Сенсорная система

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Человеческий глаз, элемент зрительной системы

Сенсо́рная систе́ма — совокупность периферических и центральных структур нервной системы, ответственных за восприятие сигналов различных модальностей из окружающей или внутренней среды[1][2][3]. Сенсорная система состоит из рецепторов, нейронных проводящих путей и отделов головного мозга, ответственных за обработку полученных сигналов. Наиболее известными сенсорными системами являются зрение, слух, осязание, вкус и обоняние. С помощью сенсорной системы можно почувствовать такие физические свойства, как температура, вкус, звук или давление.

Также сенсорными системами называют анализаторы. Понятие «анализатор» ввёл российский физиолог И. П. Павлов[3]. Анализаторы (сенсорные системы) — это совокупность образований, которые воспринимают, передают и анализируют информацию из окружающей и внутренней среды организма.

Годы жизни, скорректированные по нетрудоспособности из-за заболеваний органов чувств на 100 000 жителей в 2002 году.[4]
     нет данных      менее 200      200-400      400-600      600-800      800-1000      1000-1200      1200-1400      1400-1600      1600-1800      1800-2000      2000-2300      более 2300

Общие принципы фунционирования и построения[править | править код]

Сенсорные системы подразделяются на внешние и внутренние; внешние снабжены экстерорецепторами, внутренние — интерорецепторами. В обычных условиях на организм постоянно осуществляется комплексное воздействие, и сенсорные системы работают в постоянном взаимодействии. Любая психофизиологическая функция полисенсорна[5].

К основным принципам конструкции сенсорных систем относятся[5]:

  • Принцип многоканальности (дублирование с целью повышения надёжности системы)
  • Принцип многоуровневости передачи информации
  • Принцип конвергенции (концевые разветвления одного нейрона контактируют с несколькими нейронами предыдущего уровня; воронка Шеррингтона)
  • Принцип дивергенции (мультипликации; контакт с несколькими нейронами более высокого уровня)
  • Принцип обратных связей (у всех уровней системы есть и восходящий, и нисходящий путь; обратные связи имеют тормозное значение как часть процесса обработки сигнала)
  • Принцип кортикализации (в новой коре представлены все сенсорные системы; следовательно, кора функционально многозначна, и не существует абсолютной локализации)
  • Принцип двусторонней симметрии (существует в относительной степени)
  • Принцип структурно-функциональных корреляций (кортикализация разных сенсорных систем имеет разную степень)

Время реакции[править | править код]

Время простой реакции, то есть время от момента появления сигнала до момента начала двигательного ответа, впервые было замерено в 1850 г. Гельмгольцем.[6] Оно зависит от того, на какой анализатор действует сигнал, от силы сигнала и от физического и психологического состояния человека. Обычно оно равно: на свет 100-200, на звук 120-150 и на электрокожный раздражитель 100-150 миллисекундам.[7]

Кодирование информации[править | править код]

Раздражимость как свойство организма — способность к ответу, позволяющая приспособиться к условиям среды. Раздражителем может быть любое химико-физическое изменение среды. Рецепторные элементы нервной системы позволяют воспринимать существенные раздражители и трансформировать их в нервные импульсы[8].

Наиболее важны следующие четыре характеристики сенсорных стимулов[8]:

  • тип
  • интенсивность (определяется деятельностью нижних уровней сенсорных систем; носит S-образный характер, то есть наибольшие изменения частоты импульсации нейрона происходят при варьировании интенсивности в средней части кривой, что позволяет улавливать малые изменения сигналов низкой интенсивности — закон Вебера — Фехнера)
  • местонахождение (например, локализация источника звука происходит благодаря разному времени прихода звуковой волны на каждое ухо (для низкочастотных сигналов) или межушным различиям стимуляции по интенсивности (для высокочастотных сигналов)[9]; в любом случае импульсация, несмотря на теоретическую возможность широкой дивергенции, передаётся по принципу меченой линии, что позволяет определить источник сигнала)
  • продолжительность.

Помимо «принципа меченой линии» иррадиацию возбуждения ограничивает латеральное торможение (то есть возбуждённые рецепторы или нейроны затормаживают соседние клетки, обеспечивая контраст)[8].

Зрительная система[править | править код]

Зрительная система обеспечивает функцию зрения.

Зрительная система (зрительный анализатор) у млекопитающих включает следующие анатомические образования:

Оптикобиологическая бинокулярная (стереоскопическая) система, эволюционно возникшая у животных, воспринимая электромагнитное излучение видимого спектра (света) и создавая изображение, одновременно формирует в виде ощущения (сенсо́рного чувства) представление о положении предметов в пространстве.

