Кодирование информации в анализаторах

А. Понятия. Кодирование - процесс преобразования инфор­мации в условную форму (код), удобную для передачи по каналу связи. Любое преобразование информации в отделах анализатора является кодированием. Так, в слуховом анализаторе механическое колебание перепонки и других звукопроводящих элементов на пер­вом этапе преобразуется в рецепторный потенциал, последний обес­печивает выделение медиатора в синаптическую щель и возникно­вение генераторного потенциала, в результате действия которого в афферентном волокне возникает нервный импульс. Потенциал дей­ствия достигает следующего нейрона, в синапсе которого электри­ческий сигнал снова превращается в химический - многократно меняется код. Следует отметить, что на всех уровнях анализаторов не происходит восстановление стимула в его первоначальной фор­ме. Этим физиологическое кодирование отличается от большинства технических систем связи, где сообщение, как правило, восстанав­ливается в первоначальном виде.

Коды нервной системы. В ЭВМ чаще используется двоичный код, когда для образования комбинаций всегда используется два символа - 0 и 1, которые представляют собой два электрических импульса разной амплитуды. Кодирование информации в организ­ме осуществляется на основе недвоичных кодов, что позволяет при той же длине кода получить большее число комбинаций. Универ­сальным кодом нервной системы являются нервные импульсы, которые распространяются по нервным волокнам. При этом содер­жание информации определяется не амплитудой импульсов (код подчиняется закону «все или ничего»), а частотой импульсов (ин-

тервалами времени между отдельными импульсами), объединени­ем их в пачки, числом импульсов в пачке, интервалами между пач­ками. Передача сигнала от одной клетки к другой во всех отделах анализатора осуществляется с помощью химического кода - раз­личных медиаторов. Для хранения информации в ЦНС кодирова­ние осуществляется с помощью структурных изменений в ней­ронах (механизмы памяти).

Кодируемые характеристики раздражителя. В анализаторах кодируются качественная характеристика раздражителя (напри­мер, вид, свет, звук), сила раздражителя, время его действия, а также пространство, т. е. место действия раздражителя и лока­лизация его в окружающей среде. В кодировании всех характерис­тик раздражителя принимают участие все отделы анализатора.

Б. Кодирование в периферическом отделе анализатора.

Кодирование качества раздражителя осуществляется за счет специфичности рецепторов - способности воспринимать раздражитель определенного вида, к которому он приспособлен в процессе эволюции, т. е. к адекватному раздражителю. Так, све­товой луч возбуждает только рецепторы сетчатки, другие рецеп­торы (обоняния, вкуса, тактильные и т. д.) на него обычно не реагируют.

Сила раздражителя может кодироваться изменением часто­ты импульсов в возбужденных рецепторах при изменении силы раздражителя, что определяется общим количеством импульсов в единицу времени {частотное кодирование.). При этом с увели­чением силы стимула обычно возрастает число импульсов, возни­кающих в рецепторах и наоборот. При изменении силы раздражи­теля может изменяться и число возбужденных рецепторов, кроме того, кодирование силы раздражителя может осуществляться раз­личной величиной латентного периода и временем реакции. Обыч­но сильный раздражитель уменьшает латентный период, увеличи­вает число импульсов и удлиняет время реакции.

Пространство кодируется величиной площади, на которой возбуждаются рецепторы, - пространственное кодирование. Напри­мер, мы легко определяем, острым или тупым концом карандаш касается поверхности кожи. Некоторые рецепторы легче возбуж­даются при действии на них раздражителя под определенным уг­лом (тельца Пачини, рецепторы сетчатки), что является оценкой направления действия раздражителя на рецептор. Локализация действия раздражителя кодируется тем, что возбуждаются только те рецепторы, на которые действует раздражитель, причем рецеп­торы различных участков тела посылают импульсы в определенные зоны коры большого мозга.

