Медико-биологические аспекты интеллектуальной деятельности

ПЕДАГОГИКА В ТЕХНИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ





                Е.А. Умрюхин





Медикобиологические аспекты интеллектуальной деятельности






Москва Издательство МГТУ имени Н.Э. Баумана 2004

УДК 612
ББК 28.707.3

У52

Рецензенты:


д-р мед. наук, академик РАМН В.Г. Зилов, д-р мед. наук, профессор Г.И. Семикин

       Умрюхин Е.А.
У52 Медико-биологические аспекты интеллектуальной деятельности. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. - 320 с.: ил. (Сер. Педагогика в техническом университете).

       ISBN 5-7038-2435-4

        На основе последних достижений биомедицины, физиологии, психофизиологии и других смежных отраслей знания в книге рассмотрены важнейшие физиологические механизмы интеллектуальной деятельности (в том числе относящиеся к психической сфере), знание которых может обеспечить сознательный выбор средств повышения активности жизнедеятельности и более эффективного выполнения профессиональных функций.
        В основу книги положены материалы лекций, которые автор читает в МГТУ им. Н.Э. Баумана на кафедре «Инженерная педагогика».
        Для преподавателей, научных сотрудников, студентов магистратуры и аспирантов, готовящихся к педагогической деятельности в высших учебных заведениях.



                                                          УДК 612
ББК 28.707.3








ISBN 5-7038-2435-4

                                          © Е.А. Умрюхин, 2004
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004

            Оглавление



Предисловие............................................... 6

Введение.................................................. 9

Глава 1. Теория функциональных систем - основа понимания процессов жизнедеятельности............... 15
   1.1. Основы теории функциональных систем.............. 15
   1.2. Постулаты общей теории функциональных систем . .  21
   1.3. Общие свойства функциональных систем............. 24
   1.4. Взаимодействие функциональных систем в целом организме......................................... 28

Глава 2. Важнейшие органы и системы организма, определяющие его взаимодействие с окружающей средой.............................................. 34

Глава 3. Нервная регуляция внутренней среды и органов человека............................................ 48
   3.1. Структура и функции вегетативной нервной системы........................................... 50
   3.2. Вегетативная регуляция функций и ее связь
      с центральными процессами в нервной системе .... 59
         Лимбическая система и центральные отделы нервной системы ... .с.................................. 59
         Управление вегетативными структурами спинного мозга со стороны ствола мозга и гипоталамуса ... 61
         Периферический отдел ВНС........................ 64
         Метасимпатический отдел вегетативной нервной системы......................................... 69

Глава 4. Кровообращение и его значение в обеспечении активной жизнедеятельности.......................... 73
   4.1. Обзор кровообращения и его роли в организме .... 73
   4.2. Кровь и ее основные компоненты................... 81
   4.3. Работа сердца в норме и при некоторых нарушениях его функций....................................... 88
         Строение сердца и его работа.................... 88
         Потребление сердцем кислорода и питательных веществ........................... 91
   4.4. Движение крови по сосудам........................ 96
         Общие характеристики кровотока.................. 96
         Характеристики пульса.......................... 103
         Движение крови в венах......................... 106
         Движение крови в капиллярах..................... ПО
         Лимфатические сосуды........................... 114


3

   4.5. Регуляция кровообращения в различных условиях . . 115
   4.6. Регуляция артериального давления и ее нарушения . 124

Глава 5. Обмен веществ и энергии в организме человека и рациональное питание................................. 128
   5.1. Обмен энергии в организме человека.............. 128
         Основной обмен................................. 133
         Обмен энергии при мышечной и умственной работе......................................... 136
         Содержание энергии в различных веществах. ...   137
         Запасы энергии в организме человека............ 138
         Конечные продукты катаболизма.................. 139
   5.2. Поступление веществ с пищей (рациональное питание).......................................... 140
         Потребности в основных питательных веществах. . 142
         Особенности недостаточного и чрезмерного потребления пищевых продуктов в различных условиях жизнедеятельности..................... 151

Глава 6. Физические и умственные нагрузки. Роль двигательной активности в оптимизации жизнедеятельности.................................... 164
   6.1. Типы работы, выполняемой человеком.............. 165
   6.2. Физиологическое обеспечение разных видов физической работы................................. 166
   6.3. Физиологическое обеспечение выполнения работы при нервно-психических нагрузках.................. 174
   6.4. Утомление, пределы работоспособности и восстановление при разных видах работы.........  175
   6.5. Обеспечение работы разной длительности......     177
   6.6. Факторы, влияющие на работоспособность. Тренировка........................................ 183
   6.7. Роль физической активности в оптимизации жизнедеятельности................................. 186

Глава 7. Модель деятельности мозга...................... 192
   7.1. Основа модели - теория функциональных систем . . 193
   7.2. Взаимодействие мозга со средой.................. 197
   7.3. Основной блок модели и принцип иерархического построения памяти................................. 200
   7.4. Модель сознания и неосознаваемой деятельности мозга............................................. 213
   7.5. Тестирование модели и ее сопоставление с поведением человека............................. 221
   7.6. Сопоставление модели и работы мозга............. 223

4

Глава 8. Возможность оптимизации некоторых видов обучения человека......................v........... 227
   8.1. Теоретические предпосылки анализа процесса обучения человека на основе модели.............. 227
   8.2. Оптимизация обучения на основе модели...... 236
         Оптимизация обучения иностранному языку....        243
         Оптимизация обучения в высших учебных заведениях................................ 247
Глава 9. Интуитивные аспекты интеллекта и творчества . . 252
   9.1 Интерпретация интуитивных аспектов интеллекта в деятельности преподавателя................... 254
Глава 10. Роль эмоций в обеспечении активной жизнедеятельности.................................. 264
   10.1 Психоэмоциональный стресс: причины и последствия................................ 273
Глава 11. Основные положения, практические рекомендации....................................... 279
   11.1. Жизненные стереотипы...................... 281
   11.2. Доминанта................................. 282
   11.3. Упражнение функций........................ 286
   11.4. Адаптация................................. 289
   11.5. Психическая энергия....................... 290
   11.6. Индивидуальность человека и его субъективный мир . . 292
   11.7. Волевые акты.............................. 296
   11.8. Внушаемость и ее роль в жизни человека.... 297
   11.9. Преодоление отрицательных привычек и стереотипов . 307
Заключение......................................... 310
Список литературы.................................. 312

            ПРЕДИСЛОВИЕ



    Работа преподавателя - это творческая, интеллектуальная деятельность, связанная с нервно-эмоциональным напряжением и, как правило, со сниженным уровнем двигательной активности (гипокинезией). Рассматривая такую деятельность с медико-биологических позиций, необходимо отметить, что она обеспечивается физиологическими механизмами организма. Эффективная работа этих механизмов требует надлежащего снабжения организма питательными веществами, энергией, поступающими с потоком крови благодаря работе системы кровообращения.
    Важнейшую роль в обеспечении напряженной деятельности преподавателя играет вегетативная регуляция функций организма, а также работа мозга, включающая взаимодействие сознательной и подсознательной психической деятельности, ее эмоциональное обеспечение.
    В преподавательской деятельности важен также выбор рациональных режимов учебных и нервно-эмоциональных нагрузок и отдыха, учитывающий индивидуальные особенности преподавателя, соотношение стереотипных и продумываемых стратегий и тактик поведения, оптимальные физические нагрузки, соответствующие индивидуальным особенностям и распределению времени. Большое значение также имеет достижение успехов в профессиональной деятельности и обусловленных ими положительных эмоций. В соответствии с этими общими, но императивными по своему смыслу соображениями, были выбраны темы, нашедшие отражение в представленной книге.
    Для раскрытия тем лекций, которые автор читает студентам старших курсов и преподавателям МГТУ им. Н.Э. Баумана, потребовалось привлечь большой материал по физиологии, медицине, психофизиологии и психологии человека, а также тщательно отобрать то, что нужно для отражения в этих лекциях наиболее важных аспектов жизнедеятельности и факторов, определяющих ее высокий уровень. Поэтому автор считает своими соавторами многих ученых (их имена приведены в списке литературы), чьи труды были использованы при создании этой книги.
    Главы 1,3,4, 5, би 10 написаны на основе авторитетных учебников, монографий выдающихся ученых, ссылки на которые даны в тексте этих глав. В то же время автор не снимает с себя ответственности за отбор материала, вошедшего в указанные главы, последовательность его изложения, а также некоторые общие выводы о регуляции функций организма и ее механизмах. Автором использова

