Свойства сенсорных систем. Особенности кодирования информации в сенсорных системах. Регуляция функций сенсорных систем

Основными свойствами сенсорных систем являются: высокая чувствительность к адекватному раздражителю, инерционность, адаптация и взаимодействие.

Высокая чувствительность к адекватному раздражителю заключается в следующем. Все отделы сенсорных систем высоко возбудимы. Например, рецепторы сетчатки глаза могут воз­буждаться при действии лишь нескольких квантов света, а обоня­тельные рецепторы воспринимают даже единич­ные молекулы пахучих веществ.

Инерционность – медленное возникновение и исчезновение ощущений. Сохранение ощущений на некоторый период после прекращения действия раздражителя объясняется явлением последействия в ЦНС (в основном – циркуляцией возбуждения). Например, возникновение и исчезновение зрительного ощущения не бывает мгновенным. Быстро следующие друг за другом световые раздражения (мелькания) дают ощущение непрерывного света.

Адаптация сенсорной системы при постоянной силе длительно действующего раздражителя проявляется в основном в понижении абсолютной и повышении дифференциальной чув­ствительности. Это свойство наиболее ярко проявляется на уровне рецепторов и заключается в изменении не только их возбудимости, но и числа функционирующих рецепторных структур. По скорости адаптации выделяют быстро и медленно адаптирующиеся рецепторы. В проводниковом и корковом отделах анализатора адаптация заключается в уменьшении числа активированных волокон и нейронов. Большое значение в сенсорной адаптации имеет эфферентная регу­ляция. Онаосуществляется через нисходящие влияния, из­меняющие деятельность нижерасположенных структур сенсорной системы. Благодаря этому возникает настройка сен­сорных систем на оптимальное восприятие раздражителей в усло­виях изменившейся среды.

С помощью взаимодействия сенсорных сис­тем организм познает свойства предметов и явлений окружающей среды, полезные и вредные стороны их воздействия на орга­низм. Нарушения функции зрительного и слухового анализаторов сильно тормозят познание окружающего мира. Способность сенсорных систем взаимодействовать друг с другом дает целостное представление о пред­метах внешнего мира. Например, качество кусочка яблока оце­нивается с помощью зрительной, обонятельной, тактильной и вку­совой сенсорных систем. При этом формируется представление об отдельных качествах яблока — цвете, консистенции, запахе, вкусе, а также о свойствах объекта в целом (создается определенный целостный образ яблока). На взаимодействии сенсор­ных систем при оценке явлений и предметов окружающего мира основана компенсация нарушенных функций при утрате одной из сенсор­ных систем. Например, у слепого человека повышается слуховая чувствительность. Такой человек может определить распо­ложение крупных предметов за счет отражения от них звуковых волн и обойти эти предметы, если нет посторонних шумов. Взаимодействия сенсорных систем могут проявляться в виде влияния возбуждения одной системы на состояние возбудимости другой по доминантному принципу. Например, шум ухудшает зрительное восприятие, яркий свет повышает восприятие громкости звука. Процесс взаимодействия сенсорных систем может проявляться на различных уровнях. Важнейшую роль в этом играют ретикулярная формация ствола мозга и кора большого мозга.

Кодированием называетсяпроцесс преобразования информации в услов­ную форму (код), удобную для передачи по каналу связи. Любое преобразование информации в отделах сенсорной системы явля­ется кодированием. Например, в слуховой сенсорной системе механическое колебание барабанной перепонки и других звукопроводящих элементов вначале преобразуется в рецепторный потенциал, который обеспечивает выделение медиатора в синаптическую щель и воз­никновение генераторного потенциала. В результате действия генераторного потенциала в афферентном волокне возникает нервный импульс. От большинства технических систем связи, где информационное сооб­щение восстанавливается в первоначальном виде, физиологическое кодирование отличается тем, что не происходит восстановления стимула в его первоначальной форме ни на одном уровне сенсорной системы.

В вычислительной технике использует­ся двоичный код, когда для образования комбинаций всегда ис­пользуются два символа — 0 и 1, которые представляют собой два состояния. 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, а их частотой, объединением 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, т.е. различ­ных медиаторов. Для хранения информации в ЦНС кодирование осуществляется с помощью структурных изменений в нейронах (ме­ханизмы памяти).

В сенсорных систе­мах кодируются качественная характеристика раздражителя (на­пример, свет, звук), сила раздражителя, время его действия, а также пространство его действия. В кодировании всех этих характеристик раздражителя участвуют все отделы сенсорной системы. В периферическом отделе сенсорной системы происходит кодирование ка­чества раздражителя (вид) за счет способности рецепторов воспринимать раздражитель оп­ределенного вида. Например, луч света воз­буждает только фоторецепторы сетчатки.

