Нейрофізіологічні механізми відчуттів

Анатомо-фізіологічною структурою, в якій: відбува­ється виникнення відчуття, є аналізатор. Він являє собою складний нервовий механізм, що здійснює тонкий аналіз зовнішню і внутрішнього середовища, виділяючи з нього окремі стимули, що відображаються людиною як власти­вості предметів і явищ.

В організмі функціонує система аналізаторів, кожен з яких забезпечує формування відчуттів певної якості — зо­рових, слухових, температурних., больових, м'язових тощо. Будь-який аналізатор складається з периферійної частини — рецепторів, провідникових нервових шляхів — та централь­ної частини в корі та підкірці головного мозку. В рецепто­рах відбувається перетворення енергії фізичних і хімічних подразників, що діють на організм, у нервове збудження. Провідникові шляхи складаються з нейронів, розміщених на різних рівнях нервової системи, які поєднують рецептор­ну периферію з мозковим центром. У центральній частині аналізатора здійснюється основна обробка нервових імпуль­сів, що надходять з периферії.

У багатьох аналізаторів є специфічні допоміжні струк­тури, які оптимізують дію подразників на рецептори. Це рогівка, зіниця та кришталик ока, барабанна перетинка та слухові кісточки вуха тощо. Разом із рецепторами вони скла­дають орган чуття. В органах відчуття відбуваються фільтрація і перетворення того чи іншого виду енергії. З безлічі фізич­них та хімічних факторів середовища органи чуття виділя­ють такі, для сприймання яких у їхній рецепторній частині є відповідні механізми. Наприклад, око та його рецепторна частина — сітківка — тонко реагує на електромагнітне випромінення у видимій частиш спектра, вухо з рецепторним апаратом кортієвого органа сприймає механічні коливання повітря певної амплітуди й частоти, температурні рецептори шкіри реагують на теплову енергію тощо. З усього діапазону можливих впливів енергії орган чуття виділяє дуже незначну частину стимулів, які мають життєво важливе значення. Так, електромагнітні хвилі, що можуть викликати зорове від­чуття, становлять лише одну десятиквадрильйонну частину всього спектра електромагнітного випромінення. Хвилі, що знаходяться всередині цього невеликого діапазону і розріз­няються за своєю довжиною, породжують відчуття різного кольору. Слухові рецептори реагують на коливання повітря лише в межах від 15 до 20 тис. герц.

Крім фільтрації подразників, органи чуття та окремі ре­цепторні системи здійснюють перетворення енергії подраз­ника у процес нервового збудження, змінюючи при цьому свій фізично-хімічний стан. Наприклад, рецептори сітківки ока (палички та колбочки) переводять електромагнітну енер­гію світла в хімічну енергію, а останню в енергію елект­ричних імпульсів.

Механізми трансформації енергії рецепторами різних ор­ганів чуття дуже відрізняються, але всі вони ведуть до час­тотно-амплітудних змін електричної активності рецепторів. Такі зміни копіюють зміни у дії подразників. Отже, якщо рецепторні «входи» пристосовані до прийому різних видів енергії, то їхні «виходи» надсилають сигнали, що за своєю природою є універсальними для всієї нервової системи. Такі сигнали, зазнавши певної обробки у висхідних аферентних шляхах, передаються до головного мозку.

Мозкова, центральна, частина аналізатора складається з ядра та розсіяних по корі окремих спеціалізованих клітин. Ядро, утворене з маси нервових клітин, міститься у тій частиш кори, куди входять провідникові шляхи від рецепто­ра. Так, ядро зорового аналізатора розташоване у потилицевих долях, слухового — у скроневих долях кори. Розсіяні елементи кожного аналізатора входять до ділянок, суміж­них з ядрами інших аналізаторів, завдяки чому аналізатори перебувають у постійній взаємодії. Проявляється вона, на­приклад, у тому, що в людини під впливом звуків можуть виникнути відчуття кольору, а деякі кольори можуть викли­кати відчуття тепла чи холоду. Це явище має назву сине­стезії. Явище синестезії поширюється на всі відчуття. Це виражається у мові, у поширених словосполученнях: теплий колір, пронизливий звук, гострий смак і т. п.

Ядра аналізаторів здійснюють найтонший аналіз зовніш­ніх і внутрішніх впливів. Руйнування ядра зорового аналі­затора призводить до втрати цілісного предметного сприй­мання. Якщо зруйноване ядро слухового аналізатора, люди­на не розпізнає мелодії. Однак при цьому здатність розріз­няти світло та окремі звуки не втрачається, що пояснюється збереженням розсіяних елементів.

Мозковий кінець аналізатора є проміжною ланкою нер­вових імпульсів, що виникають у рецепторі. Досягнувши кори та зазнавши обробки, перетворені імпульси знову по-

вертаються до рецепторних систем. Завдяки цьому функціо­нування рецепторів змінюється під дією не лише зовнішніх впливів, а й імпульсів, які йдуть від мозкового кінця ана­лізатора. Аналізатор є частішою рефлекторного апарату, до якого входять також виконавчий механізм як система мото-нейронів, іннервуючих м'язи, суглоби та інші «робочі» ор­гани, і спеціальні нейрони-модулятор й, що змінюють збуд­ження інших нейронів.

Відображення світу не завершується аналітичними про­цесами, які несуть інформацію про окремі якості та влас­тивості предметів. У нервовій системі існують структури, що забезпечують синтез елементарних процесів і відображення предметів навколишнього світу в їхній цілісності. Такі структури являють собою нейрофізіологічний механізм сприй­мання.

Початковий етап синтезу подразників здійснюється у ре­цептивних полях органів чуття. Рецептивне поле — це су­купність рецепторів, які замикаються на один нейрон того чи іншого рівня нервової системи. На рис. 9 зображена схема рецептивного поля нейрона кори головного мозку.

На схемі показано, що перш ніж нервове збудження від рецептора потрапить до кори, воно перемикається на двох проміжних рівнях. Стосовно нейронів кожного з цих рівнів можна говорити про власні рецептивні поля, до яких вхо­дять поля всіх нейронів нижче розташованого рівня, що мають вихід на даний нейрон.

Формування образу забезпечується злагодженою робо­тою багатьох рецептивних полів, які в свою чергу об'єднані у клітинні ансамблі. Кожен такий ансамбль містить багато взаємопов'язаних рецептивних полів різного рівня, що реа­гують на одну ознаку, виділяючи її з багатьох інших. Такою ознакою можуть бути кут чи нахил лінії для зору, фонема для слуху тощо, але за своєю структурою вона набагато складніша, ніж елементарний подразник, що збуджує один рецептор. Знайдено, наприклад, зорові нейрони, які збуд­жуються при стимулюванні всього поля рецепторів сітківки складною геометричною конфігурацією і не збуджуються, якщо сітківка ока стимулюється простим мигтінням світла. Чим вищий рівень, на якому розташовані нейрони, тим складнішими стають ознаки, що виділяються.

Але процесів прийняття та переробки навіть найсклад­ніших сигналів для формування образу недостатньо. На ви­щих рівнях нервової системи функціонують елементи, які

порівнюють периферійну інформацію з еталонами, що збе­рігаються в пам'яті. Це свідчить про використання індиві­дуального досвіду в процесі сприймання. Так, людина не зможе адекватно сприйняти комп'ютер, якщо вперше його побачила, незважаючи на наявність інформації, що над­ходить від органів чуття. Тому сприймання треба розглядати як інтелектуальний процес, пов'язаний з накопиченням досвіду взаємодії з різними предметами та явищами на­вколишнього світу.

Вивчення нейрофізіологічних механізмів сприймання під­тверджує припущення спеціалістів з комп'ютерного моде­лювання психічних явищ про деяку схожість процесів прийо­му та переробки інформації в людини та в сучасних комп'ю­терних системах і дає змогу використовувати раціональніші схеми моделювання процесів сприймання, ніж у 50—60-х ро­ках, коли їхні фізіологічні основи були практично не відомі Моделювання сприймання базується на принципі поетапної обробки інформації людиною та комп'ютером у разі сприй­мання знайомих предметів — так званого розпізнавання образів. Етапи обробки інформації, що збігаються, включа­ють процеси її реєстрації, виділення властивостей об'єктів завдяки роботі спеціалізованих каналів чи детекторів, порів­няння стимулу з тією інформацією, котра отримана раніше і зберігається у тривалій пам'яті, прийняття рішення — вибір із багатьох актуалізованих кодів такого, який найбільше від­повідає даному стимулу. Моделювання процесів сприймання має велике практичне значення, бо в перспективі допо­може вирішити проблему швидкого введення інформації за допомогою мовних команд чи з письмового тексту, що значно розширить можливості використання комп'ютерної техніки.