Сенсорные системы Тренировочные задачи

 

546. Почему под водой определить, откуда исходит звук, значительно трудней чем в воздушной среде?

Решение. Простая задача на обратное правило АРР-ВС. Сравниваем узлы пересечения двух систем – «звуковая волна» и «среда распространения волны». Ситуация 1-2. Волна одна и та же, а среды разные – воздух и вода. Скорость распространения волны зависит от упругих свойств среды, иначе говоря, от ее плотности. А плотность воды намного больше плотности воздуха. Поэтому в воде скорость звука в несколько раз быстрее, чем в воздухе. Ну и что? Теперь вспомним правило АСФ. Как работает система «бинауральный слух», позволяющая определять местоположение источника звука? Она анализирует разницу между временем прихода звука в левое и правое ухо. В зависимости от результата этого анализа мы поворачиваем голову до тех пор, пока мозг перестанет улавливать разницу. В этом случае мы будем смотреть прямо на источник звука. В воде же скорость звука настолько велика, что указанная разница уменьшается и мозг уже не может определить ее с достаточной точностью.

547. У человека, не страдающего каким- либо специфическим заболеванием органа слуха, верхний порог частоты воспринимаемых звуков составляет 8 000 Гц.

Можно ли предположить, что у этого человека увеличена скорость пульсовой волны?

Решение. Если вопрос показался Вам лишенным смысла, обратите внимание на следующее. Между двумя какими-либо явлениями может полностью отсутствовать непосредственная связь. Это значит, что сами по себе они друг на друга никак не влияют. Однако каждое из этих явлений может быть по своему связано с некоторым третьим явлением. Для врача важно уметь выявлять такие взаимосвязи. Мы еще раз произносим это ключевое слово – связи.

Итак, совершенно ясно, что между частотными порогами слуха и скоростью пульсовой волны нет никакой прямой связи. Тогда поищем третий фактор. Верхний порог слуховых частот составляет 20000 Гц. Значит у данного человека порог снижен. Поскольку заболевания слуховой системы отсутствуют, остается предположить, что дело в возрасте – старые люди обычно перестают слышать очень высокие звуки. В то же время в старости, как правило, возникают атеросклеротические изменения в стенках сосудов (хотя и не абсолютно обязательно). Стенки становятся более жесткими, а это приводит к увеличению скорости пульсовой волны. Следовательно, высказанное в условии задачи предположение вполне правомочно, хотя и не безусловно верно.

548. При изменении расстояния до рассматриваемого предмета кривизна хрусталика автоматически (рефлекторно) изменяется таким образом, чтобы изображение предмета на сетчатке оставалось резким. Можно ли сказать, что в данном случае происходит регулирование по отклонению? Если да, то в чем оно выражается?

Решение. Правило АСФ. Регулирование по отклонению состоит в сравнении текущего значения регулируемого показателя с требуемым и устранении возникающих различий (ошибки рассогласования). В данном случае требуется получить резкое (не расплывчатое) изображение точки. Без аккомодационного усилия эта точка будет выглядеть как расплывчатое пятно. Это и становится раздражителем для возникновения регуляторной реакции. Кривизна хрусталика будет меняться до тех пор, пока изображение пятна не превратится в точку. Разумеется, все это происходит очень быстро.

549. «Открылась бездна, звезд полна. Звездам числа нет, бездне дна» писал поэт. Пользовался ли он боковым зрением, когда увидел «бесчисленное» количество звезд?

Решение. Правило АСФ. Боковое зрение обеспечивается палочками, а центральное – колбочками, расположенными в центре сетчатки. Более чувствительны к свету палочки. Следовательно, благодаря им мы можем видеть и относительно слабо светящиеся звезды. Таким образом, используя боковое зрение (периферические зоны сетчатки), можно увидеть больше звезд, чем только центральным зрением.

550. Если бы размеры колбочек были в несколько раз больше, чем на самом деле, как изменилась бы при этом острота зрения?

Решение. Правило АСФ. Для того, чтобы лучи от двух максимально сближенных точек воспринимались раздельно (это и характеризует остроту зрения), необходимо, чтобы они попали на разные колбочки, разделенные хотя бы одной невозбужденной. По условию задачи возможности для этого уменьшились бы и, следовательно, острота зрения снизилась.

551. У испытуемого вызывали рефлекс Данини – Ашнера (глазо- сердечный) при открытых глазах. Он заявил, что при этом предметы стали двоиться. Не свидетельствует ли это о какой- то патологии?

Решение. Правило АРР-ВС обратное, поскольку известны различия полученных результатов, нужно установить их причину. Ситуация 1-2. Система «свет» по-разному действует на системы «глаз в обычном состоянии» и «глаз при надавленном глазном яблоке». Различия между узлами пересечения состоят в том, что в одном случае глазное яблоко в обычном состоянии, а в другом – в деформированном. Если одно глазное яблоко деформировано, или деформированы оба, но в разной степени, то лучи, идущие от одной и той же точки, попадают на неидентичные (диспарантные) точки обеих сетчаток. В естественных условиях это происходит, если лучи идут от разных точек. Поэтому и возникает при надавливании ощущение двух предметов. Без надавливания лучи от одной и той же точки попадают на идентичные элементы обеих сетчаток и в мозгу мы получаем изображение одной точки. На этом примере еще и еще раз убеждаемся в том, что, если организм ставят в искусственные условия, то в них он продолжает работать по своим генетически закрепленным программам. Это может приводить к неожиданным результатам, сущность которых необходимо понимать. Не случайно мы говорили об этом в главе об эволюционном подходе при выработке умения мыслить физиологически.

552. Почему мы не ощущаем кольцо, которое постоянно носим на пальце, но в то же время отчетливо чувствуем, что на этот палец села муха?

Решение. Применяем обратное правило АРР-ВС. Разница узлов пересечения ясна из условия. Она связана с элементом, определяемым словом «постоянно». При постоянном воздействии тактильного раздражителя происходит адаптация рецепторов и раздражение перестает восприниматься. Поэтому мы не ощущаем кольца. Прикосновение же лапок мухи, хотя и слабое, но внезапное. Порог для такого раздражения пока еще весьма низок, поэтому оно вызывает ощущение.

553. При передаче информации в сенсорных системах используется, в частности, принцип частотной модуляции. Можно ли утверждать, что одна и та же группа рецепторов передавала в двух разных экспериментах одинаковую информацию, если в каждом случае были зарегистрированы пачки импульсов, общее количество которых за единицу времени в каждой пачке было одинаково?

Решение. Правило АСС. Анализируем структуру системы «передача информации пачками импульсов». Частотная модуляция состоит в том, что при передаче разной информации изменяется не только суммарное количество импульсов, но и их распределение в каждой пачке. Например, одно и то же количество патронов за минуту можно израсходовать, стреляя и длинными, и короткими очередями, и «вперемешку». Следовательно, утверждение задачи неправомерно.

554. В системе регулирования величина выходной переменной поддерживается на постоянном уровне путем сравнения текущего значения этой величины с заданным значением и исправления в случае необходимости возникающей ошибки рассогласования. В этом состоит действие отрицательной обратной связи. Высказывается взгляд, в соответствии с которым возможно использование и другого принципа регулирования. Он заключается в том, что специальный задающий элемент отсутствует, но тем не менее отрицательная обратная связь существует и работает. Что же в таком случае сравнивается? Постройте на примере системы терморегуляции схему, отражающую реализацию такого принципа. В качестве измерительных элементов используйте холодовые и тепловые рецепторы.

Решение. Вам потребуется четкое понимание сущности процессов регулирования и структуры системы регулирования. Для этого вернемся к рис. 9,4.

УЭ – гипоталамические центры терморегуляции. ОУ – процессы теплопродукции и теплоотдачи. ИЭ – терморецепторы. И, наконец, ЗЭ – задающий элемент, клетки гипоталамуса, посылающие информацию о заданной температуре тела, которую необходимо поддерживать. Регулируемая величина РВ – температура тела.

Теперь нам нужно построить такую систему, в которой задающий элемент отсутствует, но тем не менее температура тела поддерживается

на определенном уровне. Что же в таком случае должен сравнивать блок сравнения, чтобы управляющий элемент мог выдавать необходимые команды? Очевидно, такие величины, которые тоже отражают изменения температуры тела, но не прямо, а косвенно.

В условии задачи упомянуты тепловые и холодовые рецепторы. Ясно, что их работа, а именно, частота поступающих от них импульсов зависит от температуры тела. Значит, будем сравнивать соответствующие частоты. Для этого нарисуем график, отражающий зависимость частоты импульсации обоих видов рецепторов от температуры (рис. 10.1). Как известно, при повышении температуры до определенного предела частота импульсации тепловых рецепторов растет, а Холодовых падает. Точка пересечения обеих кривых соответствует уровню температуры, который следует поддерживать. В таком случае блок сравнения будет сравнивать частоту импульсации от обоих видов рецепторов, а управляющий элемент – выдавать такие команды, после выполнения которых частота обеих импульсаций становится одинаковой.

По современным представлениям подобная схема вряд ли реально существует в организме, но задача позволит Вам проверить понимание общих принципов работы систем регулирования.

555. Если во время сильного волнения проверить вкусовые ощущения человека, то будут они усилены или ослаблены по сравнению с обычным состоянием?

Решение. Это простая задача, но она наглядно показывает преимущества работы по правилам по сравнению со столь распространенным угадыванием.

Сначала построим систему «ощущение вкуса». Правило АСФ. Элементы системы «вкусовое вещество во рту», «растворение этого вещества слюной», «проникновение растворенных частиц вещества к вкусовым рецепторам (вкусовым почкам)», «раздражение вкусовых рецепторов», «ощущение вкуса». Теперь применим прямое правило АРР-ВС. Вариант 1-2. Чем отличаются узлы пересечения при спокойном состоянии и сильном эмоциональном возбуждении? Разумеется, таких отличий много, но мы уже знаем, что искать нужно те, которые могут быть непосредственно связаны с элементами, входящими в узел пересечения. В таком случае выбираем элемент «растворение вкусового вещества слюной». Как известно, при сильном волнении слюноотделение тормозится. Поэтому в сухой полости рта вкусовые ощущения будут заметно ослаблены.

556. В сетчатке глаза имеются биполярные клетки, которые обеспечивают связь фоторецепторов (палочек) с зрительными центрами, находящимися в мозге. Каждая из этих клеток может образовывать синапсы с несколькими палочками. Данное явление называется синоптической конвергенцией. Оно способствует повышению чувствительности глаза к слабому свету. Почему это происходит?

Решение. Итак, если бы не было синаптической конвергенции, то биполярная клетка получала бы сигналы только от одной палочки, а не от нескольких.

В этом случае чувствительность глаза к слабому свету была бы ниже. Ситуация позволяет применить правило АРР-ВС. Вариант 1-2. Свет воздействует на две разные системы – реальную и предполагаемую. Узлы пересечения отличаются наличием и отсутствием синаптической конвергенции. Какова же ее роль?

При действии слабого света рецепторный потенциал, возникающий в одной отдельной палочке, может оказаться слишком слабым, чтобы возбудить биполярную клетку и вызвать ПД, распространяющийся по зрительному нерву. Если же биполярная клетка подвергается воздействию рецепторных потенциалов одновременно от нескольких палочек, то происходит,, пространственная суммация, обеспечивающая возникновение ПД даже при слабом световом воздействии. Если Вы четко представляете механизм возникновения ВПСП в нейронах, то решение можно было получить и по аналогии с этим процессом (задача 254).

557. Ночью предметы видны лучше, если не смотреть прямо на них. Как Вы объясните Это?

Решение. Когда мы слышим слово «ночь», то самая близкая ассоциация – палочки. Это еще одна задача на ту же тему. Применим обратное правило АРР-ВС. Сравним узлы пересечения в двух ситуациях – смотрим прямо, смотрим не прямо. В первом случае свет проходит вдоль оптической оси глаза и падает на сетчатку в центральной ямке. Во втором случае свет падает на периферические участки сетчатки. Именно в них находятся палочки, обладающие более высокой чувствительностью к слабому свету.

 

Задачи для самоконтроля

 

558. Глаз лягушки видит немного, но он прекрасно приспособлен к ловле Насекомых – основной их пищи. Все насекомые подвижны. В сетчатке глаза лягушки есть специальные детекторы, четко выделяющие движущийся предмет. Но неподвижные объекты лягушка просто не видит. Летом лабораторным лягушкам требуется много корма. Ловить и запускать в лягушатник живых мух хорошо в мультфильме, но не в научных лабораториях. Можно приучить лягушек питаться маленькими кусочками мяса. Но даже гору такой закуски лягушки не увидят, поскольку она неподвижна. Как же ученые вышли из затруднительного положения?

559. Как ни странно, но глаз человека подобен лягушачьему в том отношении что и мы перестаем видеть неподвижную точку, если она хотя бы несколько секунд действует на одни и те же элементы сетчатки. Однако этого не происходит и, как известно, можно весьма долго созерцать неподвижный предмет, «упулившись» в него. Как же это получается?

560. Хрусталик глаза у рыб имеет форму шара. В отличие от хрусталика млекопитающих он не может существенно изменять свою форму, что необходимо для рассматривания объектов на разных расстояниях. Следовательно, у рыб такая возможность ограничена. Испытывают ли они в связи с этим какие-нибудь неприятности?

561. У дальнозоркого человека отсутствуют очки, а ему необходимо прочесть всего несколько слов. Как это сделать, не используя никаких приспособлений?

562. Известный революционер и террорист Камо (Тер-Петросян), попав в тюрьму, симулировал психическое расстройство, выражавшееся в отсутствии боли. Он хохотал, когда ему прижигали кожу, кололи ее иголками и т.д. Однако у тюремных врачей все же возникли сомнения. На чем они основывались?

563. Почему самые разнообразные раздражители и к тому же различной модальности вызывают в рецепторных клетках единообразный ответ – возникновение рецепторного потенциала?

564. Задача для полностью самостоятельного ответа, требующая некоторого остроумия. Если на рецепторы, обладающие фоновой импульсацией, наносить слабое раздражение, то возникающий ответ трудно обнаружить, так как он будет мало отличаться от фона. Предложите способ, позволяющий выделить полезный сигнал, то есть, отличить ответ на воздействие от спонтанной импульсации.

565. Человек смотрит на группу людей и одновременно фотографирует ее. Отображение этой группы возникает и в мозгу, и на фотопленке. В каком случае имеет место обработка информации и в чем это выражается?

566. Два человека страдают дальнозоркостью и носят очки. Какой вопрос (один и тот же) нужно им задать, дабы убедиться, что причина дальнозоркости у них одинаковая или разная?

567. Один испытуемый некоторое время держал руку в сосуде с водой, а затем перенес ее в сосуд с водой температурой 20 градусов. Вода показалась ему холодной. Другой проделал аналогичный опыт, но ему вода в 20 градусов показалась теплой. В чем причина разных ощущений?

568. Человек страдает тугоухостью. Если при нем играют на скрипке или заставляют звучать камертон, он этого не слышит. Что сделать, чтобы он услышал хотя бы один из этих звуков?

569. Можете ли Вы найти нечто общее между ощущением горького вкуса хинина и борьбой с «закладыванием» ушей в самолете?

570. Азбука Брайля для слепых представляет собой различные совокупности выпуклых точек. Ощупывая их кончиками пальцев, слепой человек «читает» буквы. У. зрячих людей способность к такому «чтению» выражена значительно хуже. Объясните конкретную причину этих различий.

571. Если Вы решили задачу 559, то продолжите решение и подумайте, как в изящном эксперименте можно доказать наличие в деятельности зрительной сенсорной системы того явления, которое имелось в виду в задаче 559?

572. Если слезные железы перестают функционировать, то роговая оболочка пересыхает и подвергается различным заболеваниям. Дело может кончиться даже слепотой. Предложите способ компенсации отсутствия слезной жидкости у такого больного.

573. Перед Вами несколько человек. Как определить, кому из них была сделана операция по поводу удаления катаракты?

574. При переходе из темного помещения на яркий свет или наоборот проходит некоторое время, пока глаза приспособятся к новым условиям освещения.

Адаптация к темноте протекает дольше, чем к яркому свету. Почему?

575. В отличие от других тканей глаза хрусталик в течение жизни у многих людей постепенно дегенерирует. Это может привести к помутнению его – катаракте. Потребуется операция. Почему такие изменения свойственны именно хрусталику (и роговице) в большей степени, чем другим тканям глаза?

576. И овальное, и круглое окно в костной капсуле улитки затянуты эластичной мембраной. Если бы эта мембрана стала жесткой, восприятие звуков резко нарушилось бы. Почему?

577. КЧСМ является более низкой для слабых вспышек света. Определяли раздельно КЧСМ для палочек и колбочек. В каком случае величина КЧСМ оказалась выше?

578. Резонансная теория слуха Гельмгольца предполагала, что восприятие различной высоты звука основано на том, что в зависимости от высоты звука возникают колебания различных участков основной мембраны – резонируют и возбуждаются волокна основной мембраны, имеющие различную длину. Однако эта теория была опровергнута и заменена другой (теория бегущей волны). Известны однако, опыты в лаборатории И. П. Павлова, в которых разрушение различных участков кортиева органа приводило к выпадению условных рефлексов на звуки соответственно низкой или высокой частоты. Не подтверждает ли это справедливость резонаторной теории?

579. Если крыс приучают находить дорогу в лабиринте с многочисленными поворотами, то даже после выключения зрения, животные продолжают правильно проходить все повороты. Какую дополнительную операцию (одну из двух возможных) нужно сделать, чтобы крыса перестала ориентироваться в лабиринте?

580. Вкусовые сосочки содержат большое количество АХЭ. К какому типу рецепторов они относятся, первично- или вторичночувствующих?

581. Чтобы проверить, заряжена ли батарейка, электроды ее полюсов прикладывают к языку. На чем основан этот старинный способ?