Сенсорные системы

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 прострaнcтве 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
Деятельность любой сенсорной системы начинается с восприятия рецепторами внешней для мозга физической и химической энергии. Tрaнcформации 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 трaнcформации 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 трaнcформации раздражителя в нервную сигнализацию. Пороги восприятия рецепторами адекватных стимулов чрезвычайно низки.
По хаpaктеру 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, опopно-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 инфpaкрасное 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 хаpaктеру 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 двумя способами:
1) изменением частоты импульсов
2) изменением числа и распределения импульсов
Чем больше интенсивность раздражителя, тем больше частота афферентных нервных импульсов и их количество.

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.

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

 

Сенсорная система	Число рецепторов	Число афферентов	Суммарная пропускная способность, бит/с	ЦНС	Пропускная способность психофизического канала, бит/с
Глаза	2х108	2х106	107	Обработка в ЦНС	40
Уши	3х104	2х106	105	Обработка в ЦНС	30
Кожа	107	106	106	Обработка в ЦНС	5
Вкус	3х107	103	103	Обработка в ЦНС	1(?)
Запах	7х107	105	105	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.

Раздел статьи: Афофкис раздел «Сенсорные системы»