В середине 20-х гг. Л. С. Выготский впервые предположил, что исследование локальных поражений мозга может быть очень плодотворным для анализа высших психических процессов. В то время ни структура самих высших психических процессов, ни функциональная организация мозга не были достаточно изучены.
В объяснениях того, как работает мозг, тогда превалировали два диаметрально противоположных подхода. С одной стороны, сторонники узкой локализации пытались непосредственно соотнести каждую психическую функцию с определенной узкоограниченной зоной мозга, а с другой — представители антилокализационного подхода считали, что все области мозга эквипотенциальны и равно ответственны за психические функции, выраженные в поведении. Согласно этой точке зрения характер дефектов определялся не местом повреждения, а объемом поврежденного мозга.
Отличительной чертой функциональной системы является ее сложный состав, всегда включающий ряд афферентных (настраивающих) и эфферентных (осуществляющих) звеньев. Это сочетание можно продемонстрировать, например, на функции движения, которая была детально проанализирована советским физиологом-математиком Н. А. Бернштейном. Движения человека, стремящегося перейти из одного места в другое, попасть в какую-то точку или выполнить какое-то действие, никогда не осуществляются просто посредством эфферентных, двигательных импульсов. Движение в принципе неуправляемо одними эфферентными импульсами, так как двигательный аппарат человека с его подвижными суставами имеет много степеней свободы, и в любом движении участвуют различные группы суставов и мышц, причем каждая стадия движения изменяет первоначальный тонус мышц. Чтобы движение осуществилось, необходима постоянная коррекция его афферентными импульсами, которые информируют мозг о положении движущейся конечности в пространстве и об изменении тонуса мышц. Это иное строение двигательного аппарата необходимо для обеспечения возможности в любых условиях сохранить инвариантность задачи и выполнить ее разными вариативными средствами. Тот факт, что каждое движение имеет характер сложной функциональной системы и что многие элементы, составляющие его, могут быть взаимозаменяемы, очевиден, поскольку один и тот же результат может быть достигнут совершенно различными способами.
В опытах Вальтера Хантера крыса в лабиринте достигала цели, бегая по определенному пути, но когда один фрагмент лабиринта заменили водой, крыса достигла цели посредством плавательных движений. В опытах Карла Лешли крыса, натренированная проходить определенный путь, радикальным образом меняла структуру своих движений после удаления мозжечка. Она уже не могла передвигаться обычным образом, но достигала своей цели, передвигаясь кубарем. Тот же самый взаимозаменяемый характер движений, необходимых для достижения определенной цели, отчетливо виден при тщательном анализе любых локомоторных актов человека, как, например, попадания в цель, осуществляемого различным набором движений в зависимости от исходного положения тела, манипулирования предметами, которое можно осуществить различными способами, письма, которое можно осуществить или карандашом или ручкой, правой или левой рукой, или даже ногой и т. д.
Это «системное» строение характерно для всех сложных форм психической деятельности. Можно с полным основанием сказать, что элементарные функции, подобные светоразличительной функции сетчатки глаза, непосредственно связаны с определенным типом клеток, однако нам казалось абсурдным считать, что сложные функции также можно рассматривать как прямой результат работы ограниченной группы клеток и что их можно связывать с работой определенных участков коры мозга. Наш подход к строению функциональных систем в целом и высших психических функций в частности заставил нас поверить в необходимость коренного пересмотра идей локализации, выдвинутых теоретиками начала века.
Основываясь на представлениях Л.С. Выготского о строении высших психических функций, которые вытекали из результатов нашей работы с детьми, мы считали, что высшие психические функции представляют собой сложные функциональные системы, опосредованные по своему строению. Они включают сформировавшиеся в ходе исторического развития символы и орудия. Мозговая организация высших функций должна отличаться от того, что мы наблюдаем у животных. Более того, поскольку для формирования человеческого мозга потребовались миллионы лет, а история человечества насчитывает лишь тысячи лет, теория мозговой организации высших психических функций должна объяснять такие процессы, как процесс письма, чтения, счет и т.д., зависящие от исторически обусловленных символов. Иными словами, подход к развитию таких психических процессов, как произвольное запоминание, абстрактное мышление и др., должно найти свое отражение и в принципах их мозговой организации.
Изучение развития высших психических функций у детей привело Л. С. Выготского также к выводу, что роль мозга в организации высших психических процессов должна изменяться в процессе развития индивидуума. Любая сложная сознательная психическая деятельность сначала носит развернутый характер. На первых этапах абстрактное мышление требует ряда внешних опорных средств, и только позднее, в процессе овладения определенным видом деятельности, логические операции автоматизируются и превращаются в «умственные навыки». Можно предположить, что в процессе развития меняется не только функциональная структура мышления, но и его мозговая организация. Участие слуховых и зрительных зон коры, существенное на ранних этапах формирования различной познавательной деятельности перестает играть такую роль на поздних этапах, когда мышление начинает опираться на совместную деятельность разных систем коры мозга. Например, у ребенка сенсорные зоны коры создают базу для развития познавательных процессов, включая речь. Но у взрослых с уже развитыми речью и сложными познавательными процессами сенсорные зоны теряют эту функцию и познавательная способность становится менее зависящей от сенсорной информации. Рассуждая таким образом, Л. С. Выготский объяснил, почему ограниченные поражения зон коры могут иметь совершенно различные последствия в зависимости от того, произошло повреждение в раннем детстве или в зрелом возрасте. Например, поражение зрительных сенсорных отделов коры в раннем детстве приводит к недоразвитию познавательной способности и мышления, в то время как у взрослых такое же поражение может компенсироваться влиянием уже сформировавшихся высших функциональных систем.
Выготский Л.С. применил простой прием, чтобы создать лабораторную модель реорганизации движения такого типа. Он раскладывал на полу кусочки бумаги и просил больного перешагивать через каждый из них. Произошло удивительное явление. Больной, который только что не мог сделать самостоятельно более двух или трех шагов, долго ходил по комнате, перешагивая через кусочки бумаги, как будто бы он шел по лестнице. Компенсация двигательных нарушений оказалась возможной на основе реорганизации психических процессов, которые он использовал при ходьбе. Деятельность была перенесена с подкоркового уровня, где находились очаги поражения, на уровень более сохранной коры больших полушарий.