Сенсорная система - набор периферических и центральных структур нервной системы, ответственный за прием сигналов от различных модальностей от окружающей среды или окружающей среды [1] [2] [3]. Сенсорная система состоит из рецепторов, нейронных путей и областей мозга, ответственных за обработку полученных сигналов. Самыми известными сенсорными системами являются видение, слух, осязание, вкус и запах. С сенсорным экраном вы можете испытать физические свойства, такие как температура, вкус, звук или давление.

Кроме того, сенсорные системы называются анализаторами. Термин "анализатор" был введен российским физиологом И.П. Павлов [3]. Анализаторы (сенсорные системы) - набор сущностей, которые воспринимают, передают и анализируют информацию из окружающей и внутренней среды организма.

Структурные основы визуального восприятия. Периферийным аппаратом для восприятия световых волн (электромагнитные колебания от 400 до 800 мкм) является глаз. Согласно современным данным, глаз представляет собой часть переднего мозга, отодвинутого на периферию. Сетка глаза и зрительный нерв развиваются непосредственно из ткани головного мозга.

Структура устройства визуального приема включает оптическую систему глаза и рецепторную систему сетчатки. Оптическая система глаза состоит из роговицы, передней камеры глаза, линзы, задней камеры глаза и стекловидного тела (рис.1.1). Четкое видение сохраняется при условии полной прозрачности всех лучей светоотражающих сред глаза.

Преломляющая способность глаза составляет 60 - 70 диоптрий (диоптрий - преломляющая способность линзы с фокусным расстоянием 1 м).

В зависимости от длины продольной оси глаза, а также от преломляющей способности оптической среды (главным образом, линзы) изображение видимых объектов может появляться на сетчатке, перед ней или за сетчаткой (рис.1.2). При уменьшенной длине продольной оси глаза фокусное расстояние увеличивается. Изображение появляется за сетчаткой. Для того, чтобы изображение стало острым, человек вынужден удалить из глаз видимый объект. Это дальнозоркость или гиперметропия.

Рис. 1.1 Схематическое изображение строения глаза человека

При удлененной продольной оси глаза изображение видимых предметов оказывается перед сетчаткой. Для ясного видения необходимо приблизить рассматриваемый предмет, чтобы сфокусировать изображение на сетчатке. Это близорукость, или миопия. Усиление преломляющей силы дальнозоркого глаза достигается двояковыпуклыми линзами. Близорукость корректируется ношением очков с двояковогнутыми линзами.

Оптические среды глаза фокусируют изображение в одной точке сетчатки. Но если кривизна роговицы в различных ее частях неодинакова, то наблюдается астигматизм. Последствия астигматизма - неточность в определении расстояний между параллельными линиями или концентрическими кругами.

В нормальном глазу изображение предметов оказывается уменьшенным и перевернутым вследствие особого устройства оптической системы глаза. Нормальное, а не перевернутое видение предметов происходит благодаря их повторному "переворачиванию" в корковом отделе зрительного анализатора. Но это второе переворачивание с первым не имеет ничего общего. Оно - результат абстракции, способности человека сопоставлять видимое с действительностью окружающего нас мира.

Рис.1.2 Ход лучей света в нормальном глазу (А), при близорукости (Bt и В2), при дальнозоркости (В, и В2) и при астигматизме (Г, и Г2): Б; и В2 - двояковогнутая и двояковыпуклая линзы для исправления дефектов близорукости и дальнозоркости; Г2 - цилиндрическая линза для коррекции Стигматизма; 1 - зона четкого видения; 2 - зона размытого изображения; ~ корректирующие линзы

Видимые объекты имеют четкие контуры. Это результат того, что зрачок переходит в глаз только центральный луч лучей. Сферическая и хроматическая аберрация невозможны одновременно. Количество света, излучаемого зрачком, регулируется круглыми и радиальными мышцами радужки. Они иннервируются симпатической и парасимпатической нервами. Эмоции боли, страха, гнева вызваны симпатическими нервами расширения учеников. Увеличение светового потока, направленного на глаз, усиливает парасимпатические эффекты и вызывает сужение зрачка.

Фотопигмент палочек - родопсин имеет высокую чувствительность к электромагнитным волнам длиной 505 нм. Элементы восприятия цвета содержат три фотопроводника с избирательно высокой чувствительностью (поглощением) к электромагнитным волнам в длине от 430 до 575 нм.

Субмикроскопическая структура этих рецепторов показывает, что во внешних сегментах светового и цветового рецепторов имеется 400-800 тонких пластин, расположенных одна над другой. Процессы, ведущие к биполярным нейронам, отходят от внутренних сегментов.

