Обработка и кодирование сенсорной информации Сознание – следствие ощущения

1.

Обработка и кодирование сенсорной информации
Сознание – следствие ощущения

2.

Сознание – следствие ощущений, которые являются
первым осознанным опытом
Гераклит
Знания приходят к человеку через двери органов чувств.
Протагор
Психическая жизнь состоит только из ощущений.
Платон
Ощущения и мнения – две основные ширмы, заслоняющие правду.
Аристотель
Ощущения есть ворота души.
Нет ни одной концепции человеческого мышления, которая частично
или полностью не порождалась бы органами чувств

3.

В эволюции сознание появляется, когда нервная система становится
достаточно сложной
Уровен
ь
Филогенез
Ощущение
Сознание
Артроподы
Чувствительность
Слепое зрение, ничего
не понимаю, не
осознаю
1
Позвоночные
Сенсорный порог
“Я почти сплю”
автоматические
движения
2
Млекопитающие,
птицы
Ощущения
Думаю
3
Человек
Внимательное
ощущение
“Я продумываю это”
Тревога
“Ничего другого не
существует
4

4.

ЭМПИРИКИ
(сенсуалисты)
J. Locke, G. Berkely, D.Hume
Все знания приходят через
сенсорный опыт.
При рождении человеческое
сознание - это чистый лист
(tabula rasa), на котором
ощущение (осознанный
опыт чувствительности)
оставляет свои заметки.
ПОЗИТИВИЗМ
(A. Comte, 19 век)
Применение эмпирических
методов естественных наук
в исследованиях поведения
человека.
Закономерности сознания
должны быть получены из
объективных наблюдений.
ПСИХОЛОГИЯ
Связь между физиологическим
характеристиками стимула и
атрибутами сенсорного опыта
– поведением человека или
животного.
Вопросы: Что такое?
Для чего?
ИДЕАЛИЗМ (Кант Э.)
Сознание не является комбинацией
пассивно полученных сенсорных
впечатлений.
Сознание конструируются в
соответствии с возможностями
нервной системы, предзнанием
объективно предшествующих
категорий (пространство, время,
причина).
ГЕШТАЛЬТ ПСИХОЛОГИЯ
Ощущения качественно
отличаются от физических
свойств стимула
Ощущения отражают
внутренние возможности
мозга организовать простые
чувства определенным
образом
СЕНСОРНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ
Как физический стимул
преобразуется в сенсорных
рецепторах, обрабатывается в
мозге, взаимодействует с
эффекторами.
Вопрос: Как?
Глядя в прошлое – сними шляпу, глядя в будущее – засучи рукава.

5.

Животные используют для ориентации
магнитное поле земли
Тритон
Лангусты
Летучая мышь
Зеленые черепахи

6.

Сенсорные системы включают в себя биосенсоры и всю
систему обработки, передаваемых ими сигналов.
Мы смотрим глазом, а видим мозгом.
Сенсорная информация важна для следующих
важнейших функций:
• чувствительность;
• контроль движения;
• поддержание активного состояния, регуляция
висцеральных функций.

7.

Человек пользуется зрением в диапазоне 9 порядков
освещенности: от 2·10-4 люкс (свет ночного безлунного
неба) до 105 люкс (солнечные пляжи или снега
горнолыжных курортов).
Наша слуховая система, воспринимая акустические
стимулы, перекрывает 12 порядков чувствительности:
между слуховым порогом (примерно10–11 Вт/м2 ) и болевым
ощущением (10 Вт/м2 ).

8.

Все сенсорные системы воспринимают
основные характеристики стимула
• Модальность
• Сила
• Продолжительность
• Локализация

9.

Основные характеристики стимула, воспринимаемые
в сенсорных системах
МОДАЛЬНОСТЬ (КАЧЕСТВО) - ХАРАКТЕРИЗУЕТ ФОРМУ ЭНЕРГИИ, КОТОРАЯ
ПРЕОБРАЗУЕТСЯ НЕРВНОЙ СИСТЕМОЙ В ЧУВСТВА.
7 ОСНОВНЫХ МОДАЛЬНОСТЕЙ - ЗРЕНИЕ, СЛУХ, ПРИКОСНОВЕНИЕ, ТЕМПЕРАТУРА,
БОЛЬ, ВКУС, ЗАПАХ.
ЗАКОН «СПЕЦИФИЧЕСКИХ ЭНЕРГИЙ» МЮЛЛЕРА (1826 г.) – «МОДАЛЬНОСТЬ
ЯВЛЯЕТСЯ СВОЙСТВОМ СЕНСОРНОГО НЕРВНОГО ВОЛОКНА, КОТОРОЕ
АКТИВИРУЕТСЯ ОПРЕДЕЛЕННЫМ ВИДОМ СТИМУЛА И ОБРАЗУЕТ СПЕЦИФИЧЕСКИЕ
СВЯЗИ В НЕРВНОЙ СИСТЕМЕ, ОТВЕТСТВЕННЫЕ ЗА СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ЧУВСТВА»

10.

Основные характеристики стимула, воспринимаемые
в сенсорных системах
СИЛА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ЗАВИСИТ ОТ СИЛЫ СТИМУЛА.
СЕНСОРНЫЙ ПОРОГ - НАИМЕНЬШАЯ СИЛА СТИМУЛА, КОТОРУЮ СУБЪЕКТ
МОЖЕТ ВОСПРИНЯТЬ.
Изменение порога:
1)
на уровне рецептора,
2)
на уровне центральных нервных структур.

11.

ЗАКОН ВЕБЕРА
ЗАКОН ФЕХНЕРА
Восприятие интенсивности стимула важно для: 1) для разделения стимулов по
силе; 2) для оценки становится ли стимул сильней или слабей.
ЗАКОН ВЕБЕРА о различении стимулов по силе - ( дельтаφ=K φ)
ЗАКОН ФЕХНЕРА связь между силой действующего стимула и интенсивностью
ощущения
ψ= K log (φ / φo)

12.

Основные характеристики стимула, воспринимаемые
в сенсорных системах
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ СТИМУЛА - ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ОЩУЩЕНИЯ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ
СООТНОШЕНИЕМ СИЛЫ СТИМУЛА И СПОСОБНОСТЬЮ ЕГО ВОСПРИЯТИЯ.
ЛОКАЛИЗАЦИЯ СТИМУЛА - СПОСОБНОСТЬ ЛОКАЛИЗОВАТЬ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ
РАЗЛИЧИТЬ ПРОСТРАНСТВЕННО БЛИЗКИЕ СТИМУЛЫ (порог двух точек).
И

13.

Основные характеристики стимула, воспринимаемые
в сенсорных системах
ВЫБОР ПОЛЕЗНОГО СТИМУЛА
Сенсорное удовольствие ЯВЛЯЕТСЯ СИГНАЛОМ ПОЛЕЗНОСТИ СТИМУЛА
(улучшения физиологического состояния) И МОТИВИРУЕТ ПОВЕДЕНИЕ
(кратковременно).
Комфорт – СОСТОЯНИЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ НОРМАЛЬНОСТИ И
ИНДИФФЕРЕНТНОСТИ ПО ОТНОШЕНИЮ К ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ (длительно).
Радость – ИНДИКАТОР ПОЛЕЗНОСТИ СОЗНАТЕЛЬНОГО АКТА ДЛЯ СУБЪЕКТА И
ВИДА.
Счастье – ИНДИФФЕРЕНТНЫЙ ОПЫТ УДОВЛЕТВОРЕННОГО УМА.

14.

Основные принципы организации сенсорных систем
1. ТРАНСДУКЦИЯ СИГНАЛА
2. РЕЦЕПТИВНОЕ ПОЛЕ
3. ТАЛАМУС – ВАЖНЕЙШАЯ СТРУКТУРА В ОБРАБОТКЕ СЕНСОРНОЙ
ИНФОРМАЦИИ
4. ИЕРАРХИЧЕСКАЯ И ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ
5. ТОПОГРАФИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ

15.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ
ОРГАНИЗАЦИИ
СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ
Разные сенсорные рецепторы имеют
различную морфологическую организацию
1. ТРАНСДУКЦИЯ СИГНАЛА
2. РЕЦЕПТИВНОЕ ПОЛЕ
3. ТАЛАМУС – ВАЖНЕЙШАЯ
СТРУКТУРА В ОБРАБОТКЕ
СЕНСОРНОЙ ИНФОРМАЦИИ
4. ИЕРАРХИЧЕСКАЯ И
ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ
ОРГАНИЗАЦИЯ СЕНСОРНЫХ
СИСТЕМ
5. ТОПОГРАФИЧЕСКАЯ
ОРГАНИЗАЦИЯ СЕНСОРНЫХ
СИСТЕМ
Modality
Receptor
Mechanoreception,
pain, temperature,
proprioception –
limbs and trunk
Proprioception - jaw
Olfaction
Peripheral nerve
CNS
Actual size
1 000 mm
100 mm
1 mm
Gustation
100 mm
Audition
Vestibular labyrinth
Vision
100 mm
100 mm
Трансдукция сигнала – преобразование различной энергии стимулов в
электрохимическую энергию (коды нервной системы для передачи сообщения)

16.

Cell body
Peripheral branch
(primary afferent fiber)
Central branch
Periphery
Terminal
Central
nervous
system
Все свойства стимула (модальность, сила, длительность, локализация)
преобразуются в коды нервной системы

17.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ
ОРГАНИЗАЦИИ
СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ
Рецептивное поле
1. ТРАНСДУКЦИЯ СИГНАЛА
2. РЕЦЕПТИВНОЕ ПОЛЕ
3. ТАЛАМУС – ВАЖНЕЙШАЯ
СТРУКТУРА В ОБРАБОТКЕ
СЕНСОРНОЙ ИНФОРМАЦИИ
Центральный
сенсорный
нейрон
Стимуляция прикосновением
в рецептивном поле
4. ИЕРАРХИЧЕСКАЯ И
ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ
ОРГАНИЗАЦИЯ СЕНСОРНЫХ
СИСТЕМ
5. ТОПОГРАФИЧЕСКАЯ
ОРГАНИЗАЦИЯ СЕНСОРНЫХ
СИСТЕМ
Электрод
Потенциалы
действия нейрона
Рецептивное поле центрального тактильного нейрона на коже предплечья;
во время стимуляции частота разрядов растет.
Рецептивное поле – пространство, где располагается рецептор и откуда он
трансформирует стимул.

18.

Первичные
афференты
Спинальный
ганглий
Периферический
нерв
MSp
Аксон моторного
нейрона
Сенсорные
волокна
Нервномышечный
синапс
Спинальные мотонейроны
и интернейроны
Мышечная
мембрана
Схема проведения афферентной и эфферентной информации
(первичные афференты, спинальный ганглий, нейроны спинного
мозга, мышечное волокно)

19.

.
Простая рефлекторная дуга:
1 – рецептор (в данном случае, в сухожилии);
2 – чувствительный (афферентный) нейрон.
Импульс движется к центрам в спинном мозге;
3 – вставочный (переключающий) нейрон;
4 – исполнительный (эфферентный) нейрон.
Импульс движется к рабочему органу;
5 – нервное окончание (эффектор), передающее
импульс исполнительному органу (в данном
случае, мышце).

20.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ
ОРГАНИЗАЦИИ
СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ
Кора
SI
1. ТРАНСДУКЦИЯ СИГНАЛА
SII
Таламус
вентробазальный
Тройничный
нерв
Медиальный
лемниск
Главное ядро
тройничного нерва
Ретикулярная
формация
Спинальное ядро
тройничного нерва
Ядра заднего
столба
2. РЕЦЕПТИВНОЕ ПОЛЕ
3. ТАЛАМУС – ВАЖНЕЙШАЯ
СТРУКТУРА В ОБРАБОТКЕ
СЕНСОРНОЙ ИНФОРМАЦИИ
4. ИЕРАРХИЧЕСКАЯ И
ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ
СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ
5. ТОПОГРАФИЧЕСКАЯ
ОРГАНИЗАЦИЯ СЕНСОРНЫХ
СИСТЕМ
Продолговатый
мозг
Схема проведения
соматосенсорной информации.
Задние столбы
Проприоспинальные
пути
Переднебоковой
канатик
Задний
корешок
Спинной
мозг
Моторные
пути
Красным обозначены лемнисковые
(специфические) проводящие пути;
Синим – экстралемнисковые
(неспецифические).
SI, SII – первая и вторая
соматосенсорные проекционные
зоны коры.

21.

Топографическая организация сенсорных
систем – соседние рецептивные поля на периферии
проецируются на соседние участки центральной
нервной системы.
Соматотопия - в соматосенсорной системе
Ренотопия – в зрительной системе
Тонотопия – в слуховой системе

22.

Соматосенсорная
область
ГГГгггГустаторная
Густаторная
область
область
Область речи
Соматосенсорная
область
Зрительная область
Слуховая область
Соматосенсорная
область

23.

Преобразование энергии стимула в коды нервной системы
Схема проведения и регистрации различных потенциалов

24.

Unstimulated
A
Stimulated
Mechanoreceptor
Extracellular side
Cytockeleton
B
Cytoplasmic side
Chemoreceptor
cAMP
Second messenger cascade
C
Vertebrate photoreceptor
Extracellular side
Cytoplasmic side
cGMP
Second messenger cascade
Cytoplasmic side
Disc interior
Light
Рецепторный потенциал в разных рецепторах возникает по-разному

25.

Сенсорная
трансдукция
Внешнее воздействие
цАМФ – циклический аденозинмонофосфат;
цГМФ – циклический гуанозинмонофосфат;
ИТФ - инозитолтрифосфат;
ДАГ – диацилглицерол > жирные кислоты
(арахидоновая, линоленовая).
Рецептор
Ферменты
Аденилатциклаза
Фосфодиэстераза
цАМФ
Вторичные
посредники
цГМФ
Na+
Na+
Фосфолипаза-С
Ионные каналы
ИТФ
Ca++
ДАГ-ЖК
Ca++
Рецепторный (генераторный) потенциал
деполяризация
гиперполяризация
деполяризация
деполяризация
Рецепторный ток
Импульсная передача сигнала
Электротоническая передача сигнала
Модуляция синаптической активности

26.

Кодирование характеристик стимула
Сила стимула
Amplifier to
oscilloscope
Action
potentials
Combined
response
Receptor
potentials
Stimulus
Закон Вебера-Фехнера A= f * N
A – интенсивность стимула; f – частота импульсации; N - число вовлеченных рецепторов
Сила стимула закодирована частотой разрядов и количеством
вовлеченных рецепторов.

27.

Ответы кожных рецепторов на
стимулы.
Регистрирующая
система
Стимулятор
Рецептор
Б, Г, Д. Импульсы (потенциалы
действия) рецептора давления
(МА-рецептор) в лишенной волос
подошве лапы кошки (записи
внизу) при стимуляции разными
грузами (верхние кривые).
А
Афферентное
волокно
МА-рецептор не обладал
спонтанной активностью.
1с
0.1
Н/см2
Б
А. Схема экспериментальной
установки; лапа кошки положена
центральной подушечкой вверх
так, что на нее можно
оказывать давление.
0.3
Н/см2
Г
0.6
Н/см2
Д
Закон Вебера-Фехнера : А= f · N
(f – частота импульсов, N-количество вовлеченных рецепторов)

28.

Длительность ощущения связана с длительностью стимула и воспринимаемой
интенсивностью
Быстро адаптирующиеся
Медленно адаптирующиеся
Рецепторный
потенциал
Стимул
Тельце Пачини
Connective tissue
laminae
Аксон
Длительность стимула закодирована в паттерне разрядов
быстро и медленно адаптирующихся рецепторов.

29.

Модальность (специфичность) стимула закодирована в типе
рецептора.
Закон специфических энергий (Мюллер, 1826) – сенсорные
рецепторы максимально чувствительны к определенному типу
стимулирующей энергии (код меченой линии).
Локализация стимула обусловлена функцией рецепторного
поля и центральных сенсорных нейронов (иерархическими и
топографическими принципами работы сенсорных систем).

30.

Мозаики в Янтарной комнате (Царское Село) по эскизам Джузеппе Дзоки (1711-1767)
Зрение
Вкус
Слух
Осязание
обоняние

31.

32.

33.

Уровни регуляции
(Сигнальные системы)
•Неизвестный ? (построение молекул)
•Генетический
•Цитокины, пептиды ( преимущественно локального
действия )
•Гормоны ( удаленная химическая регуляция )
•Нервная система ( центральная и периферическая; быстрая
удаленная электрохимическая регуляция )
•Сознание (центральная нервная система)

34.

Сознание
(центральная нервная
система)
Рецепторы (нервная
система)
Гормональная система
(норадреналин и др.)
?
?
Цитокины (IL-6 и др.)
?
Экспрессия генов
Набор функционирующих генов
??
Генотип, полиморфизм генов

35.

36.

37.

Данные Флоренского В.М. (1834-1899),
опубликованные в 1865 году
Из 1 358 287 человек, умерших в Сибири,
3 123 (т. е. 23 человека на 10 000 -0.23% )
умерли в возрасте от 90 до 125 лет
Они распределялись следующим
образом:
90 - 95 лет - 1 504
100 - 105 - 1 501
105 - 110 - 71
110 - 115 - 22
115 - 120 - 22
120 - 125 3