Н.А. Бернштейн – основатель современной биомеханики

Девишвили Важа Михайлович Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Выдающийся отечественный физиолог и психофизиолог Николай Александрович Бернштейн (1896-1966) родился в Москве в семье видного московского психиатра А.Н. Бернштейна. В 1919 году окончил медицинский факультет Московского университета, там же прослушал курс математического факультета. В 1919 году был мобилизован в качестве военного врача в Красную армию. В 1920 году демобилизован из армии, работал психиатром в клинике В.А. Гиляровского. В 1922 году Н.А. Бернштейн был приглашен А.К. Гастевым в Центральный институт охраны труда (ЦИТ). Там он основал и возглавил лабораторию биомеханики, где занимался изучением трудовых движений с целью их оптимизации и повышения производительности труда. Н.А. Бернштейн совершенствует существующие и разрабатывает новые методы регистрации параметров трудовых движений (кимоциклография, циклограмметрия) с использованием кинокамер с высокой частотой съемки, которые позволяли более подробно фиксировать фазы движения человека. Он создает новые способы анализа результатов эксперимента с последующей математической обработкой данных, исследует механизмы управления сокращением скелетной мускулатуры и закладывает основы биомеханики. Уже к 1924 году ученый подготовил к изданию обширный труд «Общая биомеханика», который был опубликован в 1926 году.

На основе экспериментальных данных, полученных на основе изучения биомеханики и физиологии мышечного сокращения в трудовых движениях, Н.А. Бернштейн обосновал необходимость постоянного контроля и коррекции процесса реализации целенаправленных двигательных действий. Этот механизм кольцевого управления в 1928 году получил название принцип «сенсорных коррекций». Спустя два десятилетия Норберт Винер, разрабатывая основы кибернетики, назовет аналогичный механизм обратной связью.

К середине тридцатых годов XX столетия Н.А. Бернштейном были разработаны и наполнены содержанием такие теоретические положения концепции как «кольцевая схема управления движениями», «принцип сенсорных коррекций», «повторение без повторения», «модель потребного будущего», «преодоление избыточных степеней свободы», «принцип равной простоты» и другие, которые составили ядро его монографии «О построении движений».

В этом труде ученый сформулировал принцип активности субъекта при планировании и реализации моторного действия. Взяв за основу иерархическую систему построения движений, он блестяще описал огромное разнообразие движений человека различной сложности и смыслового содержания. Монография «О построении движений», опубликованная в 1947 году, была удостоена Государственной премии СССР.

В первой ее части приводятся материалы об эволюции двигательной функции и обосновывается необходимость кольцевой схемы управления движениями. Согласно концепции кольцевого управления и сенсорной коррекции, при реализации программы какого-либо движения результаты действия оцениваются на основе анализа информации от сенсорных систем. При отклонении от заданной программы вносятся коррективы в программу движения. Этот факт приводит Н.А. Бернштейна к выводу, что даже при выполнении хорошо заученных и часто повторяемых движений способы и средства решения двигательной задачи будут различны из-за непостоянства внешних и внутренних условий. Процесс планирования движения осуществляется на основе сенсорной информации, а процесс реализации двигательной задачи -  на основе сенсорных коррекций от начала движения до его завершения.

Вторая часть монографии посвящена описанию пяти уровней (A, B, C, D, E) построения движений. В процессе реализации двигательной задачи могут участвовать практически все уровни движения. Исключение составляют лишь кратковременные рефлекторные реакции (защитные, избегания и др.) которые реализуются на уровне А раньше, чем информация о действии достигает высших аналитических отделов мозга.

Уровень А или субкортикальный уровень имеет важнейшее значение для жизнедеятельности человека в среде обитания. Практически ни одно требуемое моторное действие не может быть успешно выполнено без предварительной и соответствующей подготовительной реакции позы и тонуса и дальнейшего сопровождения моторного процесса на основе сенсорных коррекций. Большинство этих моторных реакций непроизвольны и отличаются высокими адаптивными свойствами и качеством исполнения. Наиболее древние из них Н.А. Бернштейн относил к палеокинетическим регуляциям. К самым очевидным самостоятельным движениям этого уровня относят следующие непроизвольные: дрожательные движения от холода, испуга, страха и патологические моторные эффекты (паралич «Паркинсона» и др.), произвольные: быстрые вибрационные движения динамического типа и статические в виде определенных поз, отдельных фаз или фрагментов сложного целостного движения.

Уровень В. Субкортикальный уровень синергии и штампов или таламопаллидарный уровень. Если на уровне А, основанном на неокинетическом нейромышечном субстрате (поперечно полосатая мускулатура и нервные волокна, покрытые миелиновой оболочкой), реализовывались в основном палеокинетические регуляции, то на уровне В на базе неокинетического субстрата представлено большое число сложных неокинетических механизмов регуляции, несущих, совместно с уровнем А, базовые фоновые функции для обеспечения успешной реализации моторных действий. Н.А. Бернштейн выделяет три координационных качества, характерных для этого уровня:

• способность к высоко слаженным движениям всего тела с участием многих десятков мышц и мышечных си- нергий;

• способность выстраивать различные фазы движений соответствующим образом во времени;

• свойство или склонность к штампам, к чеканной повторяемости движений, не важно, ритмических или однократных.

Несмотря на огромные координационные возможности и совершенную афферентацию уровня синергий, уровнем В управляется мало самостоятельных движений. По мнению Н.А. Бернштейна, это, прежде всего, выразительная мимика, пантомимика и пластика, проявляющаяся в результате сдвигов эмоциональных состояний, а не символических факторов. К этому уровню относят также бесснарядовые гимнастические упражнения, которые отличаются грациозностью, плавностью и высокой устойчивостью к внешним воздействиям.

Важнейшей свойством уровней А и В является то, что на основе различных видов сенсорной информации (от суставных, сухожильных и мышечных рецепторов, вестибулярной системы и др.), за исключением визуальной информации, формируется чувство схемы тела.

Кортикальный уровень построения С или уровень пространственного поля. Этот уровень оснащен визуальной системой, что позволяет субъекту в содружестве с уровнями А и В активно взаимодействовать с окружающим предметным миром. Н.А. Бернштейн рассматривает на уровне С два подуровня: С1 и С2. Для С1 характерны требования минимальной вариативности (пример типового задания – обведение фигуры). Для С2 характерны требования наивысшей точности (пример типового задания – срисовывание фигуры). Перечень самостоятельных движений, управляемых на уровне пространственного поля настолько обширен и разнообразен, что Н.А. Бернштейн исключал возможность составления перечня или каталога. Он выделил семь основных видов и групп движений. Первые четыре ученый относит к регуляциям типа С1, пятую – к переходной, а оставшиеся две группы движений – к регуляциям типа С2.

Кортикальный уровень построения D. Теменно-премоторный уровень действий или уровень предметных действий. Полностью кортикальный уровень D является принадлежностью человека, где ведущей афферентацией уровня действий является предмет, а ведущим мотивом – смысловая сторона действия с предметом. Таким образом, в отличии от нижележащих уровней (С, В и А), для которых характерна в основном метричность в моторных действиях, для смысловых цепей уровня D характерна топологичность.

Пространственные и временные компоненты моторного действия представлены на всех уровнях построения движений. Временная структура на уровне синергии (В) вплетена в ткань движения, а на уровне пространственного поля (С) определяет скорость, темп, время начала и завершения движения. На уровне предметного действия (D) время представлено в виде цепи интервалов активных моторных действий, объединенных в смысловую структуру и определяемых смыслом поставленной задачи.

Уровни выше уровня D (группа Е) или высшие кортикальные уровни.

На уровне Е представлены высшие интеллектуальные двигательные действия, символические или условные смысловые действия, относящиеся в основном к координации речи и письма, а также действия, имитирующие предмет или действия с предметом являющимся вспомогательным средством, например, различные виды и формы художественного исполнения. Для обоснования наличия уровней выше уровня D Н.А. Бернштейн приводит материалы, связанные с особенно сложными интеллектуальными актами речи и письма, например, перевод или «перешифровка» фонетического (зву- кового) образа слова на его правильное графическое начертание и обратно.

В качестве материалов, подтверждающих наличие уровней выше уровня D, Н.А. Бернштейн приводит патологические признаки персеверации и апраксии.

Третья часть монографии посвящена возникновению и развитию уровней построения движений. Н.А. Бернштейн описывает принципы формирования двигательных навыков и выделяет признаки уровневой структуры в патологии и норме.

Монография «О построении движений» – фундаментальный труд, итог более чем двадцатилетней научной работы. В последующих научных публикациях 1950- 60 годов Н.А. Бернштейн значительно расширил представления о функциональном содержании и нервном субстрате уровней построения движений, детализировал этапы и фазы формирования и совершенствования двигательных навыков, дал определения моторной памяти, моторному профилю и моторному стилю.

Принцип сенсорных коррекций, лежащий в основе кольцевого управления движениями, является основным фундаментальным положением учения Н.А. Бернштейна о физиологии и психофизиологии активности. Сформулированные в рамках его учения концепции, о которых мы уже упоминали: «повторение без повторения», «модель потребного будущего», «преодоление избыточных степеней свободы», «принцип равной простоты» и другие, до сих пор не утратили своей значимости, активно используются в научных исследованиях в области психофизиологии, развиваясь и наполняясь новым содержанием. Несомненным достоинством трудов Н.А. Бернштейна является демонстрируемая автором широта научных взглядов вместе с глубиной и детальностью рассмотрения изучаемого предмета, что является неиссякаемым источником идей для исследований в области физиологии активности. Научное наследие Н.А. Бернштейна более чем за полвека не только не потеряло привлекательности для исследователей, но и активно используется в области физиологии, психологии, трудовой деятельности и спорта.

Литература:

Алкарас В., Аракелов Г.Г., Девишвили В.М., Соколов Е.Н. Нейронные механизмы организации движений // Вестник Московского университета. Серия 14. Психология. – 1982. – No 4.

Бернштейн Н.А. Новые линии развития в физиологии и их соотношение с кибернетикой. – Москва, 1962.

Бернштейн Н.А. О ловкости и ее развитии. – Москва, 1991.Бернштейн Н.А. О построении движений. – Москва, 1947.

Бернштейн Н.А. Общая биомеханика. Основы учения о движениях человека. – Москва, 1926.

Бернштейн Н.А. Очередные проблемы физиологии активности // Проблемы кибернетики. – 1961. – Вып. 6. – С. 101-160.

Бернштейн Н.А. Очерки по физиологии движений и физиологии активности. – М., 1966.

Бернштейн Н.А. Проблема взаимоотношений координации и локализации // Архив биологических наук. – 1935. – Т. 38. – Вып. 1. – С. 1-34.

Бернштейн Н.А. Пути и задачи физиологии активности // Вопросы философии. – 1961. – No 6. – С. 77-92.

Бернштейн Н.А. Физиология человека : учебник для ин-тов физич. культуры / соавторы А.Н. Крестовников, М.Е. Маршак и др. – Москва, 1946.

Беспалов Б.И. Сферическая нейросетевая модель познавательного действия // Вестник Московского университета. Серия 14. Психология. - 2014. - No4 – с.56-75.

Грушко А.И., Леонов С.В. Использование систем регистрации движений глаз в психологической подготовке спортсменов // Национальный психологический журнал. – 2013. – No 2(10). – С. 106-116.

Грушко А.И., Леонов С.В. Применение систем регистрации движений глаз в психологической подготовке футболистов // Национальный психологический журнал. – 2015. – No 2(18). – С. 13-24.

Девишвили В.М. С.Г. Геллерштейн о Н.А. Бернштейне (о дружбе, сотрудничестве и научном творчестве) // Спортивный психолог. – 2009. – No No 3 (18). – С. 15-18.

Девишвили В.М. Моторный опыт профессионала // Мир психологии. – 1997. – No 3.

Корнеев А.А., Курганский А.В. Преобразование порядка движений в серии, заданной зрительным образцом // Вестник Московского университета. Серия 14. Психология. - 2014. - No2 – с.61-74.

Левин В. Человек, разгадавший тайну живого движения // Наука и жизнь. – 2005. – Вып. 5.

Сеченов И.М. Рефлексы головного мозга. – Москва : АСТ, 2014. – 350, [1] с.

Сеченов И.М. Физиология нервных центров / ред. и вступ. статья Х. С. Коштоянца. – Москва : Изд-во Акад. мед. наук СССР, 1952. – 236 с. 13.

Ярошевский М.Г. Сеченовские идеи о мышечной чувствительности в свете теории отражения и кибернетики // Вопросы философии. – 1963. – No 9.