Сравнение нейронного потока информации и потока информации при сознательном восприятии для пяти сенсорных систем

Семинарское занятие

Сенсорные системы

Вопросы для семинара по теме “Анатомия ифизиология сенсорных систем”

( Смотри главу 4 Фомин «Физиология человека»)

1.Главный принцип кодирования сенсорной информации.

2.Поясните уравнение R=KxJ

3.Что входит в состав анализатора? Что такое рецепторы?

4. Перечислить виды рецепторов.

5. Рецепторы по способу взаимодействия с раздражителями. Перечислить .Зарисовать рецепторы.

6. Свойства рецепторов.

7. Рецепторы кожи.

8. Теория специфичности рецепторов И. Мюллера.

9. Теория паттернов.

10. Мышечные веретёна.

11. Оптическая система глаза.

12. Рецепторная система роговицы.

13. Преломляющая сила глаза.

14. Нарушения преломляющей силы оптических сред. Перечислить, нарисовать.

15. Какими мышцами регулируется количество света?

16. Эффект увеличения светового потока.

17. Анализ световых ощущений.

18. Бинокулярное зрение.

19. Периферическое зрение.

20. Теория цветового зрения Юнга, Гельмгольца, Гранита.

21. Структурные основы звуковой рецепции.

22. Кортиев орган.

23. Максимальная частота генерации нервных импульсов на звук.

24. Фонемный образ.

25. Анализ запахов по фазам.

26. Вкус. Вкусовая почка.

27. Что входит в вестибулярную сенсорную систему и где она расположена?

28. Значение вестибулярной сенсорной системы в регуляции движений. На примере из своего вида спорта.

29. Слуховая и зрительная сенсорные коррекции движений. На примере из своего вида спорта.

30. Придатки кожи.

31. Молочные железы.

32. Температурные и болевые рецепторы.

33. Интерорецепторы и экстерорецепторы.

Все живые организмы нуждаются в информации об окружающей среде для поисков пищи и особей другого пола и при избегании разного рода опасностей. Для этого они должны ориентироваться в пространстве и оценивать его важнейшие свойства. Эту возможность обеспечивают сенсорные системы.

Перечислим их.

1. Зрительная сенсорная система

2. Слуховая

3. Тактильная

4. Вкусовая

5. Проприоцептивная, или скелетно-мышечная

6. Соматическая, или висцеральная

7. Вестибулярная

8. Гравитационная

9. Хеморецепторная

10. Ноцицепция, или болевая

11. Обоняние

Деятельность любой сенсорной системы начинается с восприятия рецепторами внешней для мозга физической и химической энергии. Трансформации ее в нервный импульс и передачи их в мозг через цепи нейронов. Образующих ряд уровней.

Рецепторам принадлежит важнейшая роль в получении информации о внешней и внутренней среде. Рецепторы представляют собой конечные специализированные образования. Предназначенные для трансформации энергии различных видов раздражителей в специфическую активность нервной системы. Рецепторные клетки отличаются от остальных по 2 параметрам. Энергия раздражителя служит для них лишь стимулом к запуску процессов, совершаемых за счет потенциальной энергии, которая накоплена вследствие обменных реакций в самой клетке. Во-вторых, рецепторная клетка обладает на выходе электрической энергией, обязательно передаваемой другим клеткам, которые сами не способны воспринимать энергию данного внешнего воздействия.

Основной структурной единицей большинства рецепторных аппаратов является клетка, снабженная волосками. Эти волоски представляют собой как бы подвижные антенны, действующие подобно усилителю по отношении к воспринимаемым раздражителям и участвующие в трансформации раздражителя в нервную сигнализацию. Пороги восприятия рецепторами адекватных стимулов чрезвычайно низки.

По характеру взаимодействия раздражителей всю совокупность рецепторов подразделяют на экстерорецепторы, воспринимающие раздражения внешних агентов, и интерорецепторы, сигнализирующие о раздражителях внутренней среды. У экстерорецепторов чрезвычайно выражена специализация. Поэтому их называют мономодальными. Большинство интерорецепторов являются полимодальными, т.е. способными реагировать не на один, а на несколько разных по модальности раздражителей. Исходя из различной модальности воспринимаемых ими раздражителей, рецепторы могут быть:

1. Механорецепторы. Они приспособлены к восприятию механической энергии. Они подразделяются на рецепторы кожи, сердечно-сосудистой системы, внутренних органов, опорно-двигательного аппарата.

2. Терморецепторы воспринимают тепло и холод. Это тепловые тельца Гольджи-Маццони и холодовые колбы Краузе. Например, у гремучих змей есть рецепторы непосредственно воспринимающие инфракрасное излучение.

3. Хеморецепторы чувствительны к действию различных веществ. У человека это периферические отделы обонятельной и вкусовой сенсорных систем.

4. Фоторецепторы воспринимают световую энергию. Они представлены колбочками и палочками сетчатой оболочки глаза.

5. Электрорецепторы чувствительны к действию электромагнитных колебаний.

6. Болевые (ноцицептивные) воспринимают болевые раздражения. Специальных болевых рецепторов нет. Боль воспринимают свободные в данный момент времени рецепторы.

На основании этого все рецепторы делятся на первичные, у которых восприятие действия адекватного стимула осуществляется непосредственно периферическим отростком сенсорного нейрона. Это биполярный нейрон, на одном полюсе которого расположен дендрит с ресничкой, на другом – центральный отросток – аксон, по которому возбуждение передается в центр. У вторичных рецепторов между окончаниями сенсорного нейрона и точкой приложения стимула располагается дополнительная специализированная клетка ненервного происхождения. Возбуждение, возникающее в рецептирующей клетке, передается через синапс на сенсорный нейрон.

По характеру связи с раздражителем различают дистантные рецепторы

(зрительные и слуховые) и контактные (тактильные).

Важнейшее свойство рецепторов – избирательная чувствительность к адекватным раздражителям.

Возбудимость рецептора измеряется минимальной величиной энергии адекватного раздражителя, которая необходима для возникновения возбуждения, т.е. порогом возбуждения.

Низкая величина порога существует для адекватных раздражителей.

Фундаментальным свойством всего живого является адаптация, т.е. приспособляемость к условиям внешней среды. Путем повышения возбуждения, т.е. снижения чувствительности рецепторов происходит приспособление к длительным монотонным раздражениям. По скорости адаптации рецепторы подразделяют на быстро адаптирующиеся (фазные) и медленно адаптирующиеся (тонические). Адаптация может сопровождаться как понижением, так и повышением возбудимости рецепторов.

Кодирование информации в сенсорных системах происходит несколькими способами:

1) изменением частоты импульсов

2) кодирование качества

3) кодирование интенсивности (числом и распределением нервных элементов)

4) пространственное кодирование

5) временное кодирование (сигнал, вызванный последующим стимулом, не попадает в рефрактерный период от предыдущего раздражения)

Чем больше интенсивность раздражителя, тем больше частота афферентных нервных импульсов и их количество.

Источник информации→передатчик(кодирование)→канал передачи→приемник (декодирование)→пользователь(адресат)

Письменный текст → клавиатура → символы стандартного кода в виде электрических сигналов в проводе → принтер телекса → читатель.

Речь→телефонный микрофон→напряжение в проводе или электромагнитные волны→телефонная трубка генерирует звуки речи→слушатель.

Сенсорный стимул→потенциалы действия рецепторов→нервные волокна→синапсы нейронов в ЦНС→центральная нервная система.

При кодировании, передаче и декодировании могут возникнуть помехи. В таких случаях некоторое количество информации. В технике способы защиты информации помех основаны на концепции избыточности. Чем избыточнее кодирование, тем сильнее защищено от помех передаваемое сообщение.

Сенсорная система	Число рецепторов	Число афферентов	Суммарная пропускная способность, бит/с	ЦНС	Пропускная способность психофизического канала, бит/с
Глаза	2х108	2х106		Обработка в ЦНС
Уши	3х104	2х106		Обработка в ЦНС
Кожа				Обработка в ЦНС
Вкус	3х107			Обработка в ЦНС	1(?)
запах	7х107			Обработка в ЦНС	1(?)

Мы воспринимаем в любой момент времени лишь крошечную долю проходящего на наши сенсорные органы потока информации об окружающем мире.

Т.о., информации должно быть избыточно, она должна поступать на адекватный рецептор, кодирование есть частотное и изменению числа и распределения импульсов.

Зрительная сенсорная система.

Служит для восприятия и анализа световых раздражений. Через зрение человек получает 80-90% всей информации об окружающем мире.

Зрительная сенсорная система состоит из:

1) периферического отдела – глаза, в котором находятся фоторецепторы (палочки и колбочки) и тела 1-х биполярных и 2-х узловых нейронов;

2) проводникового отдела – зрительного нерва (это 2-й нейрон) → зрительного тракта→ частично перекрещивающегося в хиазме → верхних холмиков среднего мозга (это 3-й нейрон), там находятся подкорковые центры зрения;

3) корковый отдел – 4-е нейроны находятся в затылочной области коры больших полушарий. Там совершается центральный анализ ощущений, опознавание и осмысливание ощущений.

Светопроведение и преломление (рефракция) света.

Глазное яблоко представляет собой шаровидную камеру, диаметр которой составляет 2-2,5 см, содержащую светопроводящие среды – роговицу, влагу передней камеры, хрусталик, и студенистую жидкость – стекловидное тело. Их назначение – преломлять световые лучи и фокусировать их в области расположения рецепторов на сетчатке. У глаза 3 оболочки. Наружная–склера, она непрозрачная, впереди переходит в прозрачную роговицу. Средняяоболочка – сосудистая, в передней части глаза образует ресничное тело и радужную оболочку. В середине радужки имеется отверстие – зрачок, он регулирует количество пропускаемых световых лучей. Радужка состоит из гладких мышц, идущих циркулярно и радиально, мышцы сокращаются непроизвольно. Внутренняя оболочка – сетчатка содержит палочки и колбочки, рецепторы, которые служат для преобразования световой энергии в нервное возбуждение. Палочки воспринимают свет, а колбочки – цвет. Светопреломление происходит в роговице и сетчатке глаза. Лучи, идущие из бесконечности через центр роговицы и хрусталика перпендикулярно к их поверхности, не преломляются. Все остальные лучи преломляются и сходятся внутри камеры глаза в одной точке – фокусе. Приспособление глаза к четкому видению различно удаленных предметов называется аккомодацией. Этот процесс осуществляется за счет изменения кривизны хрусталика. Ближняя точка ясного видения с возрастом отодвигается от 7 см в 7-10 лет до 75 см в 60 лет, возникает старческая гиперметропия (дальнозоркость). В норме длинник глаза соответствует преломляющей силе глаза. Но у 35-40% длинник больше нормы и фокусировка лучей происходит за сетчаткой, а изображение на сетчатке становится расплывчатым. Это – близорукость( миопия). В дальнозорком глазу, наоборот, длинник глаза меньше нормы и фокус располагается за сетчаткой. Исправить подобные нарушения зрения можно соответственно двояковогнутыми и двояковыпуклыми линзами.

Фоторецепция – это процесс преобразования световых раздражений в нервное возбуждение. Фоторецепция начинается в наружных сегментах этих клеток, где на специальных дисках, расположены молекулы зрительного пигмента (в палочках – родопсин, а в колбочках – его аналог). Под действием света происходит ряд очень быстрых превращений и обесцвечивание зрительного пигмента. В ответ на стимул эти рецепторы, формируют рецепторный потенциал в виде тормозных изменений на мембране клетки. Происходит гиперполяризация мембраны рецепторных клеток, а в темноте - их деполяризация, т.е. стимулом для них является темнота, а не свет. При этом в соседних клетках происходят обратные процессы, что позволяет отделить светлые и темные точки пространства. Палочки, рассеяны по периферии, их130 млн., а колбочки расположены в центре – 7 млн. Палочки обладают большей чувствительностью, являются органами сумеречного зрения. Они воспринимают черно-белое изображение. Колбочки представляют собой органы дневного цветового зрения. Существуют 3 разновидности колбочек: красного, зеленого и сине-фиолетового цвета. Комбинация возбуждения этих приемников разных цветов дают ощущения всей гаммы цветовых оттенков. При нарушении функции колбочек наступает цветовая слепота – дальтонизм. 8% мужчин болеют дальтонизмом, у женщин – 0,5%.

Важными характеристиками органа зрения являются острота зрения и поля зрения.

Остротой зрения называется способность различать отдельные точки (объекты). Она измеряется минимальным углом, при котором 2 точки воспринимаются как раздельные – это 0,5 угловой минуты. Остроты зрения зависит от густоты рецепторов, от четкости изображения на сетчатке, т.е. от преломляющих свойств глаза, от степени аккомодации, от величины зрачка. Поле зрения - это часть пространства, видимая при неподвижном положении глаза.

У человека зрение бинокулярное, т.е. зрение двумя глазами. Такое зрение позволяет предметы видеть объемно (стереоскопическое зрение). Глазодвигательный аппарат глаза имеет значение в восприятии скорости движений, которую человек оценивает по скорости перемещения изображения по сетчатке неподвижного глаза, и по скорости движения наружных мышц глаза при следящих движениях глаза. У каждого человека есть ведущий глаз, он обладает более высокой остротой зрения, мгновенным восприятием цвета, ощущением пространства.

Слух.

Слух служит для восприятия и анализа звуковых колебаний внешней среды.

Слуховая сенсорная система состоит из3 отделов:

1) периферический отдел – наружное, среднее и внутреннее ухо. Наружное ухо – это звукоулавливающий аппарат. Оно обеспечивает бинауральный слух. Среднее ухо – звукопроводящий аппарат – это полость, в которой расположены звуковые косточки, молоточек, наковаленка и стремечко, через Евстахиеву трубу среднее ухо связано с полостью глотки. Стремечко через перепонку овального окна колеблет занавеску, а она вызывает колебание жидкости – перилимфы. Внутреннее ухо - звуковоспринимающий аппарат. Оно расположено в пирамиде височной кости и состоит из улитки, с.2,5 спиральными завитками. Улитковый канал разделен двумя перегородками основной мембраной и вестибулярной мембраной (лестницей) на 3 узких хода: верхний (вестибулярная лестница), средний (перепончатый канал) и нижний (барабанная лестница). На вершине улитки есть отверстие, соединяющее верхний и нижний каналы в единый, идущий от овального окна к вершине улитки, и далее к круглому окну. Полость его заполнена жидкостью – эндолимфой. В среднем канале расположен звуковоспринимающий орган – Кортиев орган, в котором находятся механорецепторы звуковых колебаний – волосковые клетки.

2) проводниковый отдел – первый нейрон находится в спиральном узле улитки, получает возбуждение от рецепторов внутреннего уха, отсюда информация поступает по волокнам преддверно-улиткового нерва ко второму нейрону в продолговатый мозг и после перекреста волокон идет к нижним холмикам крыши среднего мозга, а часть к таламусу;

3) корковый отдел – 4 нейрон находится в слуховом поле височной извилины больших полушарий, где происходит обработка звуковой информации.

Восприятие звука основано на 2 процессах: 1)разделение звуков различной частоты по месту их наибольшего воздействия на основную мембрану улитки и 2)преобразование рецепторными клетками механических колебаний в нервное возбуждение. При различных по частоте звуках возбуждаются разные волосковые клетки, т.е. осуществляется пространственный код. Волосковые клетки погружены в покровную мембрану. При колебаниях основной мембраны начинают смещаться находящиеся в ней волосковые клетки и их волоски механически раздражаются покровной мембраной. В результате в волосковых рецепторах возникает процесс возбуждения, который по афферентным волокнам направляется к нейронам спирального узла улитки и далее в ЦНС. Есть костная и воздушная проводимость звука. Человек четко воспринимает от 15 до 20000 Гц (это 10-11 октав). Наилучшая чувствительность лежит в диапазоне от 1000 до 3000 Гц.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: