Исследование сенсорных функций

Исследование сенсорных функций.
Роль специализированных образований, называемых сенсорными системами, в жизнедеятельности человека трудно переоценить. Для того, чтