Функциональный орган

Функциональный орган — это временное или относительно устойчивое объединение физиологических систем, тканей и органов организма, формирующееся для достижения конкретного приспособительного результата. Понятие введено советским физиологом Петром Кузьмичём Анохиным (1898—1974) в рамках теории функциональных систем. В отличие от анатомического органа (например, сердца или печени), функциональный орган не имеет фиксированной морфологической структуры, а создаётся динамически из элементов различных органов и систем в зависимости от текущей потребности организма. После достижения цели такое объединение может распадаться или трансформироваться.

История понятия

Представление о функциональном органе возникло в середине XX века как развитие идей системного подхода в физиологии. Классическая анатомическая физиология XIX — начала XX века рассматривала организм как совокупность стабильных структур, каждая из которых выполняет одну или несколько закреплённых функций. Однако экспериментальные данные, особенно в области нейрофизиологии и адаптивного поведения, показали, что многие сложные акты (например, дыхание, ходьба, целенаправленное действие) обеспечиваются не отдельным органом, а скоординированной работой множества элементов.

П. К. Анохин, работая с 1930-х годов над проблемами высшей нервной деятельности и компенсации нарушенных функций, пришёл к выводу, что организм реагирует на изменения среды не пассивно, а активно, формируя временные «рабочие констелляции» — функциональные системы. Термин «функциональный орган» впервые был использован Анохиным в 1940-х годах и окончательно оформлен в его книге «Узловые вопросы теории функциональной системы» (1971). Впоследствии идея получила развитие в работах учеников Анохина (К. В. Судаков, Ю. В. Наточин) и смежных дисциплин — психофизиологии, нейробиологии, теории управления.

Сущность функционального органа

Функциональный орган обладает несколькими ключевыми свойствами, отличающими его от анатомического:

• Динамичность. Объединение возникает по мере необходимости и существует только на время выполнения задачи. После завершения акта его компоненты возвращаются к выполнению своих обычных функций.
• Целенаправленность. Формирование происходит ради достижения конкретного полезного для организма результата (поддержание уровня глюкозы в крови, выполнение двигательного навыка, распознавание зрительного образа).
• Мультикомпонентность. В состав функционального органа входят элементы разных уровней: нейроны, мышцы, железы, рецепторы, кровеносные сосуды, а также гуморальные регуляторы (гормоны, метаболиты).
• Саморегуляция. Функциональный орган работает по принципу обратной связи: он оценивает достигаемый результат и корректирует активность составляющих до тех пор, пока цель не будет достигнута.
• Пластичность. При повторении однотипной задачи функциональный орган может закрепляться, упрощаться и автоматизироваться (например, навык езды на велосипеде или игры на музыкальном инструменте).

Отличие от рефлекторной дуги

Классическая рефлекторная дуга (стимул — ответ) является линейной и жёстко заданной анатомическими связями. Функциональный орган, напротив, полирецепторен: он может включать информацию от многих рецепторов, объединять её центральными механизмами и выдавать множественные эфферентные команды, пока не будет получен нужный результат.

Механизм формирования

Формирование функционального органа проходит несколько этапов, описываемых теорией функциональных систем:

1. Афферентный синтез. В центральной нервной системе сопоставляются четыре потока информации: доминирующая мотивация (голод, жажда, страх), обстановочная афферентация (условия среды), пусковая афферентация (сигнал, запускающий действие) и память (предыдущий опыт). На основе их интеграции принимается решение о том, какой функциональный орган должен быть сформирован.
2. Принятие решения и формирование акцептора результата действия. Акцептор — это нейронная модель будущего результата, с которой затем будет сравниваться реально полученный эффект.
3. Эфферентный синтез — рассылка команд к исполнительным структурам (мышцам, железам, внутренним органам), которые временно объединяются в единую рабочую констелляцию — собственно функциональный орган.
4. Действие и получение результата.
5. Обратная афферентация — сигналы от рецепторов о достигнутом результате поступают в акцептор. Если результат совпадает с моделью, функциональный орган больше не нужен и распадается. Если не совпадает — возникает ориентировочно-исследовательская реакция, система вносит коррективы, и цикл повторяется.

Примеры функциональных органов

• Дыхательный центр — временное объединение нейронов продолговатого мозга, моста, спинного мозга, дыхательных мышц и хеморецепторов, обеспечивающее вдох и выдох. В зависимости от потребности организма (покой, физическая нагрузка, ныряние) состав и активность этого объединения меняются.
• Функциональный орган голода — комплекс, включающий рецепторы желудка, гипоталамические центры, слюнные железы, двигательные мышцы (поиск пищи), а также гормональные механизмы (инсулин, грелин). Цель — поиск и потребление пищи.
• Двигательный навык — например, написание буквы от руки. Включает зрительный анализатор, моторную кору, мозжечок, мышцы пальцев, плеча, спины, а также проприорецепторы. Сначала навык требует сознательного контроля, затем превращается в автоматизированный функциональный орган, который может воспроизводиться без участия высших отделов коры.
• Речевой функциональный орган — объединение слухового и зрительного восприятия, речедвигательного аппарата (язык, гортань, голосовые связки), а также центров Брока и Вернике. Обеспечивает произнесение и понимание речи.
• Сенсорный функциональный орган — например, зрительное восприятие глубины: в этом участвуют сетчатка, латеральное коленчатое тело, первичная и вторичная зрительная кора, глазодвигательные мышцы (для изменения аккомодации и конвергенции).

Значение в физиологии и медицине

Понятие функционального органа позволило перейти от статического анатомического взгляда на организм к динамическому, системному. Это имеет практическое значение:

• Патология и компенсация. При повреждении какого-либо анатомического органа (например, после инсульта) организм может перестраивать функциональные органы, включая в них сохранившиеся структуры. На этом основаны механизмы нейропластичности и реабилитации. П. К. Анохин на опытах с перерезкой нервов показал, что может формироваться новый функциональный орган для выполнения утраченной функции.
• Психология и педагогика. Представление о навыках как функциональных органах объясняет, почему для освоения сложного действия (игры на скрипке, вождения автомобиля) требуется время и повторение: мозг постепенно строит и закрепляет необходимую констелляцию нейронов и мышц.
• Физиология труда и спорта. Понимание того, что при физической нагрузке формируется специализированный функциональный орган (кровообращения, дыхания, терморегуляции), позволяет оптимизировать тренировки и режимы работы.

Критика и развитие

Ряд физиологов (в частности, представители традиционной анатомической школы) критиковали понятие функционального органа за излишнюю абстрактность и «размытость». Действительно, в отличие от печени или сердца, его нельзя препарировать — это функциональное, а не морфологическое образование. Кроме того, границы между понятиями «функциональная система» и «функциональный орган» не всегда чётко определены даже в работах Анохина.

Тем не менее, идея оказалась продуктивной. В современной нейробиологии ей соответствует понятие нейронного ансамбля или активной нейронной сети, формирующейся при выполнении задачи. В кибернетике и робототехнике принцип функционального органа используется при построении адаптивных систем управления, которые сами собирают из отдельных модулей структуру, способную решить конкретную задачу.

Источники

• Анохин П. К. Узловые вопросы теории функциональной системы. — М.: Наука, 1971.
• Судаков К. В. Общая теория функциональных систем. — М.: Медицина, 1984.
• Психологический словарь / под ред. В. П. Зинченко, Б. Г. Мещерякова. — М.: Астрель, 2006.
• Батуев А. С. Высшая нервная деятельность. — М.: Высшая школа, 1991.
• Гамбарян Л. С. Понятие функционального органа в работах П. К. Анохина // Успехи физиологических наук. — 1987. — Т. 18, № 4.