Основные принципы кодирования и передачи сенсорной информации

В НС кодирование информации главным образом осуществляется при помощи ПД (см. параграф 2.7). Кодирование происходит за счет изменения частоты импульсов, их количества, интервала между пачками (группами импульсов, следующих с относительно постоянной частотой).

Как уже отмечалось, анализ раздражителя идет на всех уровнях сенсорной системы. С помощью рецепторов возможна кодировка силы и некоторых качественных характеристик сигнала (например, место прикосновения к коже или частота звукового раздражителя).

Для каждого вида рецепторов существует свой адекватный раздражитель, т. е. раздражитель, к энергии которого рецептор наиболее чувствителен. Адекватный раздражитель может вызвать реакцию рецептора, обладая даже очень небольшим количеством энергии. Например, всего один фотон света изменяет состояние фоторецептора. Минимальная интенсивность адекватного раздражителя, которая приводит к реакции рецептора и генерации потенциала действия, называется абсолютным порогом чувствительности рецептора. Стимулы с еще меньшей интенсивностью являются подпороговыми. Однако рецептор можно возбудить и неадекватным раздражителем. В этом случае пороговая сила раздражителя будет гораздо больше. Например, при надавливании на глазное яблоко могут возникнуть зрительные ощущения.

Чем сильнее раздражитель, тем больше рецепторный потенциал, тем больше рецептор выделяет медиатора и тем больше частота ПД, распространяющихся по волокнам сенсорного волокна. Таким образом, сила раздражителя кодируется частотой ПД.

Кодировка некоторых других характеристик раздражителя возможна благодаря существованию в НС так называемых топических отношений

(греч. холост — место). В сенсорных системах это проявляется следующим образом. Рецепторы одной сенсорной системы занимают, как правило, определенный участок тела. Например, поверхность кожи или обонятельный эпителий представляют собой плоскости, на которые проецируются внешние воздействия.

Рецептивная поверхность — зона расположения рецепторов определенной сенсорной системы.

Например, сетчатка — рецептивная поверхность зрительного анализатора. Сигналы от соседних участков рецептивной поверхности передаются в соседние участки ЦНС (рис. 11.3).

Рис. 11.3. Схема топических отношений в сенсорных системах.

Такую параллельность в передаче информации и называют тоническими отношениями в ЦНС. Поэтому каждая точка рецептивной поверхности имеет свою проекцию на разных уровнях ЦНС, где представлены «карты» рецептивной поверхности. В результате возбуждение определенных точек рецептивной поверхности приводит к возбуждению строго определенных участков ЦНС. Причем для некоторых из этих карт характерны искаженные пропорции, так как площадь в ЦНС, на которую проецируется определенный участок рецептивной поверхности, пропорциональна плотности рецепторов на этом участке, а не его площади. Благодаря топическим отношениям кодируются качественные характеристики стимула.

Данный принцип передачи сигнала называют также кодированием «номером канала» — номером нервного волокна в соответствующем сенсорном нерве.

При некоторых заболеваниях, под действием наркотиков или при передозировке лекарственных препаратов сенсорные каналы могут «перепутываться». В этом случае реально действующие сенсорные сигналы воспринимаются человеком искаженно. Более того, они могут восприниматься даже другими сенсорными системами: например, вкусовое воздействие вызывает зрительные ощущения и т.и.

Закодированные сигналы от рецепторов направляются в ЦНС, где переключаются через ряд сенсорных центров, анализируются, перерабатываются и сопоставляются с другими видами информации. В каждом центре информация проходит через сеть нейронов, соединяющихся, но принципам как дивергенции (расхождения), так и конвергенции (схождения) (рис. 11.4).

Рис. 11.4. Конвергенция (а и б) и дивергенция (в) сенсорных сигналов:

• 1 — рецептивное поле нейрона «а»; 2 — рецептивное поле нейрона «б»;
• 3 — рецептивное поле нейрона «в»; б — перекрывание рецептивных полей нейронов

«а» и <<�б".

В результате дивергенции каждый сигнал от рецепторов передается по нескольким параллельным каналам, что повышает надежность передачи и позволяет быстрее перерабатывать информацию. Конвергенция приводит к тому, что для каждого сенсорного нейрона ЦНС существует определенное число рецепторов, способных влиять на его активность. Совокупность этих рецепторов называется рецептивным полем нейрона. Чем ближе к коре больших полушарий расположен сенсорный центр, тем сложнее рецептивные поля составляющих его нейронов. В ассоциативных зонах коры благодаря конвергенции разные нейроны могут реагировать на целостный сенсорный образ, формирующийся в результате конвергенции сигналов от нейронов разных сенсорных зон. Например, мы воспринимаем образ человека и с помощью зрительной сенсорной системы (внешний вид), и слуховой сенсорной системы (голос), и обонятельной (запах) и т. д. Существуют и более простые примеры создания сложных образов в результате конвергенции, например образ геометрической фигуры или музыкального аккорда и т. п.

Если каналы передают информацию от рецепторов одного типа, их называют специфическими или мономодальными. Если же в канале проходит информация от нескольких типов рецепторов, то это неспецифический модальный канал. Кроме того, на разных уровнях ЦНС от проводящих волокон каждой сенсорной системы отходят коллатерали к нейронам РФ. Работа НС невозможна без существования обратных связей, которые широко распространены и в сенсорных системах. Это проводящие пути, с помощью которых центры более высокого уровня влияют на нижележащие центры.