Анализаторы как органы ощущений
Каким же образом информация (сигналы, несущие определенные сведения) из внешнего мира поступает в мозг? Ведь мозг, как мы знаем, защищен прочной костной оболочкой черепа, изолирован от окружающей среды. Мозг не вступает в непосредственный контакт с окружающим миром, который вследствие этого не может непосредственно воздействовать на мозг. Как же мозг сообщается с внешним миром? Существуют специальные каналы связи мозга с внешним миром, по которым в мозг по ступает разнообразная информация. И. П. Павлов назвал их анализаторами.
Анализатор — сложный нервный механизм, который производит тонкий анализ окружающего мира, т. е. выделяет отдельные его элементы и свойства. Каждый вид анализатора приспособлен для выделения определенного свойства: глаз реагирует на световые раздражения, ухо — на звуковые, орган обоняния —на запахи и т. д.
Строение анализатора. Любой анализатор состоит из трех отделов: 1) периферического отдела, или рецептора (от латвийского .слова «реципио»— принимать), 2) проводникового и 3) мозгового, или центрального, отдела, представленного в коре головного мозга (рис. 16). .
К периферическому отделу анализаторов относятся рецепторы — органы чувств (глаз, ухо, язык, нос, кожа) и специальные рецепторные нервные окончания, заложенные в мышцах, тканях и внутренних органах тела. Рецепторы реагируют на определенные раздражители, на определенный вид физической энергии И преобразуют ее в биоэлектрические импульсы, в процесс возбуждения. Согласно учению И. П. Павлова, рецепторы — это по сути дела анатомо-физиологические трансформаторы, каждый из которых приспособлен, специализирован на улавливании только определенных раздражений, сигналов, исходящих из внешней или внутренней (организм) среды, и на переработке их в нервный процесс.
Проводниковый отдел, как показывает само название, Проводит нервное возбуждение от рецепторного аппарата к центрам головного мозга. Это центростремительные нервы.
Мозговой, или центральный, корковый, отдел — высший отдел анализатора. Он устроен очень сложно. Здесь осуществляются самые сложные функции анализа. Именно здесь возникают ощущения — зрительные, слуховые, вкусовые, обонятельные и т. д.
Механизм действия анализатора заключается в следующем. Предмет-раздражитель действует на рецептор, вызывая в нем физико-химический процесс раздражения. Раздражение трансформируется в физиологический процесс — возбуждение, которое передается в мозг. В корковой области анализатора на основе нервного процесса возникает психический процесс — ощущение. Так происходит «превращение энергии внешнего раздражения в факт сознания»[12].
Все отделы анализатора работают как единое целое. Ощущение не возникнет, если повреждена любая часть анализатора. Человек ослепнет и при разрушении глаза, и при повреждении зрительного нерва, и при нарушении работы мозгового отдела — центра зрения, даже если остальные две части зрительного анализатора будут полностью сохранны.
Поскольку мозг получает информацию и от внешнего мира, и от самого организма, анализаторы бывают внешние и внутренние. У внешних анализаторов рецепторы вынесены на поверхность тела. Внутренние анализаторы имеют рецепторы, расположенные во внутренних органах и тканях. Своеобразное положение занимает двигательный анализатор. Это анализатор внутренний, его рецепторы находятся в мышцах и дают информацию о сокращении мышц тела человека, но сигнализирует он и о некоторых свойствах предметов внешнего мира (через ощупывание, осязание их рукой).
Деятельность анализаторов и двигательная деятельность живого организма составляют неразрывное единство. Организм воспринимает сведения о состоянии и об изменениях в окружающей среде, и на основе этих сведений формируется биологически целесообразная деятельность организма.
Виды ощущений
В зависимости от характера раздражителей, воздействующих на данный анализатор, и от характера возникающих при этом ощущений различают отдельные виды ощущений.
Прежде всего следует выделить группу из пяти видов ощущений, которые являются отражением свойств предметов и явлений внешнего мира,— зрительные, слуховые, вкусовые, обонятельные и кожные. Вторую группу составляют три вида ощущений, отражающих состояние организма,— органические, ощущения равновесия, двигательные. Третью группу составляют два вида особых ощущений—осязательные и болевые, которые представляют собой либо комбинацию нескольких ощущений (осязательные.), либо ощущения различного происхождения (болевые).
Зрительные ощущения. Зрительные ощущения — ощущения света и цвета — играют ведущую роль в познании человеком внешнего мира. Ученые установили, что от 80 до 90 процентов информации от окружающего мира поступает в мозг через зрительный анализатор, 80 процентов всех рабочих операций осуществляется под зрительным контролем. Благодаря зрительным ощущениям мы познаем форму и цвет предметов, их размеры, объем, удаленность. Зрительные ощущения помогают человеку ориентироваться в пространстве, координировать движения. С помощью зрения человек учится читать и писать. Книги, кино, театр, телевидение раскрывают нам весь мир. Недаром великий естествоиспытатель Гелъмгольц считал, что из всех органов чувств человека глаз — наилучший дар и чудеснейшее произведение творческих сил природы.
Зрительные ощущения возникают в результате воз действия световых лучей (электромагнитных волн) на чувствительную часть нашего глаза. Светочувствительным органом глаза является сетчатка. Свет воздействует на находящиеся в сетчатке светочувствительные клетки двух типов— палочки та. колбочки (рис. 17) названные так за их внешнюю форму. Световое раздражение преобразуется в нервный процесс, который по зрительному нерву передается в зрительный центр коры в затылочной части мозга. Количество светочувствительных клеток в сетчатке очень вели ко — около 130 миллионов палочек и 7 миллионов колбочек.
Палочки значительно более чувствительны к свету, нежели колбочки, но зато колбочки дают возможность различать все богатство оттенков цвета, палочки же этого лишены. При дневном освещении активны только колбочки (для палочек такой свет слишком ярок) —в результате мы видим цвета (возникает ощущение хроматических цветов, т. е. всех цветов спектра). При слабом освещении (в сумерки) колбочки прекращают работу (света для них недостаточно), и зрение осуществляется только аппаратом палочек — человек видит в основном серые цвета (все переходы от белого до черного, т. е. ахроматические цвета). Есть заболевание, при котором нарушается работа палочек и человек очень плохо или ничего не видит в сумерки и ночью, а днем его зрение остается относительно нормальным. Эта заболевание называется «куриная слепота», так как куры, голуби не имеют палочек и в сумерки почти ничего не видят. Совы, летучие мыши, наоборот, имеют в сетчатке только палочки — днем эти животные почти слепы.
Цвет различно влияет на самочувствие и работоспособность человека. Установлено, например, что оптимальная окраска рабочего места может повысить производительность труда на 20— 25 процентов. Различно влияет цвет и на успешность учебной работы. Наиболее оптимальный цвет для окраски стен учебных помещений оранжево-желтый, создающий бодрое, приподнятое настроение, и зеленый, создающий ровное, спокойное настроение. Красный цвет возбуждает; темно-синий угнетает; и тот и другой утомляют глаза.
Раздражителем для зрительного анализатора являются световые волны с длиной волны от 390 до 760 миллимикрон (миллионные доли миллиметра). Ощущение разного цвета вызывается различной длиной волны. Свет с длиной волны около 700 миллимикрон дает ощущение красного, 580 миллимикрон — желтого, 530 миллимикрон — зеленого, 450 миллимикрон — синего и 400 миллимикрон — фиолетового цвета.
В некоторых случаях у людей наблюдаются нарушения нормального цветоощущения (примерно у 4 процентов мужчин и 0,5 процентов женщин). Причина — наследственность, заболевания и травма глаз. Чаще всего встречается красно-зеленая слепота, называемая дальтонизмом (по имени Дальтона, впервые описавшего это явление). Дальтоники не различают красный и зеленый цвет, воспринимают их как грязно-желтый цвет, удивляясь, почему остальные люди обозначают этот цвет двумя словами. Дальтонизм—серьезный недостаток зрения, который надо учитывать ври выборе профессии. Дальтоники не могут быть
допущены ко всем профессиям водительского тина (шоферы, машинисты, летчики), не могут быть .художниками-живописцами, модельерами. Очень редко встречается полное отсутствие чувствительности к хроматическим цветам: такому человеку все пред меты кажутся окрашенными в серые цвета, только разной свет лоты (небо светло-серое, трава серая, красные цветы — темно-серые, как в черно-белом кинофильме).
Ощущение цвета отличается по светлоте, зависящей от количества света, который отражается или поглощается поверхностью окрашенных предметов. Поверхности, окрашенные в голубой и желтый цвет, лучше отражают световые лучи, чем окрашенные в зеленый или красный цвет. Черный бархат отражает лишь 0 03 процента света, в то время как белая бумага — 85 процентов падающего света.
Если окрасить секторы круга в семь основных цветов спектра, то при быстром вращении круга все цвета сольются и круг покажется серым. Это происходит потому, что возникающий, в зрительном анализаторе образ отдельных цветов спектра не сразу исчезает после прекращения действия раздражителя. Он продолжает сохраняться некоторое время (около 1/5 с) в виде так называемого последовательного образа. Таким образом исчезает ощущение мелькания отдельных раздражителей и происходит их слияние. На этом основано демонстрирование кинофильмов, где скорость 24 кадра в секунду воспринимается как оживший рисунок.
Человек способен видеть предметы, находящиеся на различном расстоянии от глаза. Оптические свойства глаза меняются при переходе от свободного смотрения вдаль к рассматриванию близких предметов. Эта способность глаза приспосабливаться к ясному видению различно удаленных предметов называется аккомодацией глаза.
Чем меньше света, тем хуже видит человек. Поэтому, нельзя читать при плохом освещении. В сумерки необходимо раньше включать электрическое освещение, чтобы не вызывать излишнее напряжение в работе глаза, что может быть вредным для зрения, способствовать развитию близорукости у школьников.
О значении условий освещения в происхождении близорукости говорят специальные исследования: в школах, расположенных на широких улицах, близоруких обычно меньше, чем в школах, находящихся на узких улицах, застроенных домами. В школах, где отношение площади окон к площади пола в классах было равно 15 процентам, близоруких оказалось больше, чем к школах, где это отношение было равно 20 процентам.
Слуховые ощущения. Раздражителем для слухового анализа тора являются звуковые волны — продольные колебания частиц воздуха, распространяющиеся во все стороны от источника звука. Когда воздушные колебания попадают в ухо, они вызывают колебания барабанной перепонки. Колебание последней через сред нее ухо передается во внутреннее ухо, в котором находится особый аппарат — улитка — для восприятия звуков. Орган слуха человека реагирует на звуки в пределах от 16 до 20000 колебаний в секунду. Наиболее чувствительно ухо к звукам около 1000 колебаний в секунду.
Мозговой конец слухового анализатора находится в височных долях коры. Слух, как и зрение, играет большую роль в жизни человека. От слуха зависит способность речевого общения. При потере слуха люди обычно теряют и способность говорить. Речь можно восстановить, но уже на основе мышечного контроля, который в данном случае заменит слуховой контроль. Это осуществляется путем специального обучения. Поэтому некоторые слепо-глухие владеют удовлетворительной разговорной речью, совершенно не слыша звуков.
Различают три характеристики слуховых ощущений. Слуховые ощущения отражают высоту звука, которая зависит от частоты колебаний звуковых волн, громкость, которая зависит от амплитуды их колебаний, и тембр — отражение формы колебаний звуковых волн. Тембр звука—это качество, которое отличает звуки, равные по высоте и громкости. Разными тембрами отличаются друг от друга голоса людей, звуки отдельных музыкальных инструментов.
Все слуховые ощущения можно свести к трем видам —речевые, музыкальные и шумы. Музыкальные звуки — пение и звуки большинства музыкальных инструментов. Примеры шумов — шум мотора, грохот движущегося поезда, треск пишущей машинки и т. п. В звуках речи сочетаются музыкальные звуки (гласные) и шум».{согласные).
У человекадовольно быстро развивается фонематический слух на звуки родного языка. Чужой язык воспринимать труднее, так как каждый язык отличается своими фонематическими при знаками. Ухо многих иностранцев просто не различит слова «Пыл», «пыль», «пил» — слова для русского уха совсем несхожие. Житель Юго-Восточной Азии не услышит разницы в словах «сапоги» и «собаки».
Сильный и продолжительный шум вызывает у людей значительные потери нервной энергии, наносит ущерб сердечно-сосудистой системе — появляется рассеянность, понижается слух, работоспособность, наблюдаются нервные расстройства. Отрицательно влияет шум на умственную деятельность. Поэтому у нас в стране проводятся специальные мероприятия по борьбе с шумом. В частности, в ряде городов запрещено подавать без нужды автомобильные и железнодорожные сигналы, запрещено нарушать тишину после 11 часов вечера.
Вкусовые ощущения.Вкусовые ощущения вызываются действием на вкусовые рецепторы веществ, растворенных в слюне или воде. Сухой кусок сахара, положенный на сухой язык, ни каких вкусовых ощущений не даст.
Вкусовыми рецепторами являются вкусовые почки, расположенные на поверхности языка, глотки и нёба. Их четыре вида; соответственно имеются четыре элементарных вкусовых ощущения: ощущение сладкого, кислого, соленого и горького: Разнообразие вкуса зависит от характера сочетания указанных качеств и от присоединения к вкусовым ощущениям обонятельных ощущений: соединяя в разной пропорции сахар, соль, хинин и щавелевую кислоту удалось смоделировать некоторые из вкусовых ощущений.
Обонятельные ощущения. Органами обоняния являются обонятельные клетки, расположенные в носовой полости. Раздражителями для обонятельного анализатора служат частицы пахучих веществ, которые попадают в носовую полость вместе с воздухом.
У современного человека обонятельные ощущения играют сравнительно незначительную роль. Но при поражении слуха и зрения обоняние наряду с другими оставшимися неповрежденными анализаторами приобретает особо важное значение. Слепо глухие пользуются обонянием, как зрячие пользуются зрением: определяют по запахам знакомые места и узнают знакомых людей.
Кожные ощущения. Различают два вида кожных ощущений — тактильные (ощущения прикосновения) и температурные (ощущения тепла и холода). Соответственно на поверхности кожи имеются разные виды нервных окончаний, каждый из которых Дает ощущение только прикосновения, Только холода, только тепла. Чувствительность разных участков кожи к каждому из этих видов раздражений различна. Прикосновение больше всего ощущается на кончике языка и на кончиках пальцев; спина менее чувствительна к прикосновению. К воздействию тепла и холода наиболее чувствительна кожа тех частей тела, которые обычно прикрыты одеждой.
Своеобразный вид кожных ощущений — вибрационные ощущения, возникающие при воздействии на поверхность тела колебаний воздуха, производимых движущимися или колеблющимися телами. У нормально слышащих людей этот вид ощущений развит слабо. Однако при потере слуха, особенно у слепо-глухих, этот вид ощущений заметно развивается и служит для ориентировки таких людей в окружающем мире. Посредством вибрационных ощущений они чувствуют музыку, даже узнают знакомые мелодии, чувствуют стук в дверь, переговариваются, выстукивая ногой азбуку Морзе и воспринимая сотрясения пола, на улице узнают о приближающемся транспорте и т, д.
Органические ощущения, К органическим ощущениям относятся ощущения голода, жажды, сытости, тошноты, удушья и т. д. Соответствующие рецепторы находятся в стенках внутренних органов: пищевода, желудка, кишечника. При нормальной работе внутренних органов отдельные ощущения сливаются в одно ощущение, составляющее общее самочувствие человека.
Ощущения равновесия. Орган ощущения равновесия — вестибулярный аппарат внутреннего уха, дающий сигналы о движении и положении головы. Нормальная деятельность органов равновесия очень важна для человека. Например, при определении пригодности к специальности летчика, особенно летчика-космонавта, всегда проверяют деятельность органов равновесия. Органы равновесия тесно связаны с другими внутренними органами. При сильном перевозбуждении органов равновесия наблюдается тошнота и рвота (так называемая морская или воздушная болезнь). Однако при регулярной тренировке устойчивость органов равновесия значительно возрастает.
Двигательные ощущения. Двигательные, или кинестетические, ощущения — это ощущения движения и положения частей тела. Рецепторы двигательного анализатора расположены в мышцах, связках, сухожилиях, суставных поверхностях. Двигательные ощущения сигнализируют о степени сокращения мышц и о положении частей нашего тела, о том, например, насколько согнута рука в плечевом, локтевом суставе и т. п.
Осязательные ощущения. Осязательные ощущения представляют собой комбинацию, сочетание кожных и двигательных ощущений при ощупывании предметов, т. е. при прикосновении к ним движущейся руки. Осязание имеет большое значение в трудовой деятельности человека, особенно при выполнении трудовых операций, требующих большой точности. С помощью осязания ощупывания происходит познание маленьким ребенком мира. Это один из важных источников получения информации об окружающих его предметах.
У людей, лишенных зрения, осязание — одно из важнейших средств ориентировки и познания. В результате упражнений оно достигает большого совершенства. Такие люди могут ловко чистить картофель, вдевать нитку в иголку, заниматься лепкой несложным конструированием, даже шитьем.
Болевые ощущения. Болевые ощущения имеют различную природу. Во-первых, существуют специальные рецепторы («точки боли»), расположенные на поверхности кожи и во внутренних органах и мышцах. Механическое повреждение кожи, мышц, заболевания внутренних органов дают ощущение боли. Во-вторых, ощущения боли возникают при действии сверхсильного раздражителя на любой анализатор. Ослепляющий свет, оглушающий звук, сильный холод или тепловое излучение, очень резкий за пах вызывают и болевое ощущение.
Болевые ощущения очень неприятны, но они наш надежный страж,, предупреждающий нас об опасности, сигнализирующий о неблагополучии в организме. Если бы не боль, человек частой не замечал бы серьезного недомогания или опасных повреждений. Не даром древние греки говорили: «Боль —это сторожевой пес здоровья». Полная нечувствительность к боли — редка» аномалия, и она приносит человеку не радость, а серьезные неприятности.