Демонстрация опытов, иллюстрирующих учение И.П. Павлова об условных рефлексах

Для демонстрации опытов, иллюстрирующих учение И.П. Павлова о высшей нервной деятельности, необходимо прежде всего разработать методику демонстрации условного рефлекса. В условиях школы провести классические опыты по слюноотделительным условным рефлексам трудно, поэтому приходится ограничиваться более доступными опытами по двигательным рефлексам. Основное достоинство такого рода опытов в том, что они дают возможность проследить стадии выработки условного рефлекса и подчеркивают временный характер условно-рефлекторной связи.
Мы решили обратиться к опытам с двигательно-пищевыми рефлексами, которые можно проводить непосредственно на учительском столе. Схема опытов проста. Кошку помещают в клетку, разделенную фанерной перегородкой с квадратным окошком на две части. При действии условного раздражителя животное переходит из одной половины клетки в другую, встает передними лапами на кормушку и получает подкорм.
Я несколько изменил форму опыта: помещал руку с приманкой над головой котенка, который приподнимался на задние лапы, хватал добычу и съедал ее. На основе этого пищевого безусловного рефлекса легко вырабатывался условный рефлекс на положение условного раздражителя – животное приподнималось на задние лапы при зажигании электрического фонаря (лучше использовать электродинамический фонарик, в котором зажигание света сопровождается жужжанием), помещенного над его головой.
Подготовку к опытам мы начинаем за 5–6 дней до первого урока об условных рефлексах. Она включает выработку условного рефлекса у подопытного животного.
Для опыта нужны 3–7-месячные котята. Условный рефлекс следует вырабатывать сначала в привычной для животного обстановке, например на полу возле стола.
Котенка после нескольких часов голодания подзываем к определенному месту и слегка подкармливаем сначала с пола, потом из рук. В последнем случае мы принуждаем его приподняться на задние лапы. В качестве приманки при выработке условного рефлекса используем сильные безусловные раздражители (сырое мясо, вареную колбасу). Через 15–20 с после подкорма над головой котенка включаем электрический фонарик (будущий условный раздражитель). Спустя 2–3 с к фонарику приближаем руку с приманкой. Котенок приподнимается на задние лапы и получает подкорм. Во время еды действие условного раздражителя не прекращаем. Спустя 15–20 с после того, как кусочек пищи будет съеден, повторяем сочетание включения фонарика с подкормом.
За одно занятие проводим 25–30 сочетаний. В середине занятия делаем пятиминутный перерыв. Во время работы ни в коем случае не следует удерживать котенка на месте эксперимента силой, так как это усиливает пассивно-оборонительные рефлексы. Если животное убегает от будущего условного раздражителя, надо подозвать его к себе, подкормить с пола, а затем повторить опыт.
При соблюдении этих условий пассивно-оборонительный рефлекс спустя некоторое время исчезает и выработка условных рефлексов проходит нормально. Иногда котенок, получив приманку, отбегает в сторону и там съедает ее. Это явление также можно устранить, уменьшив количество подкорма и сократив время между сочетаниями.
Когда животное впервые приподнимается на задние лапы при одном условном раздражителе, ему немедленно даем подкорм. В дальнейшем от опыта к опыту продолжительность стояния на задних лапах увеличивается. Чем лучше животное овладевает этим навыком, тем спокойнее и стереотипнее протекает демонстрация.
В первое время у котенка образуется комплекс условно-рефлекторных реакций. Между опытами животное встает на один только вид фонарика, на малейшее движение экспериментатора. Такие реакции, конечно, не подкрепляются и потому затормаживаются.
Быстрота выработки условного рефлекса сильно варьирует. В среднем начальный рефлекс на фонарик образуется после 6–8 сочетаний, а постоянный – только после 30–40 сочетаний.
В качестве условного раздражителя может быть использован не только электрический фонарик, но и детская погремушка, простое пощелкивание пальцами руки, поднятой над головой котенка.
После того как условный рефлекс становится четким, место работы изменяем. Если опыты проводили на полу, то затем рабочее место переносим на стул, стол, в другую комнату – каждый раз в новое место. Кроме того, увеличиваем число учащихся, принимающих участие в подготовке опытов. Все это делается с целью приблизить условия опыта к обстановке на уроках. Перед опытом на новом месте и в иной обстановке котенка слегка подкармливаем. Через 1–2 дня тормозящее действие всякой новой обстановки значительно ослабляется.
В кaждoм из параллельных классов надо выбрать по два ассистента из учащихся. За день до первого урока по условным рефлексам я распределяю обязанности между ассистентами, репетирую опыты.
Демонстрация на уроке проходит следующим образом. В нужный момент ассистенты вносят котенка в класс и помещают его на учительский стол. Один из них остается у доски и во время опыта подает заранее приготовленную приманку и необходимые для демонстрации предметы. Второй садится на первую парту перед столом и в промежутках между опытами держит котенка на коленях, т.к. держать животное на виду у учащихся во время объяснений нежелательно. По окончании опытов он уносит животное из класса.

Демонстрация на первом уроке

Для демонстрации потребуются: котенок, фонарик (или другой условный раздражитель, использованный при выработке условного рефлекса), корм, цветные мелки.
Во время демонстрации в классе я стараюсь сочетать наблюдение естественного поведения животного с экспериментальным, вызванным. Поэтому первую демонстрацию, следующую за опросом учащихся, начинаю с простого наблюдения.

Демонстрация ориентировочного рефлекса (2 мин)

Котенка вносим в класс и помещаем на учительском столе. Животное следует слегка придерживать рукой, не стесняя при этом его движений.
Несколько секунд котенок сидит неподвижно. Затем начинает прислушиваться, озираться, тянуться к предметам, лежащим на столе, обнюхивать их.
При анализе наблюдений подчеркиваю, что такая реакция котенка на новую обстановку есть врожденный безусловный рефлекс. Кратко останавливаюсь на значении ориентировочного рефлекса.

Демонстрация пищевого рефлекса (2 мин)

Небольшой кусок приманки помещаем перед котенком, который тут же схватывает ее и съедает. Опыт повторяем в несколько измененной форме: приманку помещаем над головой животного. Результат аналогичный: встав на задние лапы, котенок схватывает приманку и также быстро съедает ее. Интересно, что после подкорма поведение животного коренным образом изменяется: пищевой рефлекс на некоторое время почти полностью затормаживает все другие рефлексы. Это явление мы часто использовали в практических целях: если животное проявляло беспокойство, его слегка подкармливали, и оно вновь становилось послушным.
После демонстрации опытов удаляем котенка со стола. Я указываю учащимся, что пища, новые предметы – биологически важные раздражители. Они всегда вызывают у животного одну и ту же деятельность – пищу котенок захватывает и проглатывает, новый предмет обнюхивает и т.п. Говорю, что такие постоянные, существующие с самого рождения, связи между средой и организмом И.П. Павлов назвал безусловными рефлексами. Учащиеся сами называют несколько примеров безусловных рефлексов, после чего на доске разбираем схему безусловного слюноотделительного рефлекса. Поскольку эту схему учащиеся повторили к данному уроку, подробно на ней не останавливаюсь. Дугу безусловного рефлекса изображаю цветным мелком.
После анализа безусловных рефлексов я демонстрирую условные рефлексы.

Демонстрация условного рефлекса (3 мин)

Над головой котенка включаем фонарик. Животное приподнимается на задние лапы. После того как оно примет вертикальное положение, даем подкорм*.
Обращаю внимание учащихся на то, что за включением фонарика – раздражителя, абсолютно безразличного для животного, следовала пища – очень важный безусловный раздражитель. Включение фонарика всегда несколько предшествовало появлению около него пищи, поэтому безразличный для животного раздражитель – свет (и жужжание) – стал сигналом пищи. Чтобы доказать это, вначале повторяли двигательно-пищевой безусловный рефлекс (котенок достает приманку, помещенную над головой), затем условный рефлекс: котенок тянется к фонарику, хотя никакой пищи на этот раз он не получает.
Ассистент уносит котенка из класса, после чего учащимся сообщаются сведения о том, как и после скольких сочетаний был выработан у котенка условный рефлекс. В процессе беседы выявляем и уточняем условия образования временной связи. Подчеркиваю, что в течение жизни животного условные рефлексы у него возникают и разрушаются.
Важно показать, что один и тот же условный раздражитель (в нашем примере фонарик) может быть связан временной связью не только с пищевой, но и любой другой реакцией. С этой целью задаю учащимся вопрос: будет ли котенок тянуться к фонарику, если при его свете животное не подкармливать, а бить? Большинство учащихся правильно отвечают, что котенок от фонарика убежит.
От этого факта нетрудно перейти к объяснению замыкательной деятельности коры больших полушарий, показав, что всякий раздражитель может замкнуться временной связью с любой деятельностью организма. Механизм замыкания удобнее разобрать на схеме образования условного слюноотделительного рефлекса. На этой же схеме учащиеся знакомятся с условно-рефлекторной дугой.
Нередко вместо полной дуги условного рефлекса учащиеся показывают на чертеже только участок между двумя центрами коры больших полушарий, где проходит временная связь. Эту ошибку стоит предупредить, изобразив дугу условного рефлекса цветным мелком, выделив при этом временную связь фигурной скобкой того же цвета.

Демонстрация на втором уроке

Для демонстрации потребуются: котенок, условный раздражитель, приманка, зажим для белья.
На предыдущем уроке учащиеся в основном ознакомились с замыкательной функцией коры больших полушарий. Цель этого урока – закрепить пройденный материал и познакомить учащихся с аналитико-синтетической деятельностью коры головного мозга, т.е. продолжить изучение нервных процессов, на основе которых осуществляется связь организма с внешней средой.
Для этого учащиеся должны четко представлять себе основные процессы нервной системы – возбуждение и торможение. С понятием «возбуждение» они впервые знакомятся в теме «Организм – единое целое». Понятие «торможение» вводится значительно позже, при изучении рефлексов спинного мозга. На данном уроке основное внимание уделяется процессу торможения. Очень важно связать прежние знания по этому вопросу с новыми. С этой целью вспоминаем опыт по торможению безусловных рефлексов на лягушке и наблюдаем аналогичные явления на кошке.

Демонстрация торможения безусловных рефлексов (2 мин)

Вносим котенка в класс. Учащиеся наблюдают ориентировочный рефлекс, называют его. Затем котенку дают корм. Учащимся предлагается объяснить, почему во время еды котенок не обращает внимания на новые предметы. Обычно, мобилизуя прежние знания, учащиеся правильно полагают, что в данных условиях пищевой рефлекс, как более сильный, затормозил ориентировочный рефлекс.

Демонстрация безусловного торможения условных рефлексов (2 мин)

Демонстрация начинается воспроизведением условного рефлекса, показанного на прошлом уроке. Рефлекс подкрепили кормом. Затем обстановку изменили. Перед повторением этого опыта ассистент, сидящий перед столом, громко хлопал в ладоши. Ответная двигательно-пищевая реакция животного на условный раздражитель при этом задерживалась или вообще отсутствовала. В этом случае очень сильный внешний раздражитель (хлопки), вызывающий ориентировочный безусловный рефлекс, затормаживал пищевой условный рефлекс. Учащиеся без труда устанавливают связь между этим и предыдущим опытами.
В ходе беседы на основании анализа уже известных фактов делаются следующие выводы:

– всякий сильный внешний раздражитель может вызвать торможение условных и безусловных рефлексов, вызываемых другими, более слабыми раздражителями;
– такое торможение не требует выработки, оно наступает сразу, поэтому И.П. Павлов назвал его безусловным торможением;
– безусловное торможение может охватывать как условные, так и безусловные рефлексы (однако торможение условных рефлексов может происходить и по другим причинам).

Демонстрация угасания условного рефлекса (5 мин)

Схема опыта: при действии раздражителя животное встает на задние лапы; условный рефлекс при этом не подкрепляем, и котенок, не получив подкорма, опускается на стол. Повторяем до тех пор, пока не исчезает двигательно-пищевая реакция. В конце опыта при действии условного раздражителя котенок остается сидеть на месте.
Во время демонстрации положение фонарика не меняли, избегали лишних жестов, шума, увеличивавших продолжительность опыта и нарушавших правильный ход угасания рефлекса. Промежутки между раздражениями были предельно сокращены (до 3–5 с). При соблюдении этих условий угасание условного рефлекса наблюдалось не позже 2–3 мин после начала опыта.
В ходе демонстрации учащиеся убеждаются, что при торможении ответная реакция не просто отсутствует, а активно задерживается. В самом деле, в процессе угасания можно было наблюдать, как при действии раздражителя одна из передних лапок котенка вздрагивала, приподнималась, но тут же опускалась. Иногда животное длительное время оставалось с поднятой передней лапой, но на задние лапы так и не приподнималось.
Надо обратить внимание учащихся на возрастающее от опыта к опыту запаздывание ответной реакции (увеличение латентного периода), что также указывает на активное задерживание условно-рефлекторной реакции.
Чтобы показать, что при торможении временные связи между центрами не нарушаются, проводили опыт растормаживания. Котенка подкармливали, и условный рефлекс восстанавливался: котенок по-прежнему тянулся к фонарику.
Эти опыты в большинстве случаев проходят достаточно показательно. Следует отметить, что иногда торможение условных рефлексов мoжeт маскироваться перемещениями животного во время опыта. Интересно, что последнее чаще наблюдается при угасании плохо выработанных условных рефлексов. Это явление можно устранить, понижая пищевое возбуждение животного. Очень важно не пользоваться перед демонстрацией этого опыта сильными безусловными раздражителями – сырым мясом, колбасой, а лучше использовать небольшие кусочки плавленого сыра или хлеба, смоченного в молоке.

Из опыта делаем следующие выводы:

– условные рефлексы затормаживаются, если их не подкреплять безусловными;
– такое торможение наступает не сразу, оно медленно вырабатывается; И.П. Павлов назвал его условным торможением, которое, в отличие от безусловного, происходит только в коре больших полушарий;
– при торможении ответная реакция не просто отсутствует, а активно задерживается;
– при торможении связь между центрами не нарушается (не исчезает), т.к. через некоторое время условные рефлексы вновь восстанавливаются;
– возбуждение и торможение характеризуют состояние одних и тех же нервных клеток.

Демонстрация проявлений условного рефлекса на условный и сходный с ним раздражители (2 мин)

С явлениями иррадиации и, отчасти, взаимной индукции учащиеся знакомились при изучении рефлексов спинного мозга. На этом уроке важно не только закрепить ранее усвоенное ими понятие «иррадиация», но и показать, как на основе ее в коре больших полушарий осуществляется обобщение условных раздражителей.
Я напоминаю учащимся, что у животного выработан условный рефлекс на немигающий свет (и жужжание). Включаю фонарик. Животное приподнимается на задние лапы и получает подкорм. Рефлекс подкрепляем сырым мясом. Затем спустя 1–2 с предъявляем другой раздражитель, сходный с условным: даем мерцающий свет фонарика (и прерывистый звук). Действие раздражителя, конечно, не подкрепляем пищей. Котенок встает на задние лапы, хотя специально на этот раздражитель условный рефлекс у него не вырабатывался.
Очень важно показать учащимся значение синтетической деятельности коры больших полушарий. У кошек есть условный рефлекс на звук, который бывает слышен, когда мыши что-то скребут или грызут. Благодаря синтетической деятельности коры больших полушарий кошка реагирует на всякий звук, сходный с тем, который производят мыши. Я предлагаю учащимся обсудить вопрос о значении этого явления.
Большинство учащихся полагает, что это явление полезно животному, т.к. дает ему возможность успешно ловить мышей. Однако некоторые считают это явление вредным, т.к. такого же рода звуки могут производить не только мыши, но и, например, животные, на которых кошка не охотится. Свои доводы эти учащиеся иллюстрировали таким фактом: иногда стоит тихонько поскрести пальцами по столу или стулу, и кошка подбегает, хотя никакого подкорма при этом не получает. Из обсуждения следует вывод: обобщение условных рефлексов полезно животному, однако само по себе оно не обеспечивает полного приспособления к среде.

Демонстрация взаимной индукции возбуждения и торможения (2 мин)

Ухо котенка слегка защемляем зажимом для белья. Это вызывает безусловный пассивно-оборонительный рефлекс. Животное ежится, застывая в типичной позе. Затем даем положительный пищевой условный раздражитель. Котенок поворачивает голову в сторону фонарика, но на задние лапы не встает. Двигательно-пищевая реакция задерживается, затормаживается. Однако стоит только снять зажим, как условный рефлекс восстанавливается.
В ходе этого опыта часто можно было наблюдать, как зажигание фонарика приводило к усилению пассивно-оборонительного рефлекса. Котенок, до предъявления пищевого условного раздражителя сидевший неподвижно, начинал судорожными движениями сбивать зажим лапой.
Из того факта, что двигательно-пищевая реакция на условный раздражитель задерживалась при раздражении кожи уха зажимом и протекала нормально при удалении его, учащиеся могли сделать вывод, что возбуждение тактильных центров мозга, соответствующих коже на ухе, вызвало торможение в зрительных и слуховых центрах, соответствующих условному раздражителю. Однако появившиеся там очаги торможения в свою очередь усилили возбуждение в тактильном центре, что привело к усилению пассивно-оборонительной реакции.
В ходе объяснения использую термин «взаимная индукция», показываю, что внешнее торможение является частным случаем взаимной индукции.
В заключение урока раскрываю значение учения И.П. Павлова об условных рефлексах.
Постановка всех описанных выше опытов позволяет не только конкретизировать содержание учения И.П. Павлова о высшей нервной деятельности, но и рассказать учащимся о павловских методах выработки условных рефлексов.