Характеристика основних видів чутливості

Зорові відчуття

Зір є основним джерелом інформації для людини. Зір, слух і нюх дозволяють отримувати інформацію (часто необхідну для виживання), віддалену від нас у просторі. Із цієї групи зір у людини має найбільш тонку будову.

Фізичним стимулом для зору є світло. Світло – це електромагнітне випромінювання, вид енергії, яка випромінюється Сонцем й іншою частиною Всесвіту. До електромагнітної енергії відноситься не лише світло, але і космічне випромінювання, рентгенівські промені, ультрафіолетове і інфрачервоне випромінювання, а також хвилі радіо-і телевізійного діапазону. Електромагнітна енергія поширюється у вигляді хвиль, довжина яких варіюється у величезному діапазоні – від найкоротших космічних променів (з довжиною хвилі 4 трильйонних долі сантиметра) до щонайдовших радіохвиль (довжина хвилі – декілька кілометрів). Очі людини чутливі тільки до крихітної ділянки цього діапазону – довжин хвиль від 400 до 700 нанометрів. Нанометр – це одна мільярдна метра, і видимий діапазон займає тільки дуже малу частину усього електромагнітного спектра. Випромінювання у видимому діапазоні називається світлом.

Серцем системи перетворень світла в зорове відчуття є рецептори. Клітини-фоторецептори сітківки ока підрозділяються на два види: палички і колбочки, названі так через свої форми. Ці два види рецепторів мають різну спеціалізацію, що відповідає різним цілям. Палички створені так, щоб бачити в умовах нічного освітлення; вони працюють при низькій інтенсивності і відповідають за чорно-білий зір, тобто не дають відчуття кольору. Колбочки реагують на високу інтенсивність світла, тобто краще функціонують при яскравому освітленні і відповідають за кольоровий зір.

Найцікавішою проблемою зорових відчуттів є механізми колірного зору. Є дві основні теорії колірного зору. Першу з них висунув Томас Янг у 1807 році. 50 років потому його теорію розвинув Герман фон Гельмгольц.

Згідно з трихроматичною теорією Янга–Гельмгольца (цю теорію називають також трикомпонентною), хоча людина може розрізняти безліч кольорів, у неї є тільки три типи колірних рецепторів (колбочок). Кожен рецептор чутливий до широкого діапазону довжини хвиль, але найсильніше він реагує на вузьку ділянку діапазону. Рецептор коротких хвиль найбільш чутливий до світла з короткою довжиною хвиль (синій колір), рецептор середніх хвиль – до хвиль середньої довжини (зелений і жовтий колір), а рецептор довгих хвиль, відповідно, до довгих хвиль (червоний колір). Спільна робота цих трьох рецепторів і визначає відчуття кольору. Тобто світло з певною довжиною хвилі стимулює ці три типи рецепторів різною мірою, і конкретне співвідношення активності в цих рецепторах веде до відчуття певного кольору. Отже, згідно з трихроматичною теорією, колірна якість кодується патерном активності трьох рецепторів.

Незважаючи на свої успіхи, трихроматична теорія не може пояснити деякі добре відомі явища колірного сприйняття. У 1878 році Евальд Герінг помітив, що з феноменологічної точки зору усі три кольори можна описати як такі, що складаються з одного або двох таких відчуттів: червоного, зеленого, жовтого і синього. Герінг відмітив також, що людина ніколи не сприймає що-небудь як червонясто-зелене або жовтувато-синє; суміш червоного і зеленого скоріш виглядатиме жовтою, а суміш жовтого і синього – білою. З цих спостережень виходить, що червоний і зелений утворюють опонентну пару, так само як жовтий і синій, і що кольори, що входять в опонентну пару, не можуть сприйматися одночасно. Поняття опонентних пар отримало подальшу підтримку з досліджень, в яких досліджуваний спочатку дивився на кольорове світло, а потім – на нейтральну поверхню. При розгляді нейтральної поверхні доліджуваний говорив, що бачить на ній колір, додатковий первинному.

Ці феноменологічні спостереження спонукали Герінга запропонувати іншу теорію колірного зору, названу теорією опонентних кольорів. Герінг вважав, що в зоровій системі є два типи світлочутливих елеентів. Один тип реагує на червоний або зелений, інший – на синій або жовтий. Кожен елемент протилежно реагує на два своїх опонентних кольори: у червоно-зеленого, наприклад, сила реакції зростає при пред’явленні червоного кольору і знижується при пред’явленні зеленого. Оскільки елемент не може реагувати відразу в двох напрямах, при пред’явленні двох опонентних кольорів одночасно сприймається білий колір. Теорія опонентних кольорів може пояснити спостереження Герінга, що стосуються кольору, а також інші факти. Вона пояснює, чому ми бачимо саме ті кольори, які бачимо. Ми сприймаємо тільки один тон – червоний або зелений, жовтий або синій, – коли баланс зміщений тільки в одного типу опонентної пари, і сприймаємо комбінації тонів, коли баланс зміщений у обох типів опонентних пар. Об’єкти ніколи не сприймаються як червоно-зелені або жовто-сині тому, що елемент не може реагувати в двох напрямах відразу. Крім того, ця теорія пояснює, чому випробовувані, які спочатку дивилися на кольорове світло, а потім – на нейтральну поверхню, говорять, що бачать додаткові кольори; якщо, наприклад, випробовуваний спочатку дивиться на червоне, то червона компонента пари стомлюється, внаслідок чого вступає в гру зелена компонента.

Таким чином, є дві теорії колірного зору – трихроматична і теорія опонентних кольорів, однак кожна з них деякі факти може пояснити, а деякі – ні. Десятиліттями ці дві теорії вважалися конкурентними, поки дослідники не запропонували компроміс – двохстадійну теорію, згідно з якою три типи рецепторів, передбачених у трихроматичній теорії, поставляють інформацію для світло-опонентних пар, розташованих на більш високому рівні зорової системи. Ця точка зору припускає, що в зоровій системі повинні існувати нейрони, що функціонують як блоки опонентних кольорів і оброблюють зорову інформацію після сітківки (яка містить три роди рецепторів відповідно до трикомпонентної теорії). І дійсно, такі світло-опонентні нейрони були виявлені в таламусі – одній з проміжних станцій між сітківкою і зоровою корою. Ці клітини мають спонтанну активність, яка підвищується під час реакції на один діапазон довжин хвиль і знижується під час реакції на інший. Так, деякі клітини, розташовані на більш високому рівні зорової системи, збуджуються швидше, коли сітківка стимулюється синім світлом, ніж коли вона стимулюється жовтим світлом; такі клітини складають біологічну основу синьо-жовтої опонентної пари.

11. 5. 2. Слух (слухова чутливість)

За допомогою слуху індивід отримує інформацію про поведінку віддалених від нього об’єктів. Подразниками для слухового аналізатора є коливання повітряного середовища, що є звуковими хвилями. У вузькому значенні звук – це такі пружні хвилі (коливальний рух частинок пружного середовища, що поширюється у вигляді хвиль), для яких створює у людини слухові відчуття. Ці коливання поширюються на всі боки від звучних тіл, що породжують їх – джерел звуку. Звукові хвилі мають складну фізичну будову. Розрізняють частоту коливань, амплітуду і форму звукових хвиль. Частота коливань визначається їх кількістю в одній одиниці часу. Слуховий аналізатор людини може сприймати в середньому звуки з частотою від 16 до 20 000 коливань на секунду. Амплітуда коливань вимірюється відстанню між вищою і нижчою точками звукової хвилі. За формою коливань розрізняють прості і складні звуки. Перші складаються з одноманітних коливальних рухів певної частоти і довжини звукових хвиль і мають синусоїдальну форму. Складні звуки сполучають в собі декілька простих; вони утворюються через механічне злиття декількох хвиль.

Розрізняють музичні тони і шуми. Останні характеризуються відсутністю певної періодичності коливань звукових хвиль, властивої музичним тонам.

Зазначені характеристики є фізичними характеристиками звуку. Під час дії на нас вони трансформуються в психічні (сенсорні). Чим більша амплітуда звукової хвилі, тим голоснішим нам здається звук, а чим більша його частота, тим вище (більш тоншим) він нам здається. Гучність і висота – основні сенсорні характеристики звуку. Здорова і досить молода людина чує звуки в діапазоні приблизно від 20 до 20 000 Гц. Частота 1 Гц відповідає висоті звуку, що видається звучним тілом, яке здійснює одне коливання в секунду. Відчуття гучності і висоти взаємопов’язані. Скажімо, у людини найбільша чутливість до звуку частотою 1000 Гц.

Існує низка теорій висотного слуху або сприйняття частоти звуку. Британському фізикові Рутерфорду (XIX століття) належить тимчасова теорія сприйняття частоти. Основні положення цієї теорії полягають в такому: звук викликає коливання слухової мембрани, частота яких дорівнює частоті джерела звуку; ритм коливань мембрани визначає ритм нервових імпульсів, що йдуть по слуховому нерву. Проте подальші дослідження показали, що максимальна частота нервових імпульсів, що передаються по нервовим волокнам, – усього лише близько 1000 Гц, а чути ми можемо звуки набагато більшої частоти.

Гельмгольцом була запропонована альтернативна теорія сприйняття частоти, яка дістала назву теорії місця розташування. Теорія заснована на припущенні, що нервова система інтерпретує збудження різних ділянок слухової мембрани як різні висоти (частоти) звуку. Наприклад, стимуляція рецепторів одних ділянок мембрани викликає відчуття високого звуку, а збудження рецепторів іншої ділянки – відчуття низького звуку. Таким чином, передбачалося, що характер збудження рецепторів мембрани, загальна картина її деформації під впливом звукової хвилі залежать від висоти звуку.

Експериментальні дослідження, проведені в другій половині XX століття, багато в чому підтвердили гіпотезу Гельмгольца. Проте з’ясувалося, що за допомогою цієї гіпотези неможливо пояснити сприйняття низькочастотних звуків: звукова хвиля частотою нижче 50 Гц деформує мембрану рівномірно, і рецептори, розташовані в різних частинах мембрани, не відрізняються за рівнем збудження. Як же тоді ми сприймаємо звуки частотою нижче 50 Гц?

Якщо у тимчасової теорії були проблеми з високими звуками, то у теорії місця розташування – з низькими. Нині уявляється правдоподібним припущення про існування двох механізмів сприйняття частоти: високі частоти кодуються (трансформуються в психічний образ) так, як це описано в теорії місця розташування, низькі частоти – відповідно до тимчасової теорії.

11. 5. 3. Нюх (чутливість до запахів)

Нюх забезпечує індивіда інформацією про хімічні суспензії в повітрі. Нюх грає набагато меншу роль у нашому житті, ніж у житті багатьох тварин. В цьому ми подібні хіба що до приматів і птахів, які свого часу перебралися на дерева, де інші види чутливості, наприклад, зір, набули вирішального значення. Живучи на землі, ми, проте, не відновили чутливість нюху до рівня наземних тварин. Коли мова заходить про нюх, мимоволі згадуєш наших друзів – собак. Дослідження показують, що чутливість до запахів у собак більша, ніж у людей, приблизно в тисячу разів.

Смакові відчуття

Основною функцією смакової чутливості є забезпечення індивіда інформацією про те, чи можна спожити всередину досліджувану речовину. Основні смакові якості – це кислуватість, солоність, солодкість і гіркота. Мабуть, усі інші смакові відчуття викликаються поєднанням цих чотирьох якостей. Хімічна основа смакових відчуттів досі недостатньо вивчена, тому не існує загальної відповіді на питання, які речовини за своєю хімічною будовою викликають основні смакові відчуття. Через це фахівцям в галузі харчових виробництв доводиться в більшості випадків діяти методом проб і помилок, удаючись до послуг дегустаторів.