"Функция сенсорных систем"

ФУНКЦИИ СЕНСОРНОЙ СИСТЕМЫ

Операции с сигналами в сенсорной системе

РЕЦЕПТОРНЫЙ

УРОВЕНЬ

1. ОБНАРУЖЕНИЕ СИГНАЛА

2. РАЗЛИЧИЕНИЕ СИГНАЛА

3. ПЕРЕДАЧА И ПРЕОБРАЗОВАНЕИ СИГНАЛА

НЕЙРОНЫ

ВСЕХ

СЛОЕВ

СЕНСОРНОЙ

СИСТЕМЫ

4. КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ В ЦНС

НЕЙРОНЫ

КОРЫ

БОЛЬШИХ

ПОЛУШАРИЙ

5. ДЕТЕКТИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ

6. ОПОЗНАНИЕ ОБРАЗОВ

Общие механизмы возбуждения(опознания) рецепторов

Обнаружение сигнала начинается в рецепторе – специализированной клетке, эволюционно приспособленной к опознанию раздражителя определённой модальности из внешней или внутренней среды и преобразованию его в форму нервного возбуждения.

П реобразовании энергии внешнего раздражения в рецепторный сигнал происходит поэтапно:

• взаимодействие стимула с рецепторной белковой молекулой, которая находится в составе клеточной мембраны рецепторной клетки;
• внутриклеточные процессы усиления и передачи сенсорного стимула в пределах рецепторной клетки;
• открывание находящихся в мембране рецептора ионных каналов, через которые начинает течь ток, что приводит к деполяризации клеточной мембраны рецепторной клетки, т.е. возникает рецепторный потенциал .

Экстерорецептивные рецепторы и их характеристики

Модальность

Локализация рецепторов

1.Зрение

2. Слух

Тип рецепторов

Сетчатка

Улитка

3.Равновесие

4. Осязание

Воспринимаемое качество

5. Вкус

6. Обоняние

Палочки

Колбочки

Волосковые кл

Вестибулярный орган

Кожа

Язык

Обонятельный эпителий в носу

Макулярные кл.

Окончания Руффини, диски Маркеля, тельца Пачини

Освещенность, контрастность ,движение, цвет, размер.

Высота, сила, тембр и локализация звука.

Вращение, сила тяжести

Тепло

Давления

Вибрация

Вкусовые сосочки на кончике языка

И основания языка.

Обонятельные рецепторы

Сладкий и кислый вкус

Горький и соленый вкус

Цветочный, фруктовый, мускусный, пикантные запахи

Особенности обнаружения сигналов

Рецепторы первично чувствующие – преобразование энергии раздражения в энергию нервного импульса происходит в 1-ом нейроне сенсорной системы.

В первично чувствующих рецепторах рецепторный (РП) и генераторный потенциалы (ГП) - одно и то же.

Рецепторный потенциал действует на наиболее чувствительные участки мембраны, которые способны генерировать потенциал действия – электрические нервные импульсы.

Такие рецепторы располагаются в обонятельной и тактильной сенсорной системе.

При критической величине ГП происходит разряд афферентных импульсов.

Частота разряда прямо пропорциональна величине ГП.

Рецепторы вторично чувствующие – между раздражителем и 1-ым нейроном находится специализированная рецепторная кл., не способная генерировать импульс, но вызывающая выделение квантов медиатора в постсинаптической мембране 1-го нейрона, изменяя его поляризацию, т.е. генерируя постсинаптический потенциал .

Постсинаптический потенциал 1-го нейрона сенсорной системы называют генераторным потенциалом (ГП) , т.к. он вызывает генерацию нервного импульса.

Данные рецепторы располагаются в следующих сенсорных системах – зрительной, слуховой, вкусовой, вестибулярной.

Чувствительность сенсорной системы

основана на её свойстве обнаруживать слабые, короткие или маленькие по размеру раздражители.

Абсолютную чувствительность измеряют порогом реакции (ПР) – это min интенсивность, длительность, энергия или площадь воздействия, которая вызывает реакцию.

Чувствительность обратно пропорциональна порогу реакции.

Необходимо различать нижний и верхний порог реакции.

Минимальное раздражение, впервые вызвавшие ощущения называют нижним ПР , максимальную величину раздражителя, за пределами которой источник либо не опознается или принимает новую окраску оценивают как верхний ПР.

Различие сигналов

Густов Теодор Фехнер

(1801–1887)

На основе наблюдений ученого в 1860г был сформулировал закон, согласно которому сила ощущения пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя.

Эрнст Генрих Вебер

(1795-1878)

Закон психофизиологии, выражающий const отношения приращения величины раздражителя, породившего едва заметное изменение силы ощущения, к его исходной величине.

Передача и преобразование сигнала – это процесс трансляции в высшие центры мозга наиболее существенную информацию о раздражителе в форме, удобной для надежного и быстрого анализа

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ- изменения соотношения разных частей сигнала.

Существенной всегда является степень новизны информации, т.к. эволюционно было выработано свойство сенсорной системы прежде всего и быстрее всего передавать в мозг с последующей переработкой только информацию об изменениях в среде.

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВРЕМЕННЫЕ – в сенсорных системах типично временное сжатие сигналов: переход от длительной (тонической) импульсации нейронов на нижних уровнях системы к коротким (фазическим) пачечным разрядам нейронов высшего порядка.

СПОСОБЫ КОДИРОВАНИЯ

• Кодирование на основе принципа специфичности рецепторов – заключается в том, что рецепторы настроены на прием определенного сигнала, н.п., термо-, баро-, хеморецепторы.
• Кодирование с использованием «меченой линии» - моносимптоматическая передача сигналов от рецепторов к конкретному центральному нейрону, возбуждение которого соответствует выделению определённого качества стимула.
• Кодирование с использованием частотного кода – связано с кодированием интенсивности раздражения. В разных нервах связь интенсивности стимула с частотой генерируемых ПД может быть различной. Для периферических нервных волокон установлена логарифмическая зависимость между интенсивностью раздражителя и частотой вызываемых им ПД (з-н Г. Фехнера).
• Кодирование паттерном ответа нейрона, т.е. структурной организацией (рисунком разрядов нейронов) ПД во времени.
• Кодированием ансамблем нейронов – различные наборы возбужденных нейронов одного и того же ансамбля соответствуют разным параметрам стимула и соответственно разным реакциям (Хебб)

«Это апофеоз собаки!» ( И.П. Павлов)

На Аптекарском острове в Санкт-Петербурге установлен памятник с фонтаном, сооружённый в честь животных, пострадавших в ходе научных экспериментов.

Монумент был открыт в августе 1935 года, получил название «Памятник собаке Павлова».

Статуя отлита по проекту скульптора и архитектора Иннокентия Безпалова по инициативе самого И. П.Павлова.

«Это апофеоз собаки! Благодарность человечества. Раз я поставил памятник собакам, считаю, что мои счёты с ними покончены», — заявил И.П. Павлов.

СПОСОБЫ КОДИРОВАНИЯ

6. Векторное кодирование сигнала в нейронных.

Принцип векторного кодирования информации впервые был сформулирован в 50-х годах шведским ученым Г. Йохансоном. Он показал, что если две точки на экране движутся навстречу друг другу — одна по горизонтали, другая по вертикали, — то человек видит движение одной точки по наклонной прямой. Движение точки рассматривается им как результат формирования двухкомпонентного вектора, отражающего действие двух независимых факторов (движения в горизонтальном и вертикальном направлениях).

Е.Н Соколов (1920-2008) развил векторные представления, применив их к изучению нейронных механизмов сенсорных процессов, а также двигательных и вегетативных реакций.

ДЕТЕКТИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ

Кодирование информации номером детекторного канала. Передача информации по номеру канала означает, что сигнал следует по цепочке нейронов, конечное звено которой представлено нейроном-детектором простых или сложных признаков, избирательно реагирующих на определенный физический признак или комплекс.

Нейрон-детектор – высокоспециализированная нервная клетка, способная избирательно реагировать на конкретный признак сенсорного сигнала. Такие клетки выделяют в сложном раздражителе его отдельные признаки. Многие детекторы формируются в раннем возрасте под влиянием опыта, а часть

За открытие феномена ориентационной избирательности нейронов зрительной коры кошки её авторы американский физиолог Д. Хьюбел и шведский нейробиолог Т. Визель (1924г.р) в 1981 г. были удостоены Нобелевской премии.

ОПОЗНАНИЕ ОБРАЗОВ

Это конечная и наиболее сложная операция сенсорной системы, состоит из нескольких этапов:

• отнесение образа к тому или иному классов объектов, с которыми ранее встречался организм;
• синтез сигнала от нейронов-детекторов в высшем отделе сенсорной системы формируется «образ» раздражителя;
• завершение опознания принятием решения, о том с каким объектом встретился организм, т.е. идет процесс осознания воспринимаего объекта, ситуации и т.д.

АДАПТАЦИЯ СЕНСОРНОЙ СИСТЕМЫ

Адаптация – общее свойство всех рецепторов, заключающееся в приспособлении к силе раздражителя.

Общая адаптация – проявляется в снижении абсолютной и повышении дифференциальной чувствительности всей сенсорной системы.

Локальная адаптация – сводится к снижению чувствительности только какой-то части сенсорной системы, подвергнутой длительному действию.

Адаптационные процессы охватывают все нейронные слои.

глобальная

селективная

Сенсорная

адаптация

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ

осуществляется на спинальном, ретукулярном. таламическом и корковых уровнях.

В коре большого мозга происходит интеграция сигналов высшего порядка. В результате образования множественных связей с другими сенсорными и неспецифическими системами корковые нейроны приобретают способность отвечать на сложные комбинации сигналов разной модальности.

Межсенсорное взаимодействие на корковом уровне создают условия для формирования «схемы мира» и непрерывной связки, координации с ней собственной схемы тела.

ПАРАЛЕЛИЗМ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

(Хелд, Ричардс,1972)

ЖЕСТ

ОБРАБОТКА

КОНТРОЛЬ

ЗРИТЕЛЬНЫЙ

СЛУХОВОЙ

РЕЧЬ

КОЖНЫЙ

ДВИЖЕНИЕ

*

*

ЛИТЕРАТУРА

• Алейников, Т.В. Возрастная психофизиология: учебное пособие / Т. В. Алейникова / под ред. Г.А. Кураева. – изд.2-е. доп. – Ростов н/Д: Феникс, 2007. – 285с.
• Данилова, Н.Н. Психофизиология / Н.Н. Данилова. - М.: Аспект-Пресс, 2002. – 373 с.
• Ильин Е.П. Психофизиология состояний человека / Е.П. Ильин. – СПб.: Питер, 2005. – 412 с.
• Психофизиология: учебник для вузов / под ред. Ю.И.Александрова. – 3-е изд., доп. и перераб. – СПб.: Питер, 2007. – 464 с.
• Сомьен Дж. Кодирование сенсорной информации. М.,Мир, 1975. – 415 с.
• Физиология человека и животных: учебник для студ. учреждений высш. пед. проф. образования / [В. Я. Ап чел, Ю. А. Даринский, В. Н. Голубев и др.]; под ред. Ю. А. Да ринского, В.Я.Апчела. — 2-е изд., стер. — М. : Издательский центр «Акаде мия», 2013. — 448 c.

Сомьен Дж. Кодирование орной информации. М.,Мир, 1975

• Физиология человека и животных: учебник для студ. учреждений высш. пед. проф. образования / [В. Я. Ап чел, Ю. А. Даринский, В. Н. Голубев и др.]; под ред. Ю. А. Да ринского, В.Я.Апчела. — 2-е изд., стер. — М. : Издательский центр «Акаде мия», 2013. — 448 c.
• Сомьен Дж. Кодирование сенсорной информации. М.,Мир, 1975. – 415 с.
• Алейников, Т.В. Возрастная психофизиология: учебное пособие / Т. В. Алейникова / под ред. Г.А. Кураева. – изд.2-е. доп. – Ростов н/Д: Феникс, 2007. – 285с.

• Данилова, Н.Н. Психофизиология / Н.Н. Данилова. - М.: Аспект-Пресс, 2002. – 373 с.
• Ильин Е.П. Психофизиология состояний человека / Е.П. Ильин. – СПб.: Питер, 2005. – 412 с.
• Психофизиология: учебник для вузов / под ред. Ю.И.Александрова. – 3-е изд., доп. и перераб. – СПб.: Питер, 2007. – 464 с.