расположенный в области пирамидки височной кости черепа. Он имеет две
полости саккулус и утрикулус, в стенках которых имеется участок с сенсорными клетками — макула. Полости соединены друг с другом тремя полукружными каналами, расположенными в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. В каждом канале есть расширение — ампула с рецепторными образованиями — гребешками. Отолитовый орган с полукружными каналами называется вестибулярным аппаратом человека. Он морфологически связан с органом слуха (улиткой), имеющим своеобразный мембранный лабиринт. Полукружные каналы вестибулярного аппарата жестко связаны со скелетом и поэтому одновременно со всем телом человека ориентированы в трехмерном пространстве относительно вектора силы тяжести. Полости этих каналов заполнены жидкостью (эндолимфой и перелимфой), в их стенках располагаются группы сенсорных клеток. В полость с жидкостью погружены волоски этих клеток. Группировки клеток формируются в виде гребешкового выступа. Изменение положения головы в пространстве, а также движение с угловым ускорением приводит к движению жидкости и смещению волосков внутри гребешка. В результате механическая энергия движения волоска преобразуется в разряд нервных импульсов.
Волосковые клетки имеют ответвления — реснички (киноцилии) и тонкие более короткие отростки (стереоцилии). Такие волосковые клетки есть в обеих макулах отолитового органа и гребешка полукружных каналов. В макулах над волосками располагаются отолиты — плотные кристаллы карбоната кальция (отекания), спаянные с желеподобной массой и образующие
в целом отолитовую мембрану. Волоски гребешков образуют желеподобный свод от одной до другой стороны ампулы. Волоски различных типов строго «ориентированы в пространстве относительно системы отсчета, связанной с черепом человека (височной костью, полукружными каналами). Движение головы относительно вектора силы тяжести приводит к изменению положения отолитовых мембран и верхушек гребешков. Во множественных рецепторных клетках возникают возбуждения, что позволяет высшим отделам по совокупности многих сигналов точечно-расположенных в пространстве полей клеток производить синтез афферентных сигналов в целях наиболее точной оценки положения перемещений головы и всего тела человека. Информация от волосковых клеток поступает в центральную нервную систему по аксонам в составе восьмого черепного нерва, проходит в ствол мозга в область скопления специализированных клеток — вестибулярных ядер. Волокна, проецирующие сигналы в спинной мозг, формируют две ветви (медиальную и латеральную) вестибулоспинального пути. Нисходящие волокна медиальных ветвей образуют контакты с мот нейронами, которые воздействуют на мышцы шеи и туловища. Нисходящие волокна латеральных ветвей иннервируют мускулатуру конечностей. Латеральный путь составляют возбуждающие, а медиальный — тормозящие и возбуждающие волокна. Важным обстоятельством в восприятии человеком гравитационного поля является тот факт, что сам гравирецептор находится в области пирамидки височной кости черепа. Функционально, морфологически и биомеханически тело человека представляет собой многозвенную систему, концевым звеном которой является голова, опорным — стопы. Всякая передача движений от опоры к голове и наоборот осуществляется через последовательную цепь промежуточных звеньев. Большинство двигательных реакций человека, носит рефлекторный характер. Рецепторные механизмы вестибулярного аппарата должны обеспечить стабилизацию положения звеньев головы в трехмерном пространстве относительно системы отсчета, связанной с телом человека, а также относительно внешних инерциальных и неинерциальных систем отсчета. Стабилизацией головы относительно туловища управляют шейные рефлексы. Эти рефлексы функционируют как замкнутая система управления с отрицательной обратной связью. Мышцы, прикрепляющиеся к костям черепа, получают стимуляцию при изменении положения головы благодаря возбуждению рецепторных элементов лабиринта. Только возвращение головы в уравновешенное положение относительно туловища уменьшает стимуляцию мышц. Рефлексы такого типа в основном осуществляются неосознанно. (мы, в практике, делаем их ОСОЗНАНО) В восприятии гравитационного силового поля с вестибулярным аппаратом взаимодействует зрительный анализатор. В оценке пространственных параметров объектов окружающей среды информация от вестибулярного аппарата и проприорецепторов корректируется зрительной системой. Вестибулярная система, в частности благодаря шейному рефлексу, оказывает стабилизирующее влияние на пространственную настройку органа зрения при движениях с ускорением в поле силы тяжести. Шейный рефлекс позволяет сохранять стабильное изображение на сетчатке непосредственно в момент различных сложных в пространственном отношении движений звеньев тела человека. Вестибулярный аппарат оказывает воздействие на скелетную мускулатуру через спинной мозг. Импульсы от периферии направляются к мот нейронам по нисходящим вестибулоспинальному и продольному путям.
Через вставочные нейроны вестибулярные импульсы взаимодействуют с двигательными сигналами. Вестибулярные нервные центры тесно взаимосвязаны с ядрами мозжечка. Их взаимодействие с двигательными центрами коры больших полушарий осуществляется также через вставочные нейроны. Тонус мышц регулируется моторной зоной коры, согласуюсь с частотой и силой, восходящей им пульсации от вестибулярного и двигательного аппаратов. Собственно, тоническая регуляция скелетных мышц реализуется корой больших полушарий через средний мозг. Импульсы из коры, подкорковых ядер мозжечка, ретикулярной формации, стволовой части мозга поступают в средний мозг через красное ядро. При изменении ориентации тела человека относительно вектора силы тяжести происходит перераспределение мышечного тонуса. Механизмы этого перераспределения обеспечиваются согласованной деятельностью среднего и промежуточного мозга.
Рецепторный аппарат, воспринимающий параметры гравитационного поля, имеет сложную систему нервных связей с центрами регуляции вегетативных функций организма. Эти связи имеют нейрогуморальную основу. Адаптация организма к тому или иному уровню гравитационных взаимодействий осуществляется благодаря афферентной импульсации из рецепторных отделов, в основном, двигательного анализатора. Управление гравитационными взаимодействиями человека согласовывается с состоянием внутренних органов его тела через механизмы моторно-висцеральных рефлексов. Поскольку мышечная система насыщена специализированным рецепторным аппаратом, воспринимающим внешние силовые поля, она оказывает соответствующее стимуляционное действие через центральную Нервную систему на все вегетативные функции организма человека. Это отражается на состоянии внутренних систем, которые, в свою очередь, посылая импульсы от собственных рецепторов, также могут оказывать существенное воздействие на функцию мышц через центральную нервную систему. Изложенное свидетельствует о том, что система специализированных биологических рецепторов позволяет человеку адекватно воспринимать физические параметры поля сил земного тяготения, ориентацию своего тела в нем, фиксировать все его относительные изменения при собственных перемещениях в пространстве как под действием гравитации, так и под воздействием всех других внешних сил. Благодаря разнообразию рецепторов такого рода человек может рефлекторно (на уровне отдельных звеньев тела и биокинематических пар), а также вполне осознанно (преимущественно на уровне биокинематических цепей и всего тела) управлять своими двигательными действиями. В основе этого управления лежит целый ряд нейромоторных механизмов восприятия гравитационных взаимодействий. Эффективность большинства из них определяется следующими особенностями гравирецепторов: локализация рецепторных полей практически во всех морфологических структурах всех относительно подвижных звеньев
тела; ориентация чувствительных зон рецепторов относительно всех трех плоскостей пространства; наличие рецепторного аппарата, позволяющего воспринимать как силовые взаимодействия тела с внешней средой, так и силовые взаимодействия между отдельными звеньями; наличие узкоспециализированных рецепторов, позволяющих дифференцированно воспринимать отдельные параметры гравитационного поля; наличие центрального
блока гравирецепторов, локализующегося в голове (вестибулярный аппарат), позволяющего как в автоматизированном режиме (рефлекторно), так и произвольно (с участием сознания) в ответ на возмущающие воздействия среды стабилизировать относительно вектора силы тяжести координаты рецепторов зрительного и слухового анализаторов, контролирующих, дублирующих и дополняющих информацию о пространственном положении и перемещениях тела человека, поступающую извне в высшие отделы его нервной системы. Наиболее полно и целостно отражает гравитационное поле специализированная функционально-морфологическая система организма — двигательный анализатор, обеспечивающий восприятие, обработку и оценку информации о гравитационных взаимодействиях тела человека. В его состав входит периферический отдел, в котором расположены рецепторные образования и комплекс промежуточных центров. Промежуточные центры локализуются в зрительном бугре, выполняющем роль своеобразного коллектора всех основных видов чувствительности, и в коре больших полушарий, где располагаются высшие отделы двигательного анализатора. Идущие в кору импульсы здесь постоянно обрабатываются, анализируются и преобразуются в командные сигналы. Система управления гравитационными взаимодействиями двигательного анализатора обеспечивается непрерывной циркуляцией информации от рецепторов к промежуточным центрам, а затем снова к рецепторам. Промежуточные центры имеют выходы к эффекторам (исполнительным органам). Деятельность последних стимулирует появление новых рецепторных сигналов. В комплексе взаимодействия перечисленные функционально-морфологические элементы формируют специфическую систему регулирования гравитационными взаимодействиями организма, образующую своеобразную кольцевую связь по линии: рецепторы — промежуточные центры — эффекторы — рецепторы. Эта система имеет несколько уровней замыкания, высшим из которых является корковый уровень (передняя центральная извилина). Характерной особенностью двигательного анализатора является то, что его пути от правого и левого полушария взаимно перекрещиваются относительно продольной оси симметрии тела человека.
Гравитационное поле отражается нервной системой человека, организующей ответные реакции на его воздействие. Степень сложности этих реакций различна, однако в их основе лежит один рефлекторный принцип, обеспечивающий активную адаптацию организма к определенным условиям существования, в частности к постоянному воздействию сил земного тяготения. Эволюционное развитие человека привело к определенному совершенству и разнообразию рефлексов, которые реагируют на довольно широкий диапазон раздражителей, охватывают значительные площади тела — рефлексогенные зоны, и включают как минимум два основных функционально-морфологических компонента: воспринимающий (рецепторный) и исполнительный (эффективной).