Время действия раздражителя на рецептор кодируется тем, что он начинает возбуждаться с началом действия раздражителя и прекращает возбуждаться сразу после выключения действия раз­дражителя (временное кодирование). Следует, однако, заметить, что время действия раздражителя кодируется недостаточно точно во многих рецепторах вследствие быстрой их адаптации и прекра­щения возбуждения при постоянно действующей силе раздражи­теля. Эта неточность частично компенсируется за счет наличия оп-, ой- и оп-огГ- рецепторов, возбуждающихся, соответственно, при включении, выключении, а также при включении и выключении раздражителя. При длительно действующем раздражителе, когда происходит адаптация рецепторов, теряется некоторое количество информации о стимуле - его силе и продолжительности, но при этом повышается чувствительность - развивается сенситизация рецеп­тора к изменению силы этого стимула. Усиление стимула действу­ет на адаптированный рецептор как новый раздражитель, что так­же отражается в изменении частоты импульсов, идущих от рецепторов.

В. Кодирование в проводниковом отделе анализатора осу­ществляется только на «станциях переключения», т. е. при переда­че сигнала от одного нейрона к другому, где происходит смена кода* В нервных волокнах информация не кодируется, они исполняют роль проводов, по которым передается информация, закодирован­ная в рецепторах и переработанная в центрах нервной системы.

Импульсы в отдельном нервном волокне формируются в пач­ки, между ними могут быть различные интервалы, в пачках - раз­личное число импульсов, между отдельными пачками могут быть различные интервалы. Все это отражает характер закодированной в рецепторах информации. В нервном стволе при этом может из­меняться также число возбужденных нервных волокон, что определяется изменением числа возбужденных рецепторов или ней­ронов на предыдущем переходе сигнала с одного нейрона на дру­гой. На станциях переключения, например, в зрительном бугре, ин­формация кодируется, во-первых, за счет изменения объема импульсации на входе и на выходе, а во-вторых, за счет про­странственного кодирования, т.е. связи определенных нейро­нов с определенными рецепторами. В обоих случаях чем сильнее раздражитель, тем большее число нейронов возбуждается.

Наряду с возбуждением в сенсорных ядрах происходит и тор­можение. Тормозные процессы осуществляют фильтрацию и дифференциацию сенсорной информации. Эти процессы обес- -печивают контроль сенсорной информации, который позволяет устранять несущественные, неприятные, избыточные сигналы,

т. е. снижает шум и изменяет соотношение спонтанной и вызван­ной активности нейронов.

Г. В корковом конце анализатора имеет место частотно-про­странственное кодирование - импульсы поступают от рецепторов в определенные зоны коры с определенными временными интерва­лами. Поступающая в виде нервных импульсов информация пере­кодируется в биохимические и структурные изменения в нейронах (механизмы памяти). В коре большого мозга осуществляются выс­ший анализ и синтез поступившей информации.

Анализ заключается в том, что с помощью возникающих ощу­щений мы различаем действующие раздражители (качественно -свет, звук и т.д.) и определяем силу, время и место, т. е. простран­ство, на которое действует раздражитель, а также его локализацию в окружающей среде (источник звука, света, запаха).

Синтез реализуется в восприятии, т. е. узнавании, известного предмета, явления или в формировании образа впервые встречае­мого предмета, явления. Узнавание явления или предмета в целом по совокупности восприятия отдельных характеристик раздражите­ля достигается в результате сличения поступающей в данный момент информации со следами памяти. Без сличения ощущений со следа­ми памяти узнавание невозможно. Известны случаи, когда дети были слепыми от рождения, зрение у них появилось в подростковом воз­расте. Так, девушка, которая обрела зрение лишь в 16 лет, не могла с его помощью узнать предметы, которыми она многократно пользова­лась ранее. Но стоило ей взять этот предмет в руки, как она с радос­тью называла его. Ей пришлось, таким образом, практически заново изучать окружающий ее мир с участием зрительного анализатора, что подкреплялось функцией других анализаторов, в частности так­тильного. Если информация о предмете или явлении поступает в кор­ковый отдел анализатора впервые, то формируется образ нового предмета или явления благодаря взаимодействию нескольких ана­лизаторов. Но и при этом идет сличение поступающей информации со следами памяти о других подобных предметах или явлениях. По­ступившая в виде нервных импульсов информация кодируется с по­мощью механизмов долговременной памяти.

ЗРИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗАТОР