В чем выражается специализация рецепторов и органов чувств кратко
Обновлено: 02.07.2024
Сенсорная система ( анализатор ) — совокупность структур нервной системы, осуществляющих приём, обработку информации определённого вида и формирование ощущений.
Все анализаторы построены по единому принципу — в их состав входят периферический, проводниковый и центральный отделы.
Рецепторы — нервные окончания или чувствительные клетки, преобразующие внешний сигнал в нервные импульсы.
Проводниковый отдел доставляет информацию к головному мозгу и представлен чувствительными нервными волокнами.
Центральный отдел анализатора обеспечивает анализ поступившей информации и преобразование её в ощущения. Центральный отдел располагается в коре больших полушарий головного мозга.
слух человек может потерять не только из-за болезни уха, но также и при повреждении слухового нерва или нарушении функций слуховой зоны коры больших полушарий.
В состав органов чувств входят рецепторы и вспомогательные структуры. Так, орган зрения состоит из глазного яблока (в нём расположены зрительные рецепторы) и век, ресниц, слёзных желез (выполняют защитную функцию).
Сенсорные системы. Органы чувств. Физиология органов чувств. Функции сенсорных систем. Сенсорное восприятие. Этапы сенсорного восприятия.
Все сенсорные системы состоят из периферических рецепторов, проводящих путей и переключательных ядер, первичных проекционных областей коры и вторичной сенсорной коры. Сенсорные системы организованы иерархически, т. е. включают несколько уровней последовательной переработки информации. Низший уровень такой переработки обеспечивают первичные сенсорные нейроны, которые расположены в специализированных органах чувств или в чувствительных ганглиях и предназначены для проведения возбуждения от периферических рецепторов в центральную нервную систему. Периферические рецепторы — это чувствительные высокоспециализированные образования, способные воспринять, трансформировать и передать энергию внешнего стимула первичным сенсорным нейронам.
Центральные отростки первичных сенсорных нейронов оканчиваются в головном или спинном мозге на нейронах второго порядка, тела которых расположены в переключательном ядре. В нем имеются не только возбуждающие, но и тормозные нейроны, участвующие в переработке передаваемой информации. Представляя более высокий иерархический уровень, нейроны переключательного ядра могут регулировать передачу информации путем усиления одних и торможения или подавления других сигналов. Аксоны нейронов второго порядка образуют проводящие пути к следующему переключательному ядру, общее число которых обусловлено специфическими особенностями разных сенсорных систем. Окончательная переработка информации о действующем стимуле происходит в сенсорных областях коры.
Сенсорные системы человека обеспечивают:
1) формирование ощущений и восприятие действующих стимулов;
2) контроль произвольных движений;
3) контроль деятельности внутренних органов;
4) необходимый для бодрствования человека уровень активности мозга.
Ощущение представляет собой субъективную чувственную реакцию на действующий сенсорный стимул (например, ощущение света, тепла или холода, прикосновения и т. п.). Однородные сенсорные стимулы активируют одну из сенсорных систем и вызывают субъективно одинаковые ощущения, совокупность которых обозначается термином модальность. Самостоятельными модальностями являются осязание, зрение, слух, обоняние, вкус, чувство холода или тепла, боли, вибрации, ощущение положения конечностей и мышечной нагрузки. Внутри модальностей могут существовать разные качества, или субмодальности; например, во вкусовой модальности различают сладкий, соленый, кислый и горький вкус. На основе совокупности ощущений формируется чувственное восприятие, т. е. осмысление ощущений и готовность их описать. Восприятие не является простым отражением действующего стимула, оно зависит от распределения внимания в момент его действия, памяти о прошлом сенсорном опыте и субъективного отношения к происходящему, выражающегося в эмоциональных переживаниях.
Сенсорное восприятие включает следующие этапы:
1) действие раздражителя на периферические рецепторы;
2) преобразование энергии стимула в электрические сигналы — потенциалы действия, возникающие в первичном сенсорном нейроне;
3) последующую переработку передаваемых сигналов на всех иерархических уровнях сенсорной системы;
4) возникновение субъективной реакции на раздражитель, представляющей собой восприятие или внутреннее представительство действующего стимула в виде образов или словесных символов.
Указанная последовательность соблюдается во всех сенсорных системах, отражая иерархический принцип их организации.
Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.
Рецептор — орган, специально приспособленный для рецепции раздражений, легче, чем прочие органы или нервные волокна, поддается раздражению; он отличается особенно низкими порогами раздражения, т. е. его чувствительность, обратно пропорциональная порогу, особенно высока. В этом первая особенность рецептора как специализированного аппарата: обладая особенно большой чувствительностью, он специально приспособлен для рецепции раздражений.
При этом рецепторы приспособлены для рецепции не любых раздражителей. Каждый рецептор специализируется применительно к определенному раздражителю. Так, образуются тангорецепторы, приспособленные к рецепции прикосновения, густорецепторы — для рецепции вкусовых раздражении, стиборецепторы — для обонятельных, приспособленные для рецепции звука и света фонои фоторецепторы.
Таким образом, специальная приспособленность к рецепции раздражений, выражающаяся в особо высокой чувствительности, — во-первых, и приспособленность к рецепции специальных раздражителей, т. е. специализация рецепторов по виду раздражителей, — во-вторых, составляют основные черты, характеризующие рецепторный аппарат.
Мы много говорили о регуляции функций клеток и организма. Теперь попытаемся сопоставить механизмы работы анализатора и регуляции функций организма, рассмотрев схему на рисунке 1.5.24. В ней обобщены механизмы работы органов и систем органов, по П.К. Анохину (теория функциональных систем) и К.В. Судакову (система регуляции артериального и осмотического давления). Проследив по рисунку за направлением светлых стрелок, можно отметить однонаправленность и последовательность процессов регуляции, а также замкнутость контура системы.
Рисунок 1.5.24. Схема информационной системы регуляции функций организма
Прежде чем рассматривать механизмы обработки информации, вспомним несколько определений и будем периодически возвращаться к этому рисунку. Анализатор (выделен на схеме темным фоном) – совокупность центральных и периферических образований, воспринимающих и анализирующих изменения окружающей среды и внутренней среды организма. По функциональному значению выделяют периферический (воспринимающий), проводниковый (передающий информацию) и центральный, или корковый (расположенный в коре полушарий головного мозга) отделы анализатора. Периферический отдел анализатора представлен рецепторами (рисунок 1.5.24 и 1.5.25). Отметим, что органы чувств (раздел 1.5.2.10) по сути – те же рецепторы, реагирующие на определенные внешние стимулы. Рецепторы улавливают изменения показателей текущего состояния, а затем проводят первичный анализ информации: сравнивают полученные значения с генетически запрограммированными, заданными как эталон (норма). Другими словами, они выдают информацию о разности текущего и заданного значений параметра. Специфичность рецепторов заключается в их способности воспринимать раздражитель только определенного вида. Например, зрительный рецептор воспринимает только электромагнитные волны с длиной волны 390-760 нанометров (свет, цвет), слуховые рецепторы – только звуковые волны в диапазоне от 16 Герц до 20 000 Герц, вкусовые и обонятельные рецепторы фиксируют химический состав пищи или вдыхаемого воздуха и так далее.
Как объяснить такую “узкую специализацию” органов чувств и рецепторов вообще? Согласно одной из теорий, вынужденные колебания светового луча порождают резонансные колебания только рецепторов сетчатки. Другие рецепторы (обоняния, вкуса, тактильные и другие) имеют иные частоты собственных колебаний и поэтому на световой луч не реагируют (не вступают в резонанс). В зависимости от источника стимулов (возмущающих воздействий), на которые реагирует рецептор, различают три группы рецепторов (рисунок 1.5.25).
Рисунок 1.5.25. Классификация рецепторов
Экстерорецепторы (от латинского exterus – находящийся снаружи, внешний) воспринимают раздражение извне: звук, свет, запах, вкус, прикосновение, боль, температуру окружающих предметов и другие характеристики. Проприорецепторы (от латинского proprius – собственный) улавливают изменения в состоянии опорно-двигательного аппарата. Они воспринимают сокращение мышечных волокон, натяжение сухожилий и связок, положение отдельных частей тела (согнута в колене нога, поднята вверх рука и так далее). Интерорецепторы (от латинского interior – внутренний) располагаются во внутренних органах, тканях, в стенках кровеносных и лимфатических сосудов. Интерорецепторы регистрируют изменение химического состава (например, уровень глюкозы в крови или соляной кислоты в желудочном соке), давление, механические и другие изменения характеристик внутренней среды организма.
Полученная информация через проводниковое звено анализатора посредством нервной, гормональной, метаболической и миогенной систем регуляции (рисунок 1.5.24) передается в центры головного мозга и, в частности, лобные доли коры полушарий, отвечающие за сознание. Информация анализируется, после чего вырабатывается управляющий сигнал, поступающий посредством нервных, гормональных, метаболических и миогенных механизмов к эффекторам. Эффекторы здорового организма под влиянием управляющего воздействия корригируют параметры текущего состояния, подстраивая их до нормальных (эталонных) значений, что фиксируется рецепторами. Круг замкнулся. Отметим, что внешние факторы могут оказывать воздействие (показано темными стрелками) на любое из звеньев механизма регуляции и влиять (негативно или позитивно) на результат – значение исследуемого параметра.
Как осуществляется процесс передачи информации? Как некий объект окружающей среды оставляет “отпечаток” в нашем сознании? Где хранится архив таких “отпечатков”? Попробуем ответить на эти вопросы.
В ответ на раздражение в рецепторах кодируется качественная характеристика раздражителя (свет, звук), сила, время и локализация его действия, а также месторасположение источника воздействия в окружающем пространстве. Например, свойства предмета (форма, цвет, размер, удаленность объекта), попавшего в наше поле зрения, в рецепторах сетчатки кодируются в результате фотохимических реакций, а затем перекодируются в электрический импульс нервного волокна. В проводниковом отделе анализатора при передаче сигнала от одного нейрона к другому происходит смена информационного кода. Поясним это на примере. Электрический сигнал мембранного потенциала при “переключении” в синапсе преобразуется в химический (выделение определенной “порции” медиатора) и наоборот, во втором нейроне химический сигнал вызывает электрический импульс. Таким образом, информация о внешнем стимуле многократно кодируется и перекодируется, пока сигнал возбуждения не достигнет центрального (коркового) отдела анализатора. Отметим, что смысловое значение передаваемого сигнала обычно остается прежним, и лишь при определенных негативных обстоятельствах содержание информации может искажаться в большей или меньшей степени.
Информация об объекте в процессе восприятия, передачи и обработки сигнала многократно кодируется и перекодируется. При этом смысловое значение информации обычно сохраняется.
Для каждого раздражителя эволюция нашла свой оптимальный способ передачи информации. Для многих периферических нервных волокон была установлена логарифмическая зависимость между интенсивностью раздражителя и частотой вызываемых им вынужденных колебаний. Существует множество моделей, описывающих механизм передачи информации в нейронных сетях.
В процессе передачи информации могут принимать участие одновременно множество рецепторов и нервных волокон (рисунок 1.5.26). На роль ансамбля нейронов в кодировании и передаче информации в человеческом организме впервые указал Д. Хебб. Ансамбль нейронов – это группа нейронов, имеющая общий для них раздражитель. Д. Хебб высказал предположение, что информация передается исключительно через возбуждение группы нейронов, он предложил рассматривать ансамбль нейронов в качестве основного способа кодирования и передачи информации. Разные наборы возбужденных нейронов одного и того же ансамбля соответствуют разным параметрам раздражителя. То же происходит и с эфферентными (центробежными) сигналами. Разные наборы сигналов эфферентных звеньев соответствуют разным реакциям эффекторов. Такой способ передачи информации вполне надежен, так как не зависит от состояния одного нейрона.
Особый принцип обработки информации вытекает из детекторной теории. Он получил название принципа кодирования информации номером детектора (детекторного канала). Передача информации по номеру канала (термин предложен Е.Н. Соколовым) означает, что сигнал следует по цепочке нейронов, конечное звено которой представлено нейроном-детектором простых и сложных признаков, избирательно реагирующим на определенный физический признак или их комплекс. Такой подход присутствовал уже в опытах И.П. Павлова с кожными анализаторами собаки. Раздражение некоторого участка кожи вызывало очаг возбуждения в строго определенном участке коры головного мозга, отвечающий за соматические раздражения (раздражение участков тела).
Нейрон-детектор представляет вершину иерархически организованной нейронной сети (ансамбля нейронов). На более высоком уровне несколько нейронов сходятся на одном нейроне-детекторе, образуя его локальную нейронную сеть (рисунок 1.5.26). Величина возбуждения, возникающего в ансамбле нейронов и переданного на детектор, характеризуется силой возбуждения и его направленностью в виде суперпозиции возбуждений внутри ансамбля нейронов.
Несмотря на большие успехи, достигнутые при изучении нейронных процессов и функций различных групп нейронов, современная наука располагает значительно меньшими данными об интегративных механизмах мозга. Следует остановиться на понятии гностической единицы – нейроне более высокого порядка, на котором сходятся нейроны-детекторы. Возникновение в сознании целостного субъективного образа предмета связано с пирамидой последовательных нейронных преобразований, вершиной которой является операция, выполняемая гностической единицей (Е.Н. Соколов, 1996). Отдельным зрительным образам соответствуют отдельные гностические единицы. Они избирательно реагируют на сложные изображения (например, лица, жесты).
В итоге, поступающая в виде нервных импульсов информация перекодируется в структурные и биохимические реакции в гностических единицах. В коре головного мозга осуществляется высший анализ и синтез поступившей информации. Анализ заключается в том, что с помощью возникающих ощущений мы различаем действующие раздражители качественно (свет, звук, тепло и другие характеристики) и количественно (сила, продолжительность и локализация действия раздражителя), а также определяем месторасположение источника звука, света или запаха. Синтез реализуется в 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.
Если информация о предмете или явлении поступает в корковый отдел анализатора впервые, то формируется образ нового предмета, явления благодаря взаимодействию нескольких анализаторов. Но и при этом идет непрерывное сопоставление поступающей информации со следами памяти о других подобных предметах и явлениях. Поступившая в виде нервных импульсов информация кодируется в мозге с помощью механизмов долговременной памяти. Выделенные элементарные признаки синтезируются в долговременной памяти в передневентральной височной коре на гностических нейронах. Выполняется принцип:
Отображение воспринимаемого объекта в гностической единице характеризуется высокой степенью абстракции. При изменении размера, ориентации, цвета объекта гностический нейрон продолжает сохранять избирательность своей реакции на прежний объект. Осознание объекта в процессе его восприятия связывают с дополнительным свойством пирамиды образов. Оно реализуется механизмом синхронизации электрической активности мозга в диапазоне гамма-частот.
Читайте также: