Теория информации в сенсорной физиологии

ЛЕКЦИЯ

ОБЩАЯ СЕНСОРНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ

(СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ МОЗГА)

Для полного представления о воздействии параметров окружающей среды на живой организм, используется система анализаторов.

АНАЛИЗАТОР – это единая совокупность рецепторов и нейронов мозга участвующих в обработке информации сигналов внешнего и внутреннего мира, позволяющих получить представление в виде ощущения и восприятия.

АНАЛИЗАТОР имеет:

-периферическое звено (рецептор);

-проводниковый отдел (афферентные нейроны и проводниковые пути);

-центральное звено (участок коры больших полушарий).

Преобразователем внешних стимулов в информационную систему кодируемых нервных импульсов является РЕЦЕПТОР.

РЕЦЕПТОР – это специализированная структура (клетка или окончание нейрона), которая в процессе эволюции приспособилась к восприятию соответствующего раздражителя внутреннего и внешнего мира путем преобразования энергии стимула (раздражителя) в изменение проницаемости своей мембраны.

Специализация РЕЦЕПТОРА, связанная с эволюционным приспособлением, определяется адекватностью раздражителя:

-для фоторецепторов адекватным является квант света;

-для фонорецепторов – звуковые колебания воздушной и водной среды;

-для терморецепторов – воздействие температуры.

Процесс преобразования энергии стимула (сигнала) в изменение проницаемости мембраны с последующим формированием рецепторного потенциала мембраны получил название ТРАНСДУКЦИИ.

Далее, если РЕЦЕПТОРНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ генерирует в афферентных нервных волокнах потенциалы действия его называют ГЕНЕРАТОРНЫМ ПОТЕНЦИАЛМ.

РЕЦЕПТОРЫ делятся на:

ПЕРВИЧНОЧУВСТВУЮЩИЕ – это специализированные окончания дендрита афферентного нейрона. К этой категории рецепторов относятся: мышечные веретена, рецепторы Гольджи, болевые, обонятельные.

ВТОРИЧНОЧУВСТВУЮЩИЕ – специализированные клетки не являющиеся окончанием дендрита – это фото-, фоно-, вестибуло-, вкусовые, механо- и т.д.

СВОЙСТВА РЕЦЕПТОРНЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ. Рецепторный потенциал:

- генерируются в самих нервных окончаниях (а не в окружающих клетках, входящих в структуру сенсорного органа);

- является ГРАДУАЛЬНЫМ (стимулы разной интенсивности деполяризуются неодинаково);

- является ЛОКАЛЬНЫМ – он распространяется по мембране электротонически, а не проводится активно;

- обладает пространственной и временной суммацией (два слабых одиночных стимула вместе могут вызвать надпороговую деполяризацию).

ТЕОРИЯ ИНФОРМАЦИИ В СЕНСОРНОЙ ФИЗИОЛОГИИ

Как ранее отмечалось информация кодируется ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬЮ НЕРВНЫХ ИМПУЛЬСОВ и в таком виде передается.

ЕЕ источник – внешние стимулы, передатчики – рецепторные клетки сенсорного органа, канал передачи – нервные волокна, приемник группа центральных нейронов, а пользователь – ЦНС в целом.

Универсальным носителем информации является частота нейронной импульсации (частотная модуляция)

Например, рассмотрим кодирование интенсивности стимула.

Если бы идеальный рецептор (без шумового-помехового сопровождения) реагировал на стимул только двумя способами: генерируя либо один импульс, либо ни одного – то он мог бы информировать только о двух уровнях интенсивности раздражения.

Отсутствие потенциала действия обозначает, что раздражение ниже порогового уровня, а его наличие – надпороговую величину.

Стимул может вызвать в афферентном волокне максимум N импульсов, т.е. соответствующий рецептор способен сообщить счетчику импульсов в ЦНС о (N + 1) РАЗНЫХ УРОВНЯХ ИНТЕНСИВНОСТИ.

Поскольку число импульсов (N) в афферентном волокне должно быть целым, график зависимости N от интенсивности стимуляции S имеет вид ступенек. Флуктуация случайных импульсов в рецепторе говорит о наличие источника помех, что создает шумовое сопровождение передачи сигнала. Однако соотношение сигнал-шум определяется потерей информационной сущности сигнала.

Идеальный частотный модулятор – идеальный рецептор без шума - имеет информационное содержание 3 бит/стимул. Реальный рецептор имеет информационное содержание вместе с шумом 8,2 бит/стимул, т.е. имеется потери в 5,2 бит/стимул.

N

Число имп/сек

0.5

300

1.0

200

1.5

100

2.0

0 0.5 1.0 1.5 2.0 S

1 cек Интенсивность стимула

Импульсации механорецептора в подушечке кошачей лапы.

Для эффективной защиты от шума используется ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ передача информации по двум или более каналам. Такая возможность реализуется в ЦНС и представляется

как защита от шума с помощью способа использования так называемой ИЗБЫТОЧНОСТИ.

Количественная оценка информации используется в экспериментальной психофизике, когда речь идет об информации на уровне СОЗНАТЕЛЬНОГО ВОСПРИЯТИЯ.

Например, когда испытуемого просили оценить интенсивность давления на кожу, информационное содержание механического воздействия на механорецепторы кожи кисти верхней конечности составило 3 бит/сек. Эта величина почти совпадает с полученными данными для одиночного рецептора давления, хотя в процессе возбуждения участвовали около 20 афферентных волокон, отходящих от медленно адаптирующихся МА-рецепторов. Очевидно, что в рамках субъективного восприятия оценивается лишь малая часть информации передаваемой афферентными волокнами, т.е. речь идет о пропускной способности механорецептора или иначе ПСИХОФИЗИЧЕСКОЙ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ – максимальному потоку информации на уровне сознательного восприятия.

ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПСИХОФИЗИЧЕСКОГО КАНАЛА бит/с:

-для глаза –40

-для уха –30

-для кожи –5

-вкуса –1

-запаха –1

В реальном масштабе времени человек воспринимает небольшую долю (максимально около 30%) потока информации проходящего на наши сенсорные органы.

ВЗАИМООТНОШЕНИЕ СУБЪЕКТИВНОЙ И ОБЪЕКТИВНОЙ СЕНСОРНОЙ ФИЗИОЛОГИИ

Параметры объективной сенсорной физиологии:

-явления в окружающей среде;

-сенсорные стимулы;

-возбуждение сенсорных нервов

-интеграция в сенсорной ЦНС.

ОТОБРАЖАЕМЫЕ ПАРАМЕТЫ ПРИВОДЯТ:

- к взаимодействию с сенсорными органами;

- к формированию надпорогового рецепторного потенциала;

- к возбуждению сенсорных центров мозга.

ПАРАМЕТРЫ СУБЪЕКТИВНОЙ СЕНСОРНОЙ ФИЗИОЛОГИИ:

- сенсорные впечатления, ощущения;

- восприятие.

С помощью этих параметров осуществляется переход от физиологических процессов к психическим:

- испытуемый с его опытом, мотивациями, особенностями личности.

ПРИМЕР. Электромагнитные колебания с длиной волны 400 нм вызывают ощущение «голубого цвета». Описывая его, человек говорит: «Я вижу голубое пространство – небо». Метеоролог в небе увидит не просто белые пятна, а слоисто кучевые облака, а иллюстратор детских книг – овец на синей лужайке.

ИНТЕНСИВНОСТЬ ОЩУЩЕНИЯ: АБСОЛЮТНЫЕ И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ ПОРОГИ (РАЗЛИЧИЕ СИГНАЛОВ).

Сенсорная система имеет свойство замечать (диффернцировать) различия в свойствах одновременно или последовательно действующих раздражителей.

Свойство характеризует то минимальное различие между стимулами, которое сенсорная система может заметить, т.е. имеет диференцальный или разностный порог.

Это свойство описывается ЗАКОНОМ ВЕБЕРА.

ЗАКОН ВЕБЕРА:

Порог различия интенсивности раздражителя практически всегда выше ранее действовавшего раздражения на определенную долю.

Усиление ощущения возникает в том случае, когда к действующему на кожу руки грузу «накладывали» дополнительный:

К 100 Г добавляли 3 Г

К 200 Г добавляли 6 Г

К 600 Г добавляли 18 Г.

Эта зависимость силы раздражения от ощущения выражается формулой:

d I / I = const,

где I - сила раздражения, dI – ощущаемый прирост (порог различия), const –постоянная величина.

Аналогичные соотношения характерны для зрения, слуха, и других органов чувств человека.

Однако спонтанная активность сенсорной системы существенно влияет на абсолютный порог особенно при весьма малых и очень сильных воздействиях. Соответственно, справедливость закона ВЕБЕРА имеет ограничения. ФЕХНЕР обнаружил, что интенсивность ощущения растет не линейно (как у ВЕБЕРА), а логарифмически:

Е = а log I + b,

где Е – величина ощущения, I – сила раздражения, а и b –константы.

Эта формула описывает ПСИХОФИЗИЧЕСКИЙ ЗАКОН ФЕХНЕРА или как более известный ЗАКОН ВЕБЕРА-ФЕХНЕРА - ощущение раздражения увеличивается пропорционально логарифму раздражения.

АДАПТАЦИЯ СЕНСОРНОЙ СИСТЕМЫ.

Это общее свойство сенсорных систем, заключающееся в приспособлении к длительно действующему (фоновому0 РАЗДРАЖИТЕЛЮ.

Адаптация проявляется в снижении абсолютной и повышении дифференциальной чувствительности сенсорной системы (исключение составляет вестибуло- и проприорецепторы).

По скорости адаптации все рецепторы делятся на быстро- и медленно адаптирующиеся. Первые после развития адаптации практически не посылают в мозг информации д длящемся раздражении. Вторые передают информацию в значительно ослабленном виде.

Если действие раздражителя прекращается, то чувствительность рецептора повышается (восстанавливается).

Дата добавления: 2015-07-08