Введение в физиологию сенсорных систем
Лекция № 1 (2 часа)
Тема: Общая характеристика зрительной сенсорной системы
План
1.Обработка соматической сенсорной информации в коре больших полушарий.
2.Введение в анатомию и физиологию сенсорных систем.
3.Зрительная сенсорная система.
Обработка соматической сенсорной информации в коре больших полушарий
Информация от нейронов таламуса первоначально поступает в две проекционные соматосенсорные зоны коры больших полушарий (S-1 и S-2). В частности, от нейронов вентробазального комплекса информация направляется (контрлатерально) в первую проекционную зону, которая у приматов и человека находится в постцентральной извилине (S-1), а у собак и кошек - соответственно в венечной и посткруциатной извилине. От нейронов задней группы ядер таламуса информация преимущественно поступает (контрлатерально и ипсилатерально) во вторую проекционную соматосенсорную зону коры (S-2), которая расположена в области сильви-евой борозды (рядом со слуховой зоной). От этих двух проекционных соматосенсорных зон информация поступает в передние и задние ассоциативные зоны коры.
У человека первая проекционная соматосенсорная область, локализованная в постцентральной извилине (первичные зоны - 1-е и 3-е поля по Бродману, вторичные зоны - 2-е и 5-е поля), является, по сути, местом окончания лемнискового пути и ядром тактильного анализатора. Она отличается от других областей коры очень высокой степенью топографической организации (проекции различных областей поверхности тела на соматосенсорную кору осуществляются по принципу "точка в точку"). Такое явление называют соматотопией, или топографическим представительством. О наличии соматотопии свидетельствует тот факт, что при раздражении поверхности кожи короткими точечными прикосновениями первичный ответ в соматосенсорной коре локализуется в строго ограниченном участке. Показано, что размеры представительства соответствующих участков поверхности кожи у человека и приматов в постцентральной извилине связаны не с величиной поверхности их тела, а зависят от биологической значимости информации, воспринимающейся тем или иным участком кожи. Например, у человека представительство губ, лица и кистей рук в этой зоне по площади намного больше, чем представительство туловища и нижних конечностей. Это дает специфический рисунок сенсорного "гомункулюса" - отражения тела человека в постцентральной извилине. Характер этого рисунка свидетельствует о высокой чувствительности и тонком различении для этих частей тела, а также их биологической значимости.
|
|
|
Анализ информации от тактильных рецепторов в этой первой первичной соматосенсорной зоне осуществляется нейронами, объединенными в вертикальные колонки, которые можно рассматривать как своеобразные функциональные единицы, или блоки коры. Каждая колонка, получая информацию от рецепторов одной и той же модальности, находящихся на одном и том же рецептивном поле кожи, проводит этот анализ с участием специализированных нейронов, число которых в колонке достигает 105. Каждый из этих нейронов "настроен" на определенный признак, наличие которого в поступающей информации вызывает возбуждение соответствующего нейрона. Благодаря деятельности колонок мозг получает информацию обо всех свойствах стимула, воздействующего на соответствующий участок кожи.
|
|
|
Во вторую соматосенсорную зону коры больших полушарий (S-2), расположенную в области сильвиевой борозды вблизи от слуховой зоны (40-е и 51-е поля), поступают импульсы от тактильных рецепторов кожи "своей" и противоположной стороны. Эта зона содержит точное и детальное представительство поверхности тела, как и первая соматосенсорная зона, с тем различием, что проекции обеих половин тела во второй соматосенсорной зоне полностью перекрываются, благодаря чему происходит объединение и сравнение информации поступающей от правой и левой половины тела. Не исключено, что вторая соматосенсорная зона может, кроме того, осуществлять контроль над афферентной передачей сигналов в таламических ядрах.
|
|
|
От первичных и вторичных проекционных зон коры информация от тактильных рецепторов поступает в передние (фронтальные) и задние ассоциативные зоны коры, благодаря которым завершается процесс восприятия, т.е. происходит опознание образа (акцепция сигнала). Это реализуется с участием специальных нейронов ("бабушкины" нейроны), проходящих "обучение" в процессе индивидуального развития человека.
В целом роль соматосенсорной зоны коры состоит в интегральной оценке соматосенсорных сигналов, во включении их в сферу сознания, полисенсорный синтез и в сенсорное обеспечение выработки новых двигательных навыков.
Удаление или повреждение соматосенсорных зон коры приводит к нарушению способности локализовать тактильные ощущения, а их электростимуляция вызывает ощущение давления, прикосновения, вибрации и зуда.
Введение в физиологию сенсорных систем
|
|
|
Сенсорные системы мозга (или, по И.П. Павлову, анализаторы) - это совокупность сенсорных рецепторов, специализированных вспомогательных аппаратов, многочисленных нейронов мозга, которые участвуют в обработке информации о сигналах внешнего или внутреннего мира, на основе которой формируются ощущения и восприятия - основа представления о мире.
Все анализаторы, по И.П. Павлову, состоят из трех основных отделов: периферического, проводникового и центрального, или коркового. В периферическом отделе с помощью сенсорных рецепторов происходит превращение сигнала внешнего мира в электрический процесс. В проводниковом отделе осуществляется последовательная обработка сенсорной информации и проведение ее в высшие отделы мозга. В центральном, или корковом, отделе совершается окончательная обработка сенсорной информации и формируется вначале ощущение (т.е. представление об отдельных свойствах сенсорного сигнала, или субъективный образ сигнала), а затем восприятие (перцепция), т.е. целостное, интегральное отражение отдельных предметов или явлений внешнего мира. Восприятие составляет основу всей интеллектуальной деятельности человека, т.е. мышления.
Выделяют такие сенсорные системы как зрительная, слуховая, вестибулярная, соматическая (в том числе тактильная, температурная и ноцицептивная, или болевая), проприоцептивная, вкусовая, обонятельная, висцеральная (интероцептивная), итого - 10 систем. Благодаря сенсорным системам у человека формируются соответственно 10 видов ощущений, или чувств, из которых один вид ощущений (возникающий на основе интероцептивной информации) - не всегда имеет четкое осознание. В зрительной, слуховой, вестибулярной, соматической, вкусовой и обонятельной сенсорных системах периферический отдел устроен достаточно сложно, т.е. включает в себя множество морфологических структур, способствующих детекции сигнала. Для обозначения сложно устроенных периферических отделов введено такое понятие как органы чувств (organa sensoria). К ним относятся: глаз (орган зрения), ухо (орган слуха), вестибулярный аппарат (орган гравитации), кожа (орган осязания), вкусовые сосочки языка (орган вкуса) и нос (орган обоняния).
Сенсорные системы мозга прошли огромный путь эволюционного развития, достигнув своего максимального развития у человека. На всех этапах эволюции сенсорные системы позволяли получать живым организмам всю необходимую информацию об окружающей среде для поисков пищи, для нахождения особей другого пола, для избегания всевозможных опасностей, для ориентации и времени. На основании сенсорной информации реализуются многочисленные безусловные и условные рефлексы, в том числе интеллектуальные условные рефлексы, лежащие в основе психической деятельности человека. И. М. Сеченов писал, что «психический акт не может явиться в сознании без внешнего чувственного возбуждения».
Знания о механизмах функционирования сенсорных систем мозга имеют важное значение для клинической медицины, гигиены и валеологии. Близорукость, старческая дальнозоркость, отслойка сетчатки, помутнение хрусталика, глаукома - вот далеко неполный перечень аномалий и патологии зрительной сенсорной системы, распространенность которых в современном обществе катастрофически растет, что требует профилактических, лечебных и реабилитационных мероприятий. Не меньшей проблемой для медицины и педагогики являются слабовидящие и слабослышащие, а также слепые и глухонемые дети, подростки и взрослые.
Рассмотрим классификацию раздражителей. Все сигналы (раздражители) внешней и внутренней среды, которые воспринимаются сенсорными системами мозга, различаются по модальности, т. е. по той форме энергии, которая свойственна каждому из них. Раздражители бывают механические, химические, тепловые, осмотические, световые, электрические. Они передаются с помощью различных форм энергии; например, свет - фотонами, химические раздражители - молекулами и ионами, механические - посредством механической формы энергии. Все раздражители независимо от их модальности подразделяются на адекватные и неадекватные. Адекватность раздражителя проявляется в том, что его пороговая интенсивность значительно ниже по сравнению с неадекватными раздражителями, например, воздействие светового и механического стимулов на рецепторы глаза. Ощущение света возникает у человека, когда минимальная интенсивность светового раздражителя составляет всего 10-17 – 10-18 Вт. Но ощущение вспышки можно вызвать и при механическом воздействии на глаз (это явление называют механическим фосфеном); в этом случае мощность раздражителя должна быть не менее 10-4 Вт. Этот пример демонстрирует разницу между адекватным и неадекватным раздражителем.
Общий принцип работы сенсорных систем. Он заключается в том, что деятельность любой сенсорной системы начинается с восприятия сигнала соответствующими (по модальности) сенсорными рецепторами внешней для
мозга физической и химической энергии, трансформации ее в нервные импульсы и передачи их в мозг через цепи нейронов, образующих ряд уровней.
Процесс передачи сенсорного сообщения сопровождается многократным преобразованием и перекодированием и завершается общим анализом и синтезом (опознаванием образа). После этого происходит выбор или разработка программы ответной реакции организма. Таким образом, с физиологической точки зрения сенсорная система выполняет такие основные функции, или операции, с сигналами как их обнаружение, различение, кодирование информации о сигнале, ее передачу и преобразование; детектирование признаков; опознание образов. Обнаружение и первичное различение сигналов обеспечивается рецепторами, а детектирование и опознание сигналов - нейронами коры больших полушарий. Передачу, преобразование и кодирование сигналов осуществляют нейроны всех слоев сенсорных систем.
С точки зрения теории информации, для любых устройств, в которых происходит переработка информации, необходима быстрота передачи информации, точность ее передачи (помехоустойчивость), а также возможность кодирования и декодирования информации. В живых системах для получения такого комплекса положительных эффектов возникла система передачи информации двойничным кодом (да - нет), в которой в качестве слова «да» используется наличие потенциала действия, а в качестве «нет» - его отсутствие. В общем виде работа анализатора заключается в том, чтобы в рецепторах закодировать информацию о сигнале внешней или внутренней среды, а в нейронах мозга провести декодирование информации и превращение ее в факт осознаваемого (ощущение).
Для изучения сенсорных систем используют различные методы, включая электрофизиологические, нейрохимические, поведенческие и морфологические, а также психофизиологический анализ восприятия у здорового и больного человека.
При изучении сенсорных систем применяется биофизическое или математическое (компьютерное) моделирование, а также протезирование. Эти методы имеют как теоретическое значение, так и прикладное. Например, разработка электрофосфенового зрительного протеза дает возможность восстановить зрительное восприятие у слепых людей за счет преобразования светового сигнала в электрические стимулы зрительной области коры больших полушарий головного мозга.
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 582; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!