6

ны учебники по физиологии и психофизиологии, руководства по физиологии труда, отчеты и доклады Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), классические монографии ученых, создавших новые направления в медико-биологических науках.
    Материал, изложенный в главах 2, 7, 8, 9 и 11, основан, главным образом, на результатах собственных исследований автора, начатых в 1960-х годах под руководством академика П.К. Анохина и продолжающихся по сегодняшний день в НИИ нормальной физиологии им. П.К. Анохина РАМН под руководством академика РАМН К.В. Судакова. Так в пособие включены некоторые результаты собственных исследований автора по моделированию системной деятельности мозга. Эти модели помогают представить в четком, в значительной степени формализованном виде некоторые важные для оптимизации жизнедеятельности физиологические и психические процессы. Кроме того, в книге использованы некоторые материалы, отражающие результаты, полученные в лаборатории, возглавляемой автором, в процессе изучения состояния основных систем организма студентов и школьников. В книгу также вошли некоторые сведения, почерпнутые автором из многих книг и научных статей, начиная с трудов физиологов, психологов и философов XIX в. и кончая последними отечественными и зарубежными публикациями.
    Некоторые теоретические положения, излагаемые в главах 8, 9 и 11, отличаются от бытующих научных взглядов. Беря на себя смелость их публикации, автор исходит не только из многих данных и результатов экспериментальных исследований, научных теорий и рациональных соображений, почерпнутых из литературы, но и из собственного более чем 40-летнего опыта психофизиологических исследований человека, а также успешного применения многих сформулированных положений. Прежде всего имеется опыт оптимизации обучения (например, иностранному языку), а также опыт формирования новых жизненных стереотипов.
    Автор надеется, что практическое использование приведенных в его книге советов и рекомендаций, основанных на современных научных представлениях о регуляции функций организма, принесет реальную пользу в повышении эффективности деятельности и студента, и преподавателя и будет способствовать общему повышению уровня их активности и здоровья. Практическая польза от применения эффективных способов повышения жизненных сил организма может быть более весомым аргументом, убеждающим в правильности приведенных рекомендаций и советов лучше, чем длительные дискуссии.

7

    В заключение не могу не поблагодарить людей, без участия которых написание этой книги было бы невозможно.
    Слова глубокой благодарности я адресую академику РАМН профессору К.В. Судакову - директору Научно-исследовательского института нормальной физиологии им. П.К. Анохина РАМН, создавшему в Институте творческую атмосферу, благоприятствовавшую проведению исследований, результаты которых отражены в книге. Идеи и научные достижения К.В. Судакова в развитии теории функциональных систем, отраженные в его трудах и высказываниях, составили основу научного мировоззрения и конкретных исследований, вошедших в книгу.
    Выражаю также искреннюю признательность В.Е. Медведеву, заведующему кафедрой инженерной педагогики МГТУ им. Н.Э. Баумана, по инициативе и при непосредственном участии которого была разработана программа курса. Валентину Ефимовичу принадлежит и инициатива написания этой книги.
    Я благодарен рецензентам - академику РАМН профессору В.Г. Зилову и доктору медицинских наук, профессору Г.И. Семики-ну, а также доктору медицинских наук, профессору А.В. Котову за внимательное прочтение рукописи и ценные благожелательные замечания.
    Благодарю и моих сыновей Павла и Алексея, кандидатов медицинских наук, преподавателей кафедры нормальной физиологии ММА им. И.М. Сеченова за ценные советы в процессе написания этой книги.

            ВВЕДЕНИЕ



    Деятельность многих людей ограничена временными рамками, выполнение ими профессиональных, социальных, семейных и других обязанностей поставлено в строго определенные условия. В полной мере это относится к деятельности преподавателей и студентов вуза, особенно такого, как МГТУ им. Н.Э. Баумана. Успешность их работы требует большой траты сил и резервов адаптации, высокого уровня интеллектуальной и нервно-психической активности, который может быть обеспечен при здоровом, нормальном состоянии организма, сбалансированном и гармоничном состоянии психической сферы, активном отдыхе после нагрузок. В значительной степени высокий уровень жизнедеятельности, успехи в социальной, производственной сфере, благополучие в личной, семейной жизни определяются правильным использованием возможностей своего организма, знанием и обеспечением условий его нормальной деятельности. Курс лекций, включающий изложение вопросов обеспечения нормальной жизнедеятельности и повышения возможностей своего организма, читается для студентов и преподавателей МГТУ им. Н.Э. Баумана в течение нескольких лет.
    Чтение этого курса показало, что из огромной области современных знаний, накопленных в физиологии, медицине и других смежных науках, удалось выбрать основные темы, посвященные обеспечению нормальной жизнедеятельности организма человека. Кроме того, стало ясно, что данный курс, содержащий практические рекомендации по повышению возможностей своего организма в обеспечении активной жизнедеятельности, вполне понятен технической аудитории. Существенно, что основу этих рекомендаций составляет знание не рецептов и наборов общих правил, а механизмов действия тех или других факторов на организм человека. В предлагаемой вниманию читателей книге содержатся темы лекций указанного курса, но раскрываются они на более широком материале.
    Одна из важнейших задач курса - показать, как можно использовать наиболее достоверные из добытых современными медико-биологическими науками знания доя существенного повышения активности в условиях напряженной учебной и преподавательской деятельности, когда к организму человека, особенно к его психоэмоциональной сфере, предъявляются повышенные требования. В частности, речь идет о напряжении, связанном с интенсивным социальным общением, с необходимостью постоянно повышать свой профессиональный уровень. Внутренний дискомфорт может возникать, например, из-за недостижения желаемых результатов в неблагоприятной или сложной социаль

9

ной среде, условия которой не зависят от преподавателя, а также из-за того, что определение главных результатов деятельности отодвинуто на длительный срок. Так, экзамены, позволяющие в какой-то степени оценить результативность прочитанных в течение семестра лекций и других занятий, проводятся в конце года или семестра, а конечная оценка результата деятельности преподавателя может быть получена только спустя годы после окончания вуза, когда в полной мере проявится уровень специалиста, выросшего из студента.
    Неблагоприятными для деятельности преподавателя и студента могут быть относительная гиподинамия, нерациональное питание, нарушение режима сна, отсутствие достаточного отдыха и многие другие факторы их жизни, обусловливающие избыточное напряжение сил организма. Отсюда повышенная утомляемость, сбои настроения, плохой сон, а иногда и серьезные заболевания - гипертония, варикозное расширение вен, язвы желудка и двенадцатиперстной кишки и пр.
    В книге показано, что знание важнейших принципов функционирования своего организма, механизмов реализации основных жизненно важных функций, а также целенаправленное использование этого знания для формирования рациональных привычек не только помогают справиться с недомоганиями (если они есть), но и повысить настроение, увеличить запас энергии и активности, ускорить решение сложных интеллектуальных задач, создать условия для более полноценного общения, а главное - осуществить наиболее важные жизненные цели.
    Полученные при изучении курса знания позволят выбирать оптимальные режимы нагрузок с учетом индивидуальных особенностей; учесть в случае необходимости наличие слабого звена в своем организме и грамотно выбрать индивидуальную программу самосовершенствования и сохранения здоровья, необходимого для успешной работы.
    Понимание известных в современной науке закономерностей функционирования собственного организма может обеспечить каждому человеку, в соответствии с его индивидуальными особенностями и жизненной ситуацией, возможность сознательного выбора способов оптимизации жизнедеятельности и на этой основе повышения эффективности интеллектуального труда.
    Указанные закономерности излагаются с учетом того, что аудитория знакома с теорией систем управления. Организм представлен в виде многоуровневой системы управления в соответствии с принципами теории функциональных систем, созданной П.К. Анохиным и развиваемой К.В. Судаковым. Основу данной работы составляет

10

рассмотрение наиболее важных и доступных наблюдению и контролю механизмов управления функциями организма. При этом акцент ставится на понимании человеком того, как тот или иной фактор воздействует на здоровье через цепочку основных звеньев управления, опосредующих его воздействие.
    Одна из важнейших целей этой книги - создание у читателя мотивации к оптимизации своего состояния, повышению работоспособности, улучшению здоровья. К сожалению, у многих людей активная, выражающаяся в конкретных действиях, заинтересованность в укреплении здоровья появляется только тогда, когда оно ухудшается, а для восстановления требуются существенно большие затраты, чем для его укрепления и предотвращения заболевания. Таким образом автор делает акцент не на объяснении и лечении болезней, а на оптимизации процессов жизнедеятельности, активации и оптимальном использовании жизненных сил и энергии здоровым человеком, создании условий, при которых болезни становятся редкими.
    Во многих книгах, посвященных сохранению и укреплению здоровья, либо предполагается, что у читателя существует активная заинтересованность в укреплении своего здоровья, либо подобную активную заинтересованность автор пытается создать, описывая риск вариантов заболеваний, которые возникают при несоблюдении здорового образа жизни. Однако большинство здоровых людей слабо или совсем не реагирует на подобные аргументы. Страх заболеть здоровому человеку, как правило, не свойствен. Он воспринимает свое состояние как естественное, и авторы многих книг о здоровье, нагнетая страх болезней, либо попадают мимо цели, либо, встречая внушаемого читателя, создают у него неблагоприятный эмоциональный настрой, не способствующий активному, здоровому образу жизни.
    В данной книге мы ориентируемся в первую очередь на практически здоровых студентов и преподавателей, ведущих активный образ жизни. Мотивация к совершенствованию работы своего организма и увеличению резервов здоровья создается не через внушение страха заболеть, а через воспитание уверенности в возможности обеспечить максимальную эффективность творческой деятельности, создать положительный эмоциональный фон, благоприятствующий успешной деятельности. Человек должен стремиться развить свои возможности и адаптивные резервы так, чтобы сложную интеллектуальную работу делать не за 8 часов, а всего за 2-3 часа, натренировать свой организм так, чтобы с легкостью переносить непредвиденные физические и температурные нагрузки, достигать успехов в различных областях деятельности и обеспечивать максимум положительных эмоций.

11

    Положительные эмоции, сопровождающие успешную деятельность, укрепляют иммунную систему и организм в целом. Гармония личных и общественных интересов способствует раскрытию творческого потенциала личности и является важнейшим фактором сохранения и укрепления здоровья. Поэтому мы исходим из того, что мотивация к воспитанию культуры здорового образа жизни создается через положительные цели и идеалы, присущие здоровому человеку.
    В создании мотивации к укреплению здоровья важную роль играет обеспечение человека твердой (научно обоснованной) и относительно простой системой знаний о собственном организме, не обремененной слишком большим числом зачастую противоречивых советов и сведений, которыми грешат многие книги по проблемам сохранения и укрепления здоровья. Полученные знания должны обеспечить преподавателям возможность самостоятельно ориентироваться в доступных им сведениях о факторах здоровья с целью выбора обоснованной для каждого стратегии и тактики обеспечения оптимальной жизнедеятельности.
    Автор стремился не только дать набор новых знаний о регуляции функций в организме, но и научить практически использовать их. Конечно, речь не идет о том, чтобы знать биохимические, молекулярные и другие детали процессов в организме на уровне, доступном разве что узким специалистам. Не ставилась также задача дать детальный обзор современной медицинской статистики, демонстрирующей относительную значимость тех или других факторов для здоровья населения, а также пользу или вред различных социальных мероприятий, влияющих на здоровье. Эти и подобные им данные имеются во многих публикациях [9, 23, 85 и др.].
    Как уже отмечалось, здорового человека мало убеждают в необходимости заботиться о своем здоровье не только статистические данные, но и примеры хорошего и плохого образа жизни, которые он встречает в жизни. Хорошо известно, что из правил сохранения и поддержания здоровья есть много исключений. Один человек следит за своим здоровьем, соблюдает диету, применяет какой-то «замечательный» метод оздоровления и вдруг серьезно заболевает. Другой употребляет спиртное, курит и имеет избыточный вес и живет до глубокой старости в благодушном и счастливом состоянии духа. Только знание принципов регуляции функций организма, взаимосвязи физиологических и психических уровней регуляции, влияния на здоровье наследственных факторов и среды, индивидуальных различий и индивидуальной нормы позволяет понять, что оба приведенные примера - редкие исключения из общих правил, обусловленные многомерностью, взаимозависимостью систем регу

12

ляции функций организма человека. Речь идет о регуляции, в процессе которой у разных индивидуумов разные звенья и системы могут обусловливать существенно различающиеся резервы адаптации и жизненной силы.
    Тематика книги и степень подробности изложения материала определялись рядом соображений. Этот выбор был непростым, поскольку многие аспекты функционирования организма человека имеют первостепенное значение для уровня жизнедеятельности, резервов адаптации, запасов устойчивости, обеспечения высокой умственной, эмоциональной и творческой активности. Несколько критериев в совокупности определили содержание этой книги.
    Первый критерий - степень участия изучаемых систем в обеспечении нормальной жизнедеятельности и ее улучшении в достижении высокого уровня здоровья. С этой точки зрения большое значение имеет обеспечение организма - его органов, тканей - питанием, энергией, необходимыми для жизнедеятельности веществами. Очевидная важность в этих процессах не только поступления необходимых веществ, но и осуществляемого системой кровообращения их распределения в организме в соответствии с его потребностями. Безусловно, велика роль вегетативной нервной системы в указанных и других процессах управления органами и функциями организма. Эти темы рассмотрены в пособии достаточно подробно. Выбор других тем, таких, как эмоциональное обеспечение профессиональной деятельности, психофизиологические факторы обучаемости и творческой активности, также очевиден с этой точки зрения.
    Второй важный критерий отбора материала - степень изученности рассматриваемых вопросов, достоверности, подтвержденное™ научных данных, возможность их применения в широком диапазоне условий, либо в специфических условиях деятельности студента и преподавателя. Важно было также учесть необходимость изложения материала, доступного для аудитории с техническим образованием, использования соответствующих понятий, в частности понятий систем автоматического регулирования, схем и диаграмм, изображающих взаимодействие и взаимосвязи процессов в организме.
    Третий критерий - возможность самостоятельной оценки человеком состояния определенных систем своего организма с помощью простых и непродолжительных тестов и процедур. Важность этого критерия очевидна: реальное управление любой системой требует ее наблюдения, контроля показателей ее работы, для того чтобы судить о том, как влияет на нее управление, и выбора правильных воздействий на нее с предвидением их результата. Это полностью относится и

13