По данным многих авторов (Белинцев, 1991 и др.), чувствительность к восприятию человеком с помощью органов зрения электромагнитного излучения или с помощью органов слуха акустических колебаний значительно более высока, чем его чувствительность к восприятию массы в ответ на ее инерционные воздействия или в ответ на воздействия гравитационного поля.
Практические наблюдения различных аспектов управления двигательной активностью человека показывают, что чувствительность организма человека к восприятию гравитационного поля при управлении движениями все же является решающей при реализации тех двигательных задач, для которых необходимы движения с большой амплитудой и вовлечением больших мышечных массивов. Когда же двигательные задачи решаются на
Уровне так называемых точностных движений (микродвижении), первостепенная управленческая роль в восприятии внешней среды, несомненно, может принадлежать зрительному и слуховому анализаторам, более чувствительным к восприятию электромагнитного поля.
Кроме того, по утверждению С. Engelmeyer (1895), не будучи в состоянии вмешиваться в строение биологических молекул, сила тяжести обеспечивает для них субстрат, создав земную кору, океаны и атмосферу. Важно заметить, что субстрат, созданный силой тяжести, имеет полярную организацию — верх и низ. Отсюда следует значение силы тяжести первого порядка для жизненных процессов. Эта организация в конечном результате привела к дорсовентральной, краниакаудальной полярности строения многих живых организмов, в частности организма человека.
Сложные поведенческие программы движений человека осуществляются во многом благодаря интегративной деятельности нервной системы, которая объединяет организм в единое целое. Эта деятельность базируется на основе эволюционно закрепленных, генетически заложенных в нервной системе механизмов, не требующих предварительного обучения — безусловных рефлексов. Одним из самых существенных факторов, формирующих такие механизмы, являются гравитационные взаимодействия человека.
В процессе эволюции в организме человека выработались и более совершенные двигательные реакции, обусловленные функциональными проявлениями высшей нервной деятельности. Это значительно расширило диапазон его адаптации к окружающей среде, в частности, путем более активного преодоления сил земного тяготения. Это привело к появлению произвольных, осмысленных, целенаправленных двигательных действий. Пластичность высшей нервной деятельности и возможность образования временных нервных связей стимулировали появление у высших животных способностей к индивидуальному обучению и образованию условных рефлексов. Механизмы формирования условных рефлексов у человека содержат предпосылки к появлению своеобразной индивидуальной двигательной памяти параметров динамики гравитационных взаимодействий при разнообразных условиях перемещений и ориентации тела относительно вектора силы тяжести. Без этих явлений невозможно формирование сложнейших двигательных навыков. В связи с тем, что в работе нервной системы используется рефлекторный принцип, процесс адаптации организма к параметрам гравитационного поля отражается во всех основных звеньях рефлекторного механизма — в анализе идущей от рецепторов информации, ее обработке в промежуточных звеньях, построении специализированных программ двигательной деятельности.
Индивидуальный двигательный опыт влияет не только на характер переработки информации о гравитационных взаимодействиях человека с внешней средой, но и на синтез программ двигательной активности. В ходе отражения гравитационного поля в нервной системе происходит процесс опознания, сличения его действительных параметров с эталонными характеристиками, зафиксированными в соответствующих механизмах памяти. При некотором повторении ряда двигательных действий человека в его нервной системе фиксируется определенная последовательность привычных реакций, которая получила название динамического стереотипа. Это придает экономичность работе нервной системы, способствует эффективной адаптации человека к меняющимся условиям среды, что имеет громадное общебиологическое значение. Реализация программ двигательной деятельности в гравитационном поле Земли происходит на фоне разнообразных помех или возмущающих воздействий, которые, как правило, носят вероятностный, непредсказуемый характер. Для их преодоления в нервной системе используются коррекционные управляющие стимулы, которые позволяют человеку направленно изменять конфигурацию звеньев своего тела, ориентацию их масс относительно вектора силы тяжести. Этим самым достигается оптимизация гравитационных взаимодействий его тела с критериями достижения заданной цели при решении каждой конкретной двигательной задачи. Собственно, процессы распознавания сигналов (определение параметров) гравитационного поля, формирования на основании прошлого опыта программ решения двигательных задач и контроля за их выполнением органически входят в состав важнейших функций высшей нервной деятельности. Поскольку высшая нервная деятельность человека является нейрофизиологической основой психических процессов, очевидно, что гравитационные взаимодействия тела человека оказывают существенное влияние на весь комплекс его психомоторной деятельности.
Управление процессом ориентации тела человека относительно гравитационного поля Земли в нервной системе осуществляется через систему эффекторов, конечным звеном которых являются скелетно-мы щечные элементы, преобразующие энергию нервного импульса в механическую энергию движения масс тела.