В центральной части сетчатки Каждый конус соединен с биполярным нейроном. На периферии сетчатки с одним биполярным нейроном подключено от 150 до 200 палочек. Биполярные нейроны взаимосвязаны с ганглиозными клетками, центральные оптические атомы образуют зрительный нерв. Нарушение кисты сетчатки через зрительный нерв передается нейронам внешнего черепного тела.

Острота зрения характеризуется умением различать наименьшее расстояние между двумя точками. Это зависит от точности фокусировки изображения на сетчатке. Его размер - это угол, образованный между лучами, исходящими из двух точек объекта в глаз (угол обзора). Нормальный глаз отличает объект под углом в G. Наибольшая острота глаза достигает у зрачка шириной около 3 мм. Острота зрения зависит от величины преломления, а также от степени совпадения изображения объекта с центральной ямой. Центральная ямка обеспечивает высочайшую остроту зрения (центральное зрение).

Бинокулярное зрение позволяет видеть объекты рельефа, а также определять расстояние до видимого объекта. Различные объекты вызывают неидентичные (неявные) изображения на сетчатке левого и правого глаз. Неравенство изображений является основой для дальнейшего анализа и восприятия пространственных характеристик видимых объектов.

Объем периферийного зрения, определяемый специальным устройством - периметром, составляет 35-40° на верхнем, 60 - 65° - на нижней границе зрения. Наружный предел составляет 90 - 95°, а внутренний - 55 - 60°. Абсолютные значения границ разных людей могут значительно различаться.

Восприятие пространства осуществляется благодаря движениям глаз. Центр вращения глаза примерно совпадает с центром глаза (отклонение не превышает 1 - 2 мм). Движения глаз происходят одновременно, а зрительные оси в дивергенции пересекаются с предметом. Другими словами, поля зрения левого и правого глаз взаимно перекрываются. Тождественное изображение исследуемого объекта одновременно является сетчаткой левого и правого глаз. Но вы должны только сломать эту идентичность (например, слегка надавить на сторону глаза), когда изображение начнет удваиваться. Эта дихотомия также возникает при рассмотрении различных объектов. Нервные импульсы, которые формируются одновременно в глазодвигательных мышцах, служат сигналом для формирования ощущения глубины пространства, объема объектов в высшем корковом представлении моторного анализатора.

Следовательно, глубокое зрение может быть обеспечено только двумя глазами (бинокулярное зрение). Разделение глубины пространства одним глазом не имеет врожденных нервных механизмов, но является результатом предыдущего сенсорного опыта человека.

Рассматривая движущийся и неподвижный объект, глаза выполняют колебательные движения. Эти колебательные движения глазных яблок препятствуют снижению уровня возбуждения светочувствительных элементов сетчатки под воздействием постоянного стимула. В результате мельчайшие детали рассматриваемых объектов не перестают быть видимыми в результате ослабления активности светодиодов, которые принимают устройства.

Восприятие света связано с химическими превращениями в палочках и конусах. Родопсиновые палочки расщепляются на ретинин и опсин. Retinen под действием фермента редуктазы превращается в витамин А, который переходит в клетки пигментного слоя. При закрытии глаз происходит ресинтез родопсина. Источником ретинина является витамин А.

Глаз обладает чрезвычайно высокой абсолютной чувствительностью. Несколько квантов света вызывают в нем легкое ощущение. Максимальный ответ имеет желтое пятно - центральную часть сетчатки. Светоизлучающее устройство глаза обладает высокой адаптивной способностью.

При слабом освещении чувствительность глаза возрастает до десятков тысяч раз. Это результат повышенной резистентности родопсина, а также следствие увеличения числа обратных клеток, которые соединяются с ганглиозными нейронами (расширение рецептивных полей ганглиозных клеток). В то же время начинают функционировать горизонтальные нейроны сетчатки - звездообразующие клетки Догеля, процессы которых заканчиваются на многих фоторецепторах. В результате фоторецепторы-ry, по-видимому, связаны с большим количеством света, числом биполярных и ганглиозных клеток. Увеличивается чувствительность светочувствительного тела глаза (адаптация темпа).

Теория цветового зрения. Теория цветного зрения была впервые разработана в начале XX века. Юнг и Гельмгольц. Согласно этой теории, конусы содержат вещества, чувствительные к трем основным цветам спектра света - красного, зеленого и фиолетового. Белый цвет влияет на все цветовосприимчивые элементы, совместное возбуждение которых дает ощущение белого цвета.

Эта теория была в значительной степени подтверждена в электрофизиологических исследованиях. Согласно идеям Р. Гранита, модуляторы могут быть сгруппированы в соответствии с тремя основными частями спектра - оранжевыми, сине-фиолетовыми и зелеными. Близко в содержании этой теории и полихроматической теории.

Полихроматическая теория удовлетворительно объясняет случаи цветной слепоты - цветной слепоты. Наиболее распространенными типами этих нарушений являются протанопия (красная слепота) и дейтеранопия (зеленая слепота). Менее распространены тританопи - цветные жалюзи, которые не различают фиолетовые части спектра света.

Гигиена зрения

Слух - способность слухового органа воспринимать звуки, специальная функция слухового аппарата, которая возбуждается звуковыми колебаниями окружающей среды, такими как воздух или вода. Одно из биологических пяти чувств, также называемое акустическим восприятием.

С помощью анализатора слуха человек руководствуется звуковыми сигналами окружающей среды, образуя соответствующие поведенческие реакции, такие как защитный или пиестробивательный. Способность человеческого восприятия речи и голоса, музыкальных произведений делает слуховой анализатор необходимым компонентом коммуникации, познания и адаптации.

Адекватными стимулами для слухового анализатора являются звуки, т.д. Колебательные движения частиц упругих тел, которые распространяются в виде волн в различных средах, включая воздух, и воспринимаются ухом.

Звуковые колебания волн (звуковые волны) характеризуются частотой и амплитудой.

Частота звуковых волн определяет высоту звука. Человек отличает звуковые волны с частотой от 20 до 20000 Гц. Звуки с частотой ниже 20 Гц - инфразвук и выше 20 000 Гц (20 кГц) - ультразвук не ощущается человеком. Звуковые волны с синусоидальными или гармоническими колебаниями называются тонами.

Звук, состоящий из несвязанных частот, называется шумом. При высокой частоте звуковых волн - тон высокий, с низким - низким.

Вторая характеристика звука, выделяемая слуховой сенсорной системой, - это ее сила, которая зависит от амплитуды звуковых волн. Сила звука воспринимается человеком как объем.

Чувство объема увеличивается, когда звук усиливается, а также зависит от частоты звуковых колебаний, т.д. Объем звука определяется взаимодействием интенсивности (силы) и высоты (частоты) звука. Единица измерения объема звука белая, на практике обычно используется децибел (дБ), то есть 0,1 белый. Человек отличает звуки также от тембра, или "цвета". Тон звукового сигнала зависит от спектра, т.д. От состава дополнительных частот - обертонов, которые сопровождают основную частоту, - тона. По тембрам можно различать звуки одинаковой высоты и громкости, которые основаны на признании людей голосом.

Чувствительность слухового анализатора определяется минимальной звуковой мощностью, достаточной для создания слухового ощущения. В области звуковых колебаний от 1000 до 3000 в секунду, что соответствует человеческому языку, ухо обладает наибольшей чувствительностью. Этот набор частот был назван зоной речи.

Восприятие звуков разной высоты (частоты), согласно резонансной теории Гельмгольца, связано с тем, что каждый слой основной мембраны настроен на звук определенной частоты. Таким образом, низкочастотные звуки воспринимаются длинными волнами основной мембраны, расположенными ближе к верхней части улитки, звуки высокой частоты воспринимаются короткими волокнами основной мембраны, расположенными ближе к основанию улитки. Под воздействием сложного звука возникают колебания различных волокон мембраны.

В современной интерпретации резонансный механизм лежит в основе теории пространства, согласно которой вся мембрана входит в состояние колебаний. Однако максимальное отклонение основной мембраны улитки происходит только в определенном месте. При увеличении частоты звуковых колебаний максимальное отклонение основной мембраны смещается к основанию улитки, где расположены более короткие волокна основной мембраны, - в коротких волокнах возможна более высокая частота колебаний. Нарушения волосковых клеток в этой области мембраны посредством посредничества медиатора передаются на слуховые нервные волокна в виде определенного количества импульсов, частота которых ниже частоты звуковых волн (лабильность нервных волокон не превышает 800-1000 Гц). Частота принимаемых звуковых волн достигает 20 000 Гц. Таким образом, выполняется пространственный кодирующий тип высоты и частоты звуковых сигналов.

сенсорная система зрение нервный

Под действием тонов до 800 Гц в дополнение к пространственному кодированию также существует временное (частотное) кодирование, в котором информация также передается некоторыми волокнами слухового нерва, но в виде импульсов (залпов) частота которых повторяет частоту звуковых колебаний. Индивидуальные нейроны на разных уровнях слуховой сенсорной системы настроены на определенную частоту звука, то есть каждый нейрон имеет свой собственный определенный порог частоты, свою специфическую частоту звука, к которой максимальный ответ нейрона. Таким образом, каждый нейрон из всего набора звуков воспринимает только некоторые довольно узкие области частотного диапазона, которые не совпадают друг с другом, и совокупность нейронов воспринимает весь диапазон частот слышимых звуков, что обеспечивает полное восприятие восприятия.

Действительность этого положения подтверждается результатами протезирования человека, когда электроды были имплантированы в слуховой нерв, а его волокна нагревались электрическими импульсами разной частоты, что соответствовало звуковой комбинации определенных слов и фраз, обеспечивая семантическое восприятие языка.

Теории восприятия высоты звука. Как и в случае цветного зрения, были предложены две теории, объясняющие, как частота кодируется ухом на высоту звука.

Первая теория была создана британским физиком Резерфордом в 1886 году. Он предположил, что: а) звуковая волна заставляет всю базилярную мембрану вибрировать, а частота колебаний соответствует частоте звука; б) частота колебаний мембраны определяет частоту нервных импульсов, передаваемых через слуховой нерв. Таким образом, тон 1000 Герц заставляет базилярную мембрану вибрировать 1000 раз в секунду, оставляя слуховые нервные волокна разряженными с частотой 1000 импульсов в секунду, и мозг интерпретирует ее как определенную высоту. Поскольку в этой теории предполагается, что высота зависит от изменений звука во времени, она называлась временной теорией (также называемой теорией частот).

Гипотеза Резерфорда вскоре столкнулась с серьезными проблемами. Было доказано, что нервные волокна могут передавать не более 1000 импульсов в секунду, а затем неясно, как человек воспринимает высоту тона с частотой более 1000 герц. Уивер (Уивер, 1949) предложил способ спасти временную теорию. Он предположил, что частоты более 1000 герц кодируются различными группами нервных волокон, каждый из которых активируется с несколькими разными скоростями. Если, например, одна группа нейронов производит 1000 импульсов в секунду, а затем 1 миллисекунду, тогда другая группа нейронов начинает вырабатывать 1000 импульсов в секунду, тогда комбинация импульсов этих двух групп даст 2000 импульсов в секунду. Эта версия временной теории усилила открытие того, что картина нервных импульсов в слуховом нерве повторяет форму волны стимулирующего тона, несмотря на то, что отдельные клетки не реагируют на каждое колебание (Rose et al., 1967),

Однако способность нервных волокон отслеживать форму волны ломается приблизительно на частоте 4000 герц; однако мы слышим высоту звука, который содержит гораздо более высокие частоты. Это означает, что должно быть другое средство кодирования высококачественного звука, по крайней мере, на высоких частотах.

Другая теория восприятия высоты звука относится к 1683 году, когда французский анатолий Джозеф Гикард Дуерном предположил, что частота кодируется по высоте звука механически резонансом (Green & Wier, 1984). Чтобы понять это предположение, сначала полезно рассмотреть пример резонанса. При ударе стаканом возле фортепиано фортепианная струна, настроенная на частоту настройки, начинает колебаться. Если мы говорим, что ухо работает по одному и тому же принципу, это означает, что он имеет структуру, похожую на структуру со струнным инструментом, с различными деталями, настроенными на разные частоты, так что, когда ухо появляется на определенной частоте, соответствующая часть этой структуры начинает колебаться. Эта идея была в целом правильной: эта структура была базилярной мембраной.

В XIX веке Герман фон Гельмгольц, основанный на гипотезе резонанса, предложил объяснить восприятие высоты теории местности. В соответствии с этой теорией каждая конкретная область базилярной мембраны, когда она начинает реагировать, создает ощущение определенной высоты тона. Предполагаемый набор сайтов на мембране согласуется с тем, что существует множество рецепторов высоты. Заметим, что теория локальности не означает, что мы слышим звук базилярной мембраны; то, что вибрируют области мембраны, во многом зависит от высоты, которую мы слышим.

Когда базалярная мембрана колеблется, она не была известна до 1940 года, когда Георг фон Бекеш измерил свое движение с помощью небольших отверстий, пробуренных в улитках морских свинок и человеческих трупов. Ввиду результатов Бекеша необходимо было изменить теорию локализации; базилярная мембрана вела себя не как пианино с отдельными струнами, а как лист, который дрожал с одного конца. В частности, Бекеш показал, что для большинства частот вся базалярная мембрана начинает двигаться, но место наиболее интенсивного движения зависит от конкретной частоты звука. Высокие частоты вызывают вибрацию вблизи конца базилярной мембраны; по мере увеличения частоты вибрационная картина переходит в овальное окно (Bekesy, 1960). Для этого и других исследований слуха Бекеши получил в 1961 году Нобелевскую премию.

Подобно временным теориям, теория местности объясняет многое, но не все явления восприятия высоты звука. Основные трудности в теории локализации связаны с тонами низких частот. На частотах ниже 50 Герц все части базилярной мембраны вибрируют примерно одинаково. Это означает, что все рецепторы активируются одинаково, что означает, что мы не можем различать частоты ниже 50 герц. Фактически, мы можем различать частоту всего 20 герц.

Вывод