования нервных процессов в коре головного мозга является нервная индукция – сложное взаимодействие процессов возбуждения и торможения. Различают положительную индукцию, при которой процесс торможения, возникший в одном пункте мозговой части анализатора, тотчас вызывает появление процесса возбуждения в другом его пункте. Отрицательная индукция, которая наступает, когда вызванный нами рефлекс усиливает имеющееся в других пунктах состояние торможения. Отрицательная индукция выражается, например, в забывчивости человека.

При тренировке процессы иррадиации – распространения, концентрации возбуждения и торможения, связанное с ними явление индукции происходят быстрее и точнее. В итоге достигается высшая ступень приспособления к условиям труда.

Создание устойчивой системы условных рефлексов, вырабатываемых в труде, обеспечивается эмоциональным интересом к совершаемому делу.

Роль эмоций в процессе умственного труда. Эмоциональная активность выступает как необходимое условие продуктивной интеллектуальной деятельности, если эта деятельность является достаточно сложной для человека, что только субъективно легкие задачи можно решить без эмоциональной активности. Эмоции выполняют очень важные функции в познавательной деятельности при взаимодействии мотивов интеллектуального характера. Готовность к действию высших отделов мозга зависит от нормального функционирования центров эмоций.

Нейрофизиологические исследования показывают, что эмоции являются источником творческой и познавательной деятельности. Для высших интеллектуальных актов нет резкого разграничения между положительными и отрицательными эмоциями.

В процессе интеллектуальной и учебной деятельности отрицательные и положительные эмоции, т.е. эмоции от успеха или неудачи, наслаждения или страдания, не только часто сменяют друг друга, но также и переплетаются между собой. Например, сдача экзамена даже на "отлично" у сильного студента иногда может вызывать неудовлетворение, так как в спокойном состоянии он мог бы изложить материал значительно лучше.

Под влиянием положительных эмоций повышаются функциональные возможности мозга и стимулируется ассоциативная деятельность. Положительные эмоции способствуют возникновению эмоциональной доминанты и зарождению новых потребностей и мотивов, ускоряют темп интеллектуальных процессов. При этом индивидуум становится более активным, подвижным, веселым. Выразительными становятся также голос, мимика, поза и жестикуляция.

Трудовая творческая деятельность, обучение, высокое интеллектуальное развитие и социально-этическая детерминированность своеобразно видоизменяют эмоции и их внешнее проявление. У человека эмоциональные реакции в прошлом были гораздо больше связаны с мускульными движениями. Развитие высших интеллектуальных процессов подчинило и соответственно изменило характер эмоций. Хотя разделение эмоций на эмоции высшего и низшего порядка в какой-то степени искусственно, оно облегчает понимание природы эмоций и выявление их роли в приспособительных механизмах организма, особенно в процессе трудовой деятельности и обучения. Эмоции высшего порядка управляют поведенческими актами человека, а также способствуют решению различных умственных и когнитивных задач учебного характера.

Человек целенаправленно использует весь свой богатый эмоциональный фонд для решения определенных задач, достижения цели, творческой деятельности, обучении. Видоизменение эмоциональных проявлений не должно означать, что при этом уменьшаются потенциальные ресурсы эмоций. Оно свидетельствует о качественном их изменении - одно качественное проявление эмоций переходит в другое. Эмоциональная разрядка возможна не только при различных аффективных проявлениях. При напряженной творческой работе и обучении эти эмоциональные потенции используются постепенно и целенаправленно, без особых внешних проявлений.

Волевые качества индивидуума также определяют утонченность эмоциональных проявлений. Трудности и препятствия в работе и учебе нередко концентрируют эмоциональную энергию на решении поставленной задачи, что не обходится без целенаправленного воздействия воли. П.И.Чайковский говорил, что нечеловеческим напряжением воли человек добьется больше, чем гениальный лодырь.

Физиологические изменения в организме при умственном труде. Первичные функциональные изменения в организме человека при умственном труде наступают прежде всего в динамике изменений высшей нервной деятельности.

Локальные процессы активации развиваются во многих зонах мозга, захватывая левое и правое полушарие. Интегративное взаимодействие полушарий головного мозга обеспечивает взаимодействие двух уровней обработки информации: чувственного и абстрактного. Важнейшую роль в осуществлении психических функций играют лобные доли мозга.

Под влиянием умственной работы состояние психических функций претерпевает фазные изменения. В начале работы улучшаются внимание, запоминание, скорость выполнения интеллектуальных тестовых задач и профессиональная работоспособность. Длительная умственная нагрузка оказывает угнетающее влияние на психическую деятельность: ухудшаются функции внимания - объем, концентрация, переключение, памяти - кратковременной и долговременной, восприятия - появляется большое число ошибок.

Суточный расход энергии при умственном труде составляет от 10,5 до 12,5 МДж. Увеличение расхода энергии при отдельных видах умственной деятельности различно. Так, при чтении вслух сидя расход энергии повышается на 48%, при выступлении с публичной лекцией – на 94%, у операторов вычислительных машин – на 60-100%.

Повышение суммарных энергетических затрат при умственной работе определяется степенью нервно – эмоциональной напряженности. При нервно-эмоциональном возбуждении наблюдается ускорение обмена катехоламина, увеличение норадреналина в симпатических окончаниях, содержания в крови адреналина и кортикостероидов, стимулирующих энергетические процессы и повышающих возбудимость нейронов.

Любая умственная работа сопровождается определенным психоэмоциональным напряжением, которое приводит к усилению энергетического обмена, повышению тонуса мускулатуры.При интенсивной интеллектуальной деятельности энергетические потребности мозга повышаются до 15 – 20% от общего обмена в организме, в то время как вес мозга составляет лишь 2% от массы тела. При этом потребление кислорода 100 г коры головного мозга оказывается в 5 – 6 раз большим, чем расходует скелетная мышца такого же веса при максимальной нагрузке.

Несмотря на значительное увеличение энергетических потребностей мозга, при умственной работе газообмен не изменяется, либо возрастает очень незначительно. При массе головного мозга 1500 г количество потребляемого им кислорода в минуту составляет около 50 мл. Эта величина при умственной работе существенно не изменяется. Наблюдаемое увеличение газообмена при некоторых видах умственной деятельности, например, чтении, объясняется ростом мышечной активности в этот период.

При умственной работе существенных сдвигов в кровообращении не наблюдается. В связи с фиксированной позой и отсутствием движений имеется недостаточная мобилизация функций кровообращения. Исключением является эмоционально напряженный труд: волнение, нетерпение сказываются на состоянии сердечно – сосудистой системы и ведут к учащению сердцебиений, изменению ЭЭГ, повышению артериального давления. Так, у переводчиков во время синхронного перевода частота пульса в среднем составляет 100 ударов в минуту, возрастая временами до 160. Имеются клинические наблюдения и статистические данные, показывающие, что у работников умственного труда заболеваемость гипертонией, коронарной недостаточностью, атеросклерозом выше, чем у лиц, занимающихся физическим трудом.

При разработке рациональных режимов труда и отдыха необходимо учитывать тот факт, что при умственной работе мозг склонен к инерции продолжению мыслительной деятельности в заданном направлении. После окончания умственной работы “рабочая доминанта” полностью не угасает, обуславливая более глубокое утомление и истощение ЦНС при умственной работе в большей степени, чем при физической.