Общие принципы функционирования сенсорных систем у человека

С деятельностью сенсорных систем связано функционирование всех организмов. Рассмот­рим общие принципы функционирования таких систем у человека. Результатом воздействия на сенсорные системы какого-либо раздражителя является возникновение ощущения, т.е. субъективного образа этого раздражителя. Для человека характерна так называемая модаль­ность ощущений, которая отражает качественное различие раздражителей. К модальностям относятся зрение, слух, осязание, вкус, обоняние, которые отражают, соответственно, внеш­нее воздействие световых лучей (электромагнитных волн), механических колебаний воздуха, механических, химических воздействий растворенных и газообразных веществ. К сенсор­ным модальностям также относим ощущения температуры (тепла и холода), положение тела в пространстве, ощущение боли, и так называемые внутренние ощущения, которые отра­жают изменения во внутренней среде организма, вследствие раздражения рецепторов внут­ренних органов.

Ощущение каждой модальности у человека - явление субъективное, переживаемые каждым индивидуумом и непередаваемое другому организму. Правильность отражения раз­личных раздражителей контролируется ответной деятельностью организма, и возможные на­рушения соответствия между качеством раздражителя и его субъективным отражением, кор­ректируются организмом. При нарушении работы сенсорной системы, часть ее функций мо­жет передаваться другой системе. Например, у слепых людей, хорошо развиваются слух, обоняние, осязание.

Любое ощущение характеризуется интенсивностью, которая отражает количествен­ные показатели раздражителя. Чем больше сила раздражителя, тем выше интенсивность ощущения. Однако, такая зависимость носит нелинейный характер. Во всех сенсорных системах ощущение возникает только после достижения раздра­жением определенной критической величины, называемой абсолютным порогом ощущений. Затем интенсивность ощущения повышается с усилением силы стимула, но до определен­ного предела. При очень высокой силе раздражителя повышение интенсивности ощущения прекращается (верхний порог ощущения) и происходит нарушение функционирования сен­сорной системы. Так, например, абсолютный порог слышимости человеческого уха (давле­ние на барабанную перепонку ) при частоте 1кГц составляет 2×10^-5 Па. Верхний порог ощу­щения равен примерно 2000 Па. Сила звука при этом доходит до 160 децибел, превышение этого порога приводит к разрыву барабанной перепонки.

Логарифмический график зависимости интенсивности ощущения от силы раздражи­теля представляет прямую линию, наклон которой зависит от типа сенсорной системы (мо­дальности).

Математическим выражением такой зависимости является степенная функция :

J = k(S-S₀)ⁿ,

где J - интенсивность ощущения; S₀ - пороговая сила раздражителя; S - действующая сила раздражителя; k – константа; n – показатель, характеризую­щий модальность системы ( -2 до +2).

Описываемая зависимость получила название закона Стивенса. Как видно из рисунка 2, этот закон хорошо отражает интенсивность субъективного ощущения , так и изменение объ­ективных параметров при восприятии раздражения.

Рис.2. Зависимость интенсивности вкусового ощущения и частоты разрядов в волокнах вку­сового нерва человека от концентрации веществ (Костюк,с 439)

А- лимонная кислота; Б- сахароза. 1.- интенсивность вкусовых ощущений; 2 – частота разрядов в волокнах вкусового нерва;

Другой исследователь, Э.Вебер определил так называемый дифференциальный порог ощу­щений т.е. минимальные чувствуемые изменения в интенсивности ощущения при усилении раздражителя ΔS. Этот показатель зависит силы раздражителя S. Закон Вебера можно запи­сать таким образом: ΔS/ S = const

Впоследствии этот закон был дополнен Г.Фехнером.

J = k lgS, где J –интенсивность ощущения, S –сила стимула.

Как видно, в соответствии с этой формулой, интенсивность ощущения соответствует логарифму силы стимула (Закон Вебера-Фехнера). Однако, такая закономерность соблюда­ется в очень узких пределах, а для некоторых сенсорных систем вообще не соблюдается. За­висимость установленная Стивенсом, имеет более широкую область применения и может быть использована при изучении нейрофизиологических процессов, лежащих в основе коди­рования и передачи информации в сенсорных системах высших животных и человека.

Ощущения имеют также временные и пространственные характеристики. Простран­ственные особенности ощущения могут быть измерены дифференциальным пространствен­ным порогом - наименьшим расстоянием между раздражителями, при котором они воспри­нимаются как раздельные. Площадь стимуляции оказывает влияние на характер ощущения и в том случае, если последнее является слитным. Интенсивность ощущения возрастает при увеличении площади органов чувств, на который действует раздражитель. Это явление можно рассматривать как суммирование пространственных эффектов элементарных раз­дражений в процессе формирования ощущений. Однако, и эта закономерность соблюдается в определенном интервале изменения площади раздражения. При одновременном раздраже­нии множества точек воспринимающей поверхности интенсивность ощущений ослабевает. Это явление получило название контраста. Контраст всем хорошо знаком по зрительным ощущениям, например, изображение на экране телевизора. Явление контраста имеет место и в других сенсорных системах. Ощущение от одновременного укола 20 игл значительно сла­бее укола одной иглы.

Увеличение длительности раздражения также влияет на интенсивность ощущения. В этом случае имеет место временное суммирование эффектов раздражения в процессе фор­мирования ощущения. В ряде случаев интенсивность ощущения повышается пропорцио­нально времени действия раздражителя до определенного предела. После этого интенсив­ность ощущения перестает зависеть от нее. Более того, интенсивность ощущения ослабевает, т.е. сенсорная система адаптируется к раздражителю. Например, интенсивность световых ощущений человека снижается в несколько раз в течении 2-3 минут после включения осве­щения в темной комнате. Адаптация характерна для всех сенсорных систем и существенно расширяет диапазон воспринимаемых интенсивностей раздражителей. Так, пороговая сила света , вызывающая зрительное ощущение, изменяется в десятки тысяч раз. Существует единственная сенсорная система, в которой отсутствует явление адаптации - это ощущение боли. Ощущение боли говорит, о том, что этот интенсивность раздражителя превышает максимальный по­рог ощущений и наносит вред организму.

Все описанные закономерности в функционировании сенсорных систем получены на основании отчетов испытуемых людей о своих субъективных ощущениях при проведении психофизических экспериментов. О функционировании сенсорных систем животных до начала 20 века не было никаких данных. Использование условно-рефлекторного метода дало возможность объективно регистрировать способность животного отличать один раздражитель от другого.

Регистрация биоэлектрических явлений (электрокардиография, электроэнцефалогра­фия и др.) позволяет исследовать механизмы возникновения ощущений.

Механизмы межклеточных взаимодействий

У многоклеточных организмов обмен информации происходит как между соседними клетками, так клетками, непосредственно не контактирующими друг с другом. Между со­седними клетками в тканях поддерживается непосредственная связь при помощи межклеточных контактов. Дистанционные контакты в организме осуществля­ются при помощи электрических и химических сигналов. У высокоорганизованных живот­ных существуют специализированные структуры, осуществляющие координацию и управле­ние функций организма (нервная и эндокринная система).