Сила раздражителя может кодироваться путем изменения частоты импульсов, генерируемых рецепторами при изменении силы раз­дражителя. При изменении силы раз­дражителя может изменяться и число возбужденных рецепторов. Также кодирование силы раздражителя может осуществлять­ся различной величиной латентного периода и временем реакции. Сильный раздражитель уменьшает латентный период, увеличивает число импульсов и удлиняет время реакции.

Пространство кодиру­ется величиной площади, на которой возбуждаются рецепторы. Например, человек быстро опреде­ляет, острый или тупой конец карандаша касается кожи.

Время действия раздражителя на рецептор кодируется тем, что он начинает возбуждаться с началом действия раздражителя и пре­кращает возбуждаться сразу после выключения раздражителя.

В проводниковом отделе сенсорной системы кодирование осу­ществляется только при передаче сигнала от одного нейрона к другому, где происходит смена кода. В нервных волокнах информация не кодируется. Они играют роль проводов, по которым передается информация, закодиро­ванная в рецепторах и переработанная в центрах нервной системы.

Между импульсами в отдельном нервном волокне могут быть различные интервалы. Импульсы формируются в пачки с различ­ным числом, и между отдельными пачками могут быть раз­личные интервалы. Все это отражает характер закодированной в рецепторах информации. В нервном стволе может изме­няться также число возбужденных нервных волокон, что определя­ется изменением числа возбужденных рецепторов или нейронов на предыдущем переходе сигнала с одного нейрона на другой.

В сенсорных ядрах происходят тор­мозные процессы, которые фильтруют и диффе­ренцируют сенсорную информацию, чем обеспечивается ее контроль.

В корковом отделе сенсорной системы происходит частотно­пространственное кодирование. Нейрофизиологической основой такого кодирования является пространственное распределение ансамблей спе­циализированных нейронов и их связей с определенными видами рецепторов. Импульсы поступают от рецепторов в определенные зоны коры с различными временными интервалами. Информация, поступаю­щая в виде нервных импульсов, перекодируется в структурные и биохимические изменения в нейронах (механизмы памяти). В коре мозга осуществляются высший анализ и синтез поступившей информации. Анализ заключается в том, что с помощью возникающих ощу­щений происходит различение действующих раздражителей (качественно — свет, звук и т.д.), а также определение силы, времени и места, на которое действует раздражитель. Синтез заключается в узнавании известного предмета, явления или в формировании образа, впервые встречаемого предмета, явления. Описаны случаи, когда у слепорожденных детей зрение появля­лось только в подростковом возрасте. Известен случай, когда девушка, обре­тшая зрение лишь в 16 лет, не могла зрительно узнавать пред­меты, которыми она пользовалась до этого. Взяв предмет в руки, она сразу называла его.

Если информация о предмете или явлении поступает в корко­вый отдел сенсорной системы впервые, то формируется образ но­вого предмета, явления благодаря взаимодействию нескольких сен­сорных систем. Одновременно идет сличение поступающей ин­формации со следами памяти о других подобных предметах или явлениях. Информация, поступившая в виде нервных импульсов, кодируется с помощью механизмов долговременной памяти.

Таким образом, процесс передачи сенсорного сообщения сопровожда­ется многократным перекодированием и завершается высшим анализом и синтезом, который происходит в корковом отделе сенсорных систем. После этого уже происходит выбор или разра­ботка программы ответной реакции организма и формирование соответствующего поведения.

Различают местные и центральные механизмы контроля деятельности сенсорных систем. Нерв­ные эфферентные влияния осуществляются через нисходящие проводящие пути от более высоких уровней сенсорной системы к нижележащим уровням и носят обычно тормозной характер. Эти влияния обеспечиваются различными видами торможения. На всех уров­нях сенсорных систем существует латеральное торможение, ког­да возбужденные элементы (рецепторы, нейроны) через коллатерали затормаживают соседние структуры. Благодаря такому тор­мозному взаимодействию происходит ограничение рецептивных полей. Так, при раздражении и возбуждении од­них рецепторов на периферии в соседних рецепторах может возникать тормо­жение. Большое значение латеральное пресинаптическое торможение имеет для болевого раздражения, так как оно ослабляет болевые реакции организма. Возвратное торможение, которое вызывается возвратной коллатералью аксона нейрона, ограничивает верхний предел частоты импульсов при одновременном увеличении интенсивности стимула на входе. Так автоматически контролируется усиление реакции нейрона.

Периферический механизм саморегуляции рецепторов может осуществляться также через гуморальные компоненты. Например, аденозинтрифосфат, освобождающийся из нервных окончаний в результате их активации, может быть гуморальным фактором, ответственным за латеральное тор­можение механорецепторов кожи.

Существуют также вспомогательные механизмы регуляции активно­сти рецепторов без изменения их возбудимости. Например, расширение или сужение зрачка ведет к изменению активности фоторецепторов сетчатки за счет изме­нения величины светового потока, падающего на сетчатку.