Лекция 10. Сенсорные системы
1. Сенсорная информация и рецепторы.
2. Физиология органа зрения.
3. Физиология органа слуха.
4. Вестибулярный аппарат.
5. Физиология обоняния.
6. Вкусовая рецепция.
7. Органы чувств и коррекция движений.
Сенсорная информация и рецепторы
Система анализа раздражителей определенной физической или химической природы, завершающаяся их кодированием в нервных структурах называется сенсорной системой.
Система кодирования информации заключается в двух принципах:
1) локализация окончания нервного сигнала в структуре ЦНС,
2) интенсивность сигнала.
Нарушение этих принципов кодирования приводит к ошибочным ощущениям.
В высших корковых проекциях сенсорных систем происходит расшифровка кода сигналов, их интеграция и формирование ощущений. Ощущение – это восприятие действительных событий, основанное на предшествующем опыте.
И. П. Павлов сформулировал понятие анализатора. Анализатор – это система чувствительных нервных образований, которые воспринимают и анализируют раздражения.Иными словами, анализатор – это восприятия окружающего мира на основе предыдущего опыта или механизм образования ощущения.
Структура всех анализаторов универсальна.
Анализатор состоит из рецепторных образований, афферентных путей и отделов ЦНС, где собственно и происходит анализ. От центрального отдела анализатора к эффекторам идут эфферентные нервы, которые призваны передать импульс действия.
| Название отдела (звена) | Функции отдела (звена) | |
| по положению в структуре анализатора | по функции в составе анализатора | |
| Периферический | Рецепторный орган | Рецепторами воспринимает специфическое раздражение и преобразует энергию этого раздражения в универсальную форму нервного импульса – электрическую волну, бегущую по нервному волокну |
| Проводниковый | Нервный путь | Проводит нервный импульс от рецептора к высшему нервному центру, проходя через низшие центры обработки информации, находящиеся в спинном мозге и стволе головного мозга |
| Центральный | Мозговой центр | Обрабатывает поступившую информацию и участвует в формировании ощущений. Находится в чувствительной зоне коры больших полушарий переднего мозга (в затылочных долях – высший отдел зрительного анализатора; в височных – слухового; в теменных – кожной чувствительности) |
Рецепторы могут быть организованы довольно просто, например, тактильные или вкусовые рецепторы, а могут быть организованы очень сложно, как глаз или ухо. В последнем случае их принято называть органами чувств.
Рецепторы различают по:
1. Уровню специфичности:
a. мономодальные (зрительный);
b. полимодальные(болевые) рецепторы.
2. Способам взаимодействияс раздражителями:
a. контактные (тактильные);
b. дисконтактные (зрительный, слуховые) рецепторы.
Орган зрения
Зрительная система представляет собой совокупность защитных, оптических, рецепторных и нервных структур, воспринимающих световую энергию в виде электромагнитного излучения с длиной волны от 400 до 700 нм. Острота зрения связана со способностью глаза воспринимать минимально различимое расстояние между двумя точками. Временные характеристики зрения описываются временем суммации и критической частотой мельканий. Орган зрения является для человека важнейшим из всех органов чувств. Он позволяет получить до 90% информации об окружающем мире. Орган зрения состоит из оптической и рецепторной систем, 
зрительного пути и центральной части анализатора, расположенной в затылочной доле коры больших полушарий.
Оптическая система глаза представлена роговицей, передней камерой глаза, хрусталиком, задней камерой глаза и стекловидным телом.
Рецепторная система – это сетчатка. Она представлена цветочувствительными клетками колбочками и светочувствительными клетками палочками.
Зрительный анализатор включает:
1. Периферический отдел представлен глазным яблоком, выполняющим светопреломляющую функцию. К его преломляющим средам относятся: роговица, жидкость передней камеры глаза, хрусталик и стекловидное тело.
Радужная оболочка, как диафрагма в фотоаппарате, регулирует поток света.
В центре радужной оболочки находится зрачок круглой формы, пропускающий внутрь глаза свет после его прохождения через роговицу. Величина зрачка определяет количество света, падающего на центральную часть хрусталика, и автоматически контролируется нервными волокнами радужной оболочки. У взрослого молодого человека диаметр зрачка колеблется от 2 до 9 мм. Как правило, зрачок рефлекторно реагирует на изменение освещенности, мгновенно сужаясь при ярком свете (рефлекс Витта).
Основной функцией хрусталика является преломление проходящих через него лучей света и фокусировка изображения на сетчатке. Преломляющая сила хрусталика непостоянна и зависит от его формы. Изменение формы хрусталика называется аккомодацией и происходит при сокращении или расслаблении цилиарной мышцы (ресничное тело), прикрепляющейся к хрусталику посредством цинновых связок. В связи с тем, что хрусталик не является идеальной линзой, лучи света, проходящие через его периферическую часть, преломляются сильнее. В результате этого возникает искажение изображения – сферическая аберрация. Чем меньше диаметр зрачка, тем меньше сферическая аберрация, т.к. сужение зрачка включает в действие аппарат аккомодации, обусловливающий увеличение преломляющей силы хрусталика.
Дефект светопреломляющих сред глаза, связанный с неодинаковой кривизной их преломляющих поверхностей, называется астигматизмом. В случае астигматизма из-за большей кривизны поверхности роговицы в горизонтальном или вертикальном сечении фокусировка лучей света происходит в разных плоскостях. Например, горизонтальные линии предмета будут сфокусированы на сетчатке, а вертикальные – впереди нее. В течение жизни хрусталик постепенно утрачивает прозрачность и эластичность, уменьшается сила аккомодации, а точка ближайшего ясного видения отодвигается вдаль. Развивается старческая дальнозоркость, или пресбиопия. В связи с анатомическими дефектами глазного яблока (удлиненный или короткий глаз) возникают нарушения рефракции (силы преломления), близорукость или дальнозоркость.
Близорукость (миопия) характерна для удлиненного глаза и возникает при ослабленной аккомодации. При миопии главный фокус оптической системы глаза располагается впереди сетчатки. Гиперметропия или дальнозоркость характерна для укороченного глаза. В этом случае зона четкого изображения находится за сетчаткой. При таких нарушениях сила аккомодации остается нормальной, в отличие от пресбиопии.
Практическое задание.
Рассмотреть рисунок и заполнить таблицу.
| Признак | Близорукость | Дальнозоркость |
| Место фокусировки изображения | ||
| Форма глазного яблока | ||
| Форма хрусталика | ||
| Форма линз корректирующих очков |
Пространство внутри глаза позади хрусталика заполнено стекловидным телом, представляющим собой желатинообразный коллоидный раствор.Задняя внутренняя поверхность глаза выстлана сетчаткой. Зрительная осьпересекает сетчатку в центральной ямке – фовеа – небольшом углублениидиаметром около 1 мм, где наблюдается наибольшая острота зрения.
Область вокруг центральной ямки сетчатки диаметром в целом 2-3 мм называется макулой или желтым пятном. Макула выполняет роль фильтра, поглощая большую часть коротких волн. Часть поля зрения, проецирующаяся на сосок, называется слепым пятном. В области слепого пятна ничего не видно,
т. к. здесь отсутствуют светочувствительные элементы.
В сетчатке глаза содержится рецепторы, около 130 млн. палочек и более 7 млн. колбочек. Палочки находятся на периферии, а колбочки в центре сетчатки. Колбочки обладают высокой чувствительностью к электромагнитным волнам длинной от 430 до 575 нм.
2. Проводниковый отдел: зрительный нерв является проводником световых раздражений от глаза зрительному центру и содержит чувствительные волокна.
Отойдя от заднего полюса глазного яблока, зрительный нерв выходит из глазницы и, войдя в полость черепа, через зрительный канал, вместе с таким же нервом другой стороны, образует перекрест (хиазму) под гиполаламусом. После перекреста зрительные нервы продолжаются в зрительных трактах. Зрительный нерв связан с ядрами промежуточного мозга, а через них — с корой больших полушарий.
Каждый зрительный нерв содержит совокупность всех отростков нервных клеток сетчатки одного глаза. В области хиазмы происходит неполный перекрест волокон, и в составе каждого зрительного тракта оказывается около 50% волокон противоположной стороны и столько же волокон своей стороны.
- Центральный отдел: затылочная доля коры больших полушарий.
Импульсы от световых раздражений по зрительному нерву проходят к мозговой коре затылочной доли, где расположен зрительный центр.
Химизм зрения достаточно прост. За счет энергии АТФ, выделяющейся из зрительных пигментов.
В волокна каждого нерва связаны с двумя полушариями мозга, причем изображение, получаемое на левой половине сетчатки каждого глаза, анализируется в зрительной коре левого полушария, а на правой половине сетчатки — в коре правого полушария.
Функция зрительного анализатора: восприятие, проведение и расшифровка зрительных сигналов.
В нормальном глазу изображение оказывается уменьшиным и перевернутым вследствие особого устройства глаза. Нормальное и прямое изображение предметов возникает в результате работы центрального отдела анализатора.
Наше зрение в норме обладает высокой остротой, бинокулярностью и восприятием пространства.
Острота зрения – это способность различать наименьшее расстояние между двумя точками. Она зависит от точности фокусировки изображения на сетчатке.
Бинокулярное зрение – формирование зрительного образа в процессе объединения двух монокулярных изображений от каждого глаза, сопровождающееся усилением впечатления глубины. Поскольку глаза расположены на определенном расстоянии, то в изображениях, фиксируемых разными глазами, имеются небольшие геометрические различия – диспарантность, которые тем больше, чем ближе расположен объект. Диспарантность (различие) двух изображений лежит в основе стереоскопии, т.е. восприятия глубины. При этом правые и левые половинки полей зрения каждого глаза представлены в разных полушариях. Создание целостного трехмерного изображения происходит на основании объединения монокулярных двухмерных изображений.
Для восприятия пространства имеет значение движения глаз и взаимное перекрывание полей правого и левого глаза.
Пока не существует единой теории, объясняющей восприятие цвета. Наиболее распространенной является теория Юнга – Гельмгольца, утверждающая, что колбочки воспринимают три основные цвета красный, желтый и синий. Ощущение цвета возникает при смешении этих цветов.
Орган слуха
Вначале звук попадает через наружное ухо к барабанной перепонке.
Колебания барабанной перепонки, вызываемые звуками разной высоты, длительности и громкости воспринимаются звукопроводящим аппаратом среднего уха по-разному. Слуховые косточки усиливают звуковые колебания в 60 раз. Колебания передаются в костный лабиринт внутреннего уха.
В костном лабиринте внутреннего уха расположен кортиев орган. Он представляет собой систему, где механические звуковые колебания превращаются в электрические колебания нервных импульсов.
Ухо человека воспринимает колебания с частотой от 16 до 20000 герц. Анализ звуковых колебаний заканчивается в височных областях коры. Высшим корковым отделам слухового анализатора принадлежит решающая роль в анализе частоты и направления звука, а также фонемный анализ речевых сигналов.
Предложена гипотетическая модель парного центра, нейроны которого распределены на левой и правой половине слухового анализатора. В зависимости от направления звука слева или справа сила звука воспринимается большей с той самой стороны.
Речь мы выделяем из огромного числа окружающих звуков. Это происходит в центре восприятия звука. Однако восприятие и расшифровка слов происходит в другом центре мозга – центре восприятия устной речи. Поэтому мы хорошо воспринимаем родной язык, а для восприятия иностранного языка необходимо дополнительное обучение, так как услышать слово – это не значит понять его смысл. Вначале слово в мозгу кодируется, как и другая информация, а затем в центре речи расшифровывается его смысл.
Вестибулярный аппарат
Вестибулярный аппарат включает в себя преддверие и три полукружных канала внутреннего уха.
На костных гребешках расширенных частей полукружных каналов имеются рецепторные волосковые клетки. Они погружены в желеобразную массу – купулу. Отклонения купулы приводят к изменению распределения зарядов на её поверхности с последующей деполяризацией клеточных мембран волосковых клеток.
Рецепторы прямолинейных ускорений находятся в мешочках и маточке преддверия. Здесь же находятся кристаллы отолиты. Они также оказывают влияние на отклонения купулы.
Возбуждение от чувствительных клеток вестибулярного аппарата передается к ядрам вестибулярного нерва, входящего в состав VIII пары черепно-мозговых нервов. Вестибулярный нерв состоит из клеток Скирпа, которые центральными отростками соединяются с ядрами продолговатого мозга.
Возбуждение вестибулярного нерва вызывает реакции в центрах рвоты, потоотделения, глазодвигательного нерва. Это ведет к вегетативным расстройствам: тошноте, рвоте, усиленному потоотделению.
Ведущая роль в возникновении вестибулярных расстройств принадлежит лимбической системе и ретикулярной формации мозга.
Вегетативные нарушения являются причинами таких состояний, как не проходящая морская болезнь, которой страдали некоторые мореплаватели.
Физиология обоняния
По происхождению обоняние и вкус – наиболее древние органы чувств. У человека биологическая значимость обонятельной рецепции резко понижена по сравнению с другими животными, что связано, прежде всего, с прямохождением.
У очень многих людей (по американским данным до 15 %) наблюдается полная аносмия, то есть отсутствие чувствительности к запахам. У многих людей наблюдается частичная аносмия при насморке.
Первичный анализ запахов осуществляется обонятельными клетками, на которых имеется множество цилиндрических выростов цитоплазмы. Эти выросты увеличивают площадь первичной рецепции в 100 – 150 раз. Обонятельные клетки лежат в стороне от главных дыхательных путей. Они выстилают верхний носовой ход. Для возбуждения обонятельных клеток необходимо, чтобы молекулы пахучих веществ вошли в контакт с чувствительными волосковыми клетками.
Запах вещества – это результат взаимодействия различных групп ферментов с пахучим веществом. Наиболее распространенной теорией восприятия запаха является, так называемая, стереохимическая теория. Согласно этой теории вещества, вызывающие запах, совпадают с ультрамикроскопической структурой обонятельных клеток на подобие ключа и замка. Однако, есть данные противоречащие этой теории. Возможно, что запах – это результат колебательных свойств молекул пахучих веществ.
Вкусовая рецепция
Основным органом вкусовой рецепции являются рецепторы, расположенные на языке. Такими рецепторами являются вкусовые почки, осуществляющие первичную вкусовую рецепцию. В каждой вкусовой почке находится по 9 – 10 рецепторных клеток, снабженных выростами. Эти выросты возбуждаются под действием химических раздражителей. От вкусовых почек отходят афферентные волокна, несущие возбуждение в центральные отделы анализатора.
Человек различает соленое (передние края языка), кислое (верхняя треть края языка), сладкое (кончик языка), горькое (корень языка). Кислый вкус обусловлен ионами Н+, солёный вкус - ионами Na +, а сладкий вкус ионами ОН-.
Существуют разные гипотезы, объясняющие механизмы возникновения вкусовых ощущений. Одна из них рассматривает возникновение вкуса как взаимодействие вкусовых веществ с рецепторами клеточных мембран. При этом большую роль может играть молекулярная структура веществ, вступающих во взаимодействие с рецепторными клетками.
Резкие вкусовые раздражители – перец, горчица – вызывают длительное последействие в результате раздражения вкусовых рецепторов.
Восходящие сигналы кодируются и передаются в высший подкорковый центр вкусового анализатора в продолговатом мозге. Далее в работу вступают обширные корковые зоны, отвечающие за вкус.
Органы чувств и коррекция движений
Д ля анализа движений мозг использует данные от разных органов, систем и прежде всего от проприоцептивной системы. Благодаря разным органам чувств мы достаточно точно оцениваем положение тела в пространстве, что дает возможность корректировать движение. Как известно, анализ движений происходит в высших центрах коры, в районе центральной извилины.
Огромное влияние на коррекцию движений имеет вестибулярный аппарат. Вестибулярный контроль мышечной деятельности зависит от функционального состояния спортсмена. При перетренировке, например, ухудшается переносимость вращательных проб.
Для коррекции движений очень важны такие органы чувств, как зрение и слух. С функцией слухового анализатора связана возможность оценки продолжительности и частоты отдельных движений. Это важно, например, в таком виде спорта, как гребля, где синхронность движений достигается с помощью звуковых команд.
Зрительный анализатор корректирует точность броска или удара. Здесь очень большое значение имеет ортофония – оптимальное состояние баланса зрительного анализатора. Значительное физическое напряжение сопровождается нарушением ортофонии. При этом ухудшается точность ударов и бросков.
В некоторых видах спорта таких как горные лыжи, спортивные игры важная роль принадлежит периферическому зрению.
Ну а такие виды спорта, как стрельба или городки напрямую зависят от остроты зрения. Чем выше тренированность спортсмена, тем выше точность его пространственной ориентации.