Зрение человека[править | править код]

Процесс психофизиологической обработки изображения объектов окружающего мира, осуществляемый зрительной системой, и позволяющий получать представление о величине, форме (перспективе) и цвете предметов, их взаимном расположении и расстоянии между ними. Из-за большого числа этапов процесса зрительного восприятия его отдельные характеристики рассматриваются с точки зрения разных наук — оптики (в том числе биофизики), психологии, физиологии, химии (биохимии). На каждом этапе восприятия возникают искажения, ошибки, сбои, но мозг человека обрабатывает полученную информацию и вносит необходимые коррективы. Эти процессы носят неосознаваемый характер и реализуются в многоуровневой автономной корректировке искажений. Так устраняются сферическая и хроматическая аберрации, эффекты слепого пятна, проводится цветокоррекция, формируется стереоскопическое изображение и т. д. В тех случаях, когда подсознательная обработка информации недостаточна, или же избыточна, возникают оптические иллюзии.

Слуховая система[править | править код]

Сенсорная система, обеспечивающая кодирование акустических стимулов и обусловливающая способность животных ориентироваться в окружающей среде посредством оценки акустических раздражителей. Периферические отделы слуховой системы представлены органами слуха и лежащими во внутреннем ухе фонорецепторами. На основе формирования сенсорных систем (слуховой и зрительной) формируется назывательная (номинативная) функция речи — ребёнок ассоциирует предметы и их названия.

Человеческое ухо состоит из трех частей:

  • Наружное ухо — латеральная часть периферического отдела слуховой системы млекопитающих, птиц, некоторых пресмыкающихся[10] и единичных видов земноводных[11][12][* 1]. У наземных млекопитающих включает ушную раковину и наружный слуховой проход; от среднего уха отделяется барабанной перепонкой[10][13][14][15][16]. Иногда последнюю рассматривают в качестве одной из структур наружного уха[17][18].
  • Среднее ухо — часть слуховой системы млекопитающих (в том числе человека), развившаяся из костей нижней челюсти[19] и обеспечивающая преобразование колебаний воздуха в колебания жидкости, наполняющей внутреннее ухо[20]. Основной частью среднего уха является барабанная полость — небольшое пространство объёмом около 1см³, находящееся в височной кости. Здесь находятся три слуховые косточки: молоточек, наковальня и стремечко — они передают звуковые колебания из наружного уха во внутреннее, одновременно усиливая их.

Обонятельная система[править | править код]

Сенсорная система восприятия раздражений у позвоночных, осуществляющая восприятие, передачу и анализ обонятельных ощущений.

  • Периферический отдел включает органы обоняния, обонятельный эпителий, содержащий хеморецепторы и обонятельный нерв. В парных проводящих нервных путях отсутствуют общие элементы, поэтому возможно одностороннее поражение обонятельных центров с нарушением обоняния на стороне поражения.
  • Вторичный центр обработки обонятельной информации — первичные обонятельные центры (переднее продырявленное вещество (лат. substantia perforata anterior), лат. area subcallosa и прозрачная перегородка (лат. septum pellucidum)) и добавочный орган (вомер, воспринимающий феромоны)
  • Центральный отдел — конечный центр анализа обонятельной информации — находится в переднем мозге. Он состоит из обонятельной луковицы, связанной ветвями обонятельного тракта с центрами, которые расположены в палеокортексе и в подкорковых ядрах.

Вкусовая система[править | править код]

Сенсорная система, при помощи которой воспринимаются вкусовые раздражения. Вкусовые органы — периферическая часть вкусового анализатора, состоящая из особых чувствительных клеток (вкусовых рецепторов). У большинства беспозвоночных вкусовые органы и органы обоняния ещё не разделены и являются органами общего химического чувства — вкуса и обоняния. Вкусовые органы насекомых представлены особыми хитиновыми волосками — сенсиллами, расположенными на ротовых придатках, в полости рта и др. В состав волоска входят опорные клетки, они окружают рецепторные клетки, дающие 2 тонких отростка — периферический, снабжённый видоизменённой ресничкой, которая заканчивается в области поры и непосредственно соприкасается со вкусовыми веществами, и центральный, идущий в центральную нервную систему. У низших позвоночных, например рыб, вкусовые органы могут располагаться по всему телу, но в особенности на губах, усиках, в ротовой полости, на жаберных дужках. У земноводных вкусовые органы находятся только в ротовой полости и отчасти в носовой. У млекопитающих животных и человека вкусовые органы помещаются главным образом на сосочках языка и отчасти на мягком нёбе и задней стенке глотки. Наибольшего развития вкусовые органы достигают у животных, медленно и хорошо пережёвывающих пищу.

Соматосенсорная система[править | править код]

Комплексная система, образованная рецепторами и центрами обработки нервной системы, осуществляющая такие сенсорные модальности, как осязание, температура, проприоцепция, ноцицепция. Соматосенсорная система также осуществляет контроль пространственного положения частей тела между собой. Необходима для выполнения сложных движений, управляемых корой головного мозга. Проявлением деятельности соматосенсорной системы является так называемое «мышечное чувство».

Сенсорная система человека[править | править код]

У человека имеются, согласно классификации по физической энергии стимула, являющейся для данного рецептора адекватной:

Рецептивное поле (поле рецепторов) — это область, в которой находятся специфические рецепторы, посылающие сигналы связанному с ними нейрону (или нейронам) более высокого синаптического уровня той или иной сенсорной системы. Например при определённых условиях рецептивным полем может быть названа и область сетчатки глаза, на которую проецируется зрительный образ окружающего мира, и единственная палочка или колбочка сетчатки, возбуждённая точечным источником света[30]. На данный момент определены рецептивные поля для зрительной, слуховой и соматосенсорной систем.

См. также[править | править код]

Комментарии[править | править код]

  1. У некоторых видов, таких как Amolops tormotus (Feng et al. 2006), имеется полость перед барабанной перепонкой, которую можно считать наружным слуховым проходом, а следовательно, и наружным ухом.

    — Schoffelen et al., 2008[12].

Примечания[править | править код]

  1. Хандверкер Х.  Глава 8. Общая сенсорная физиология // Физиология человека: в 3-х томах. Т. 1. Пер. с англ = Human Physiology. Edited by R. F. Schmidt and G. Thews. 2nd, completely revised edition / под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса (перевод под ред. акад. П. Г. Костюка). — М.: Мир, 1996. — 323 с. — ISBN 5-03-002545-6. — С. 178—196.
  2. Смирнов В. М., Будылина С. М.  Физиология сенсорных систем и высшая нервная деятельность: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. — М.: Издат. центр «Академия», 2003. — 304 с. — ISBN 5-7695-0786-1. — С. 178—196.
  3. 1 2 Островский М. А., Шевелев И. А.  Глава 14. Сенсорные системы // Физиология человека. Учебник (В двух томах. Т. II) / Под ред. В. М. Покровского, Г. Ф. Коротько. — М. — 368 с. — (Учеб. лит. для студентов мед. вузов). — ISBN 5-225-02693-1. — С. 201—259.
  4. Mortality and Burden of Disease Estimates for WHO Member States in 2002 (xls). World Health Organization (2002). Архивировано 30 июля 2012 года.
  5. 1 2 Батуев А. С.  Глава 2. Сенсорная функция мозга. #1. Общие принципы конструкции сенсорных систем // Физиология высшей нервной деятельности и сенсорных систем. — 3. — СПб.: Питер, 2010. — 317 с. — ISBN 978-5-91180-842-6. — С. 46—51.
  6. Гельмгольц, К. Скорость распространения нервного возбуждения / К. Гельмгольц. – М.: Политиздат, 1923. – 134 с.
  7. Платонов К.К. Занимательная психология. - М.: Молодая гвардия, 1964. -384 с.
  8. 1 2 3 Батуев А. С.  Глава 2. Сенсорная функция мозга. #2-3. Закономерности обнаружения сигналов. Системная организация процессов кодирования информации // Физиология высшей нервной деятельности и сенсорных систем. — 3. — СПб.: Питер, 2010. — 317 с. — ISBN 978-5-91180-842-6. — С. 51—56.
  9. Альтман Я. А.  Глава 5. Пространственный слух // Слуховая система / Ред. Я. А. Альтман. — Л.: Наука, 1990. — 620 с. — (Основы современной физиологии). — ISBN 5-02-025643-9. — С. 366—448.
  10. 1 2 Гиляров (ред.), 1998, с. 393.
  11. Константинов, 1991, с. 446.
  12. 1 2 Schoffelen et al., 2008.
  13. Привес и др., 1985, с. 627.
  14. Краев, 1978, с. 317.
  15. Альтман, Таварткиладзе, 2003, с. 31.
  16. Шупляков, 1990, с. 156.
  17. Афанасьев и др., 2002, с. 365—366.
  18. Быков, 2001, с. 227.
  19. Длинный зверёк стал звеном в истории уха. Архивировано 31 мая 2013 года.
  20. Функционирование уха человека (слух). Биофайл. Научно-информационный журнал. Проверено 5 декабря 2012. Архивировано 7 декабря 2012 года.
  21. Воротников, 2005, с. 21.
  22. The Major Classes of Somatic Sensory Receptors
  23. Воротников, 2005, с. 23—24, 28.
  24. Шиффер Р.  Психология ощущений. Глоссарий к книге. — 2004.
  25. Хьюбел Д.  Глаз, мозг, зрение. — М.: Мир, 1990. — 240 с.
  26. Меденников П. А., Павлов Н. Н.  Гексагональная пирамида как модель структурной организации зрительной системы // Сенсорные системы. — 1992. — Т. 6, № 2. — С. 78—83.
  27. Лебедев Д. С., Бызов А. Л.  Электрические связи между фоторецепторами способствуют выделению протяженных границ между разнояркими полями // Сенсорные системы. — 1988. — Т. 12, № 3. — С. 329—342.
  28. Watson A. B., Ahumada A. J.  A hexahonal orthogonal-oriented pyramid as a model of image representation in visual cortex // IEEE Transactions on Biomedical Engineering. — Vol. 36, № 1. — P. 97—106.
  29. Воротников, 2005, с. 28.
  30. Kolb B., Whishaw I. Q.  Fundamentals of Human Neuropsychology. 6th edition. — Basingstoke: Palgrave Macmillan, 2008. — 913 p. — ISBN 0-7167-9586-8.

Литература[править | править код]

  • Нагель А.  Аномалии рефракции и аккомодации глаза / Пер. с немецкого В. Добровольского. — СПб.: Типография А. С. Суворина, 1881. — viii + 251 с.
  • Imbert A.  Les anomalies de la vision. — Paris: J. B. Bailliere et Fils, 1889. — vii + 365 p.
  • Longmore.  Руководство к исследованию зрения для военных врачей / Пер. Лаврентьева. — 1894.
  • Грегг Дж.  Опыты со зрением в школе и дома. — М.: Мир, 1970. — 200 с.
  • Грегори Р. Л.  Глаз и мозг. Психология зрительного восприятия. — М.: Прогресс, 1970. — 271 с.
  • Молковский А.  Зрение человека. — С.: Слово, 1983. — 347 с.
  • Хьюбел Д.  Глаз, мозг, зрение. — М.: Мир, 1990. — 239 с. — ISBN 5-03-001254-0.
  • Грегори Р. Л.  Разумный глаз. 2-е изд. — М.: Едиториал УРСС, 2003. — 240 с. — ISBN 5-354-00342-3.
  • Воротников С. А.  Информационные устройства робототехнических систем. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005. — 384 с. — ISBN 5-7038-2207-6.
  • Слуховая система // Физиология человека / Под ред. В. М. Покровского, Г. Ф. Коротько. — Медицина, 2007. — 656 с. — (Учебная литература для студентов медицинских вузов). — ISBN 5-225-04729-7.
  • Bradbury J (March 2004). «Taste perception: cracking the code». PLoS Biol. 2 (3): E64. DOI:10.1371/journal.pbio.0020064. PMID 15024416.
  • Smith DV, Margolskee RF (March 2001). «Making sense of taste». Sci. Am. 284 (3): 32–9. DOI:10.1038/scientificamerican0301-32. PMID 11234504.
  • Gleason, Michael. Chemoreception (2004).
  • Watson, Flora. Tarsal Taste Receptors of Flies  (недоступная ссылка — история) (2004). Архивировано 8 сентября 2006 года.
  • Scholey JM, Ou G, Snow J, Gunnarson A (November 2004). «Intraflagellar transport motors in Caenorhabditis elegans neurons». Biochem. Soc. Trans. 32 (Pt 5): 682–4. DOI:10.1042/BST0320682. PMID 15493987.
  • Augustine James R. Human Neuroanatomy. — San Diego, CA: Academic Press, 2008. — P. 360. — ISBN 978-0-12-068251-5.
  • Emile L. Boulpaep. Medical Physiology. — Saunders, 2003. — P. 352–358. — ISBN 0-7216-3256-4.
  • Flanagan, J.R., Lederman, S.J. Neurobiology: Feeling bumps and holes, News and Views, Nature, 2001 Jul. 26;412(6845):389-391.
  • Hayward V, Astley OR, Cruz-Hernandez M, Grant D, Robles-De-La-Torre G. Haptic interfaces and devices. Sensor Review 24(1), pp. 16–29 (2004).
  • Purves Dale. Neuroscience, Fifth Edition. — Sunderland, MA: Sinauer Associates, Inc, 2012. — P. 202—203. — ISBN 978-0-87893-695-3.