Общие принципы строения сенсорных систем

Психическая деятельность человека — это работа двух механизмов: «... механизм образования временных связей между агентами внешнего мира и деятельности органа или механизма условных рефлексов ... и механизма анализаторов, т. е. таких приборов, которые имеют своей целью анализировать сложность внешнего мира, разлагать отдельные элементы и моменты».

В современном представлении анализаторы - сложные морфофункциональные структуры, воспринимающие и анализирующие раздражения из внешней и внутренней среды организма и формирующие ощущения.

Помимо зрительного, слухового, вкусового, обонятельного и осязательною (тактильного) анализаторов, соответствующих основным пяти органам чувств, в организме имеются вестибулярный, температурный анализаторы, анализаторы внутренних органов и др.

Как правило, их название определяется начальными структурами, воспринимающими действие раздражителя. Все анализаторы имеют единый принцип строения: они состоят из трех тесно связанных между собой отделов — периферического, проводникового и центрального.

Рецепторы являются периферическим звеном анализатора. Эти образования разви­лись в процессе эволюции и явились результатом избирательного повышения возбудимости некоторых клеток к какому-либо определенному виду энергии. Так, рецепторы, расположенные в области глаза, приобрели способность реагировать на ничтожно малую величину излучения. Рецепторы уха воспринимают воздействие, оказываемое вибрационным смещением порядка нескольких ангстрем.

Многие рецепторы сосредоточены в специальных органах (орган зрения, орган слуха), которые для облегчения восприятия раздражителей имеют ряд вспомогательных приспособлений.

Пороговые раздражители вызывают изменение проницаемости мембраны рецептора, перераспределение Na⁺ и К⁺ и возникновение биоэлектрического (рецепторного) потенциала нервного импульса, который затем по нервным волокнам передается в ЦНС. Информация о раздражителе передается в ЦНС главным образом при помощи частотно-сенсорного кода. В зависимости от биологического значения, силы и длительности действия стимула рецепторы по-разному формируют нервные биотоки, несущие эту информацию в виде импульсов разной частоты.

Проводниковая часть анализатора представлена чувствительным нервом и рядом подкорковых ядер, через которые проходит информация от рецепторов в кору больших полушарий. Посредником, в котором сходятся все раздражения от внешнего и внутреннего, является таламус. Сенсорные сигналы, видоизменяясь здесь и получая соответствующую эмоциональную окраску, направляются к подкорковым и корковым центрам, чтобы организм смог адекватно приспособиться к постоянно меняющейся среде. С функциональной точки зрения различают специфические и неспецифические ядра таламуса,

Специфические ядра таламуса своими волокнами достигают первичных (специфических) сенсорных областей коры больших полушарий и образуют синапсы на ограниченном участке ее клеток. При раздражении специфических ядер одиночными электрическими импульсами в соответствующих ограниченных областях коры быстро возникает реакция в виде первичного ответа.

Импульсы от неспецифических таламических ядер поступают одновременно в разные отделы больших полушарий. Ответная реакция имеет большой латентный период и возникает почти со всей поверхности коры, диффузно. Регистрируемые в клетке потенциалы имеют волнообразный характер. Это процесс вовлечения корковых отделов в реакцию на стимул.

Специфические ядра таламуса через ретикулярную формацию быстро и кратковременно стимулируют клетки коры, чем облегчают деятельность корковых нейронов при проведении к ним импульсов от специфических ядер.

Наиболее сложно устроена центральная часть анализатора. Она представлена сенсорной (чувствительной) областью коры больших полушарий, куда приходят афферентные волокна восходящих сенсорных путей. Центральная часть каждого анализатора расположена в определенном участке коры. Так, слуховой анализатор заканчивается в верхней височной извилине, зрительный - в средней части затылочной доли вокруг шпорной борозды и т. д.

Сенсорный код, сформировавшийся в начальной части анализатора, передается проводниковому отделу в чувствительную зону коры больших полушарий. Здесь возникает первичный сенсорный ответ — результат высшего наиболее тонкого анализа, осуществляемого корой головного мозга. Вследствие такого анализа создастся возможность узнавания того или иного предмета внешнего мира. Способность узнавания вырабатывается через условный рефлекс и совершенствуется по мере усложнения условно-рефлекторной деятельности.

Ощущение — отражение в коре головного мозга отдельных свойств предметов проективного мира, возникающее в результате непосредственного воздействия их на анализаторы. Согласно диалектико-материалистической теории отражения, ощущение это действительно непосредственная связь сознания с внешним миром – превращение энергии внешнего раздражения в факт сознания. Ощущение — исходный и неразложимый момент познания. Особенность ощущений - их модальность: ощущения, различные по качеству, не сравнимы между собой (осязательные, зрительные, слуховые, обонятельные, вкусовые, болевые, мышечно-суставные и др.). По своим физиологическим механизмам ощущение является целостным рефлекторным актом, объединяющим прямые и обратные связи в работе периферических и центральных отделов анализаторов.

Многообразие ощущений отображает качественное многообразие мира. Теория отображения рассматривает ощущения как копию действительности, как субъективный образ объективного мира. Будучи источником знаний человека об объективном мире, ощущения входят в качестве элемента в целостный процесс познания, включающий восприятие, которое является более сложным наглядно-образным отражением предметов и явлений, представлений, понятий.

Восприятие — сложный активный процесс, основанный на анализе и синтезе отдельных ощущений. В нем задействуются различные области коры, каждая из которых специализированно участвует в операциях приема, анализа, переработки и оценки поступающей информации. В первичных проекционных корковых зонах (корковый конец анализатора по И. П. Павлову) происходит прием и анализ отдельных признаков сигнала. Во вторичных проекционных зонах информация, поступающая из определенных анализаторов, синтезируется в сложные сенсорные комплексы. В зонах перекрытия анализаторов - активных областях коры - интегрируется возбуждение, приходящее из разных анализаторов и оно сличается с эталоном, сформированным на основе прошлого опыта. В этих областях осуществляется комплексная оценка поступающей информации, принимается решение. Происходит опознание стимула, определение его значимости.

Одновременно совершается тренировка анализаторных систем. Они приобретают способность к все более сложным восприятиям. Их тонкость и точность определяется комплексом факторов, важнейшими из которых являются увеличение площади зоны восприятия, усложнение функции специфической чувствительной зоны коры больших полушарий. Установлено, что площадь проекции отдельных рецепторных областей в коре зависит от степени профессиональной тренировки. Так, у композитора наиболее развита слуховая зона, у художника - зрительная и т. д.

Значительную роль в обеспечении тонкости восприятия раздражителя играют механизмы, дифференцирующие сенсорный код. Они создают возможность исключения несу­щественной информации о раздражителе и сосредоточения нервной деятельности на наиболее важных его свойствах. Способность к подобной «фильтрации» не является врожденной. Она совершенствуется при специальной тренировке. Отделение главных качеств раздра­жителя от второстепенных повышает абсолютную чувствительность анализатора.

Известно, что не всякий раздражитель, воздействующий на рецепторные окончания, способен вызвать ощущение. Минимальная сила раздражителя, при которой это происходит (нижний порог ощущения), будет тем меньше, чем более тренирован анализатор. В процессе тренировки повышается возможность улавливать минимальную разницу в интенсивности двух однородных раздражителей. Поэтому при направленном воздействии на анализаторы ребенка у него возникает возможность полнее и совершеннее воспринимать происходящие вокруг события, открывать прекрасное и удивительное, скрытое для несовершенных, нетренированных анализаторов. Особенно эта способность увеличивается в процессе учебы и труда.

Благодаря деятельности анализаторов происходит формирование целостного представления о предмете. Этот процесс можно представить следующим образом. В корковых отделах каждого анализатора имеются специализированные нейроны, реагирующие на отдельные простые (элементарные) признаки раздражителя: форму, цвет, величину, направление движения, включение и выключение и т. д. Далее в процессе обучения из простейших признаков складываются более сложные и с их помощью происходит опознание образа в целом. Полное представление о предмете (восприятие) создается в результате синтеза отдельных элементов (ощущений), на которые нервная система раскладывает стимул в ходе анализа.

Поскольку аналитико-синтетическая деятельность коры головного мозга каждого человека протекает по-своему и зависит от ряда причин, то наши представления об объективном мире носят субъективный характер.

Итак, анализ внешних сигналов начинается в рецепторе и параллельно с синтезом продолжается на разных уровнях центральной нервной системы. Это касается в равной степени безусловно- и условно-рефлекторных процессов. Однако для последних сущест­венное значение имеет участие коры больших полушарий, где происходит окончательный, наиболее точный и тонкий анализ и синтез раздражителей.

Свойства анализаторов

Важной особенностью анализаторов является их приспосабливаемость к действию постоянных раздражителей, или адаптация. Адаптация может быть связана со снижением чувствительности и с его повышением.

В первом случае при продолжительном действии раздражителя чувствительность к нему снижается или совсем исчезает. Благодаря такой адаптации мы не чувствуем прикос­новения одежды, обуви, очков и т. д.

Другая разновидность адаптации характеризуется повышением чувствительности к действию слабых раздражителей, примером чего может служить привыкание глаза к тем­ноте при переходе из ярко освещенной комнаты в полутемную. Впечатление полной тем­ноты, возникающее в первый момент, проходит, уступая место способности различать пред­меты и свободно ориентироваться. Аналогичная адаптация наблюдается и при действии шума или запахов.

Привыкание к действию раздражителя является общим свойством большинства ана­лизаторов. Исключение составляют интерорецепторы, от сохранения чувствительности которых зависит поддержание постоянства многих параметров внутренней среды. Поэтому их адаптация могла бы оказаться серьезной угрозой для жизнедеятельности организма.

Механизмы адаптации очень сложны. Они связаны с физиологическими процессами, протекающими в периферических и мозговых концах анализаторов. В основе адаптации лежат колебания лабильности нейронов головного мозга, которые регулируют возбудимость рецепторов. В процессах «настройки» возбудимости рецепторов участвуют также симпати­ческая нервная система, обладающая адаптационно-трофическим влиянием, и ретикуляр­ная формация.

Если в условиях эксперимента регистрировать импульсы с нервов, проводящих воз­буждение от рецепторов, можно обнаружить постепенное снижение частоты импульсов до их полного исчезновения, несмотря на непрерывное действие раздражителя. Это означает, что подача сигналов с рецепторов в мозг прекращается. Это происходит вследствие адапта­ции рецепторов.

Адаптация может сознательно усиливаться или ослабляться. Так, например, ребенок, в руках которого находится какой-то мелкий предмет, в силу наступившей адаптации нередко теряет его. Повышение возбудимости коры, наступающее в связи с событиями, которые сопровождают обнаружение потери, предупреждает развитие адаптации при по­вторном получении этого предмета.

Скорость адаптации различна для различных рецепторов, она наибольшая для рецеп­торов, воспринимающих прикосновение к коже, и наименьшая для рецепторов мышц. Малая скорость адаптации мышечных рецепторов позволяет нам совершать четкие и коор­динированные движения. Медленнее всего адаптируются рецепторы кровеносных сосудов и легких, что обеспечивает постоянную рефлекторную саморегуляцию кровяного давления и дыхания.

Адаптация отличается от утомления тем, что она быстро возникает после начала раз­дражения и сразу же проходит после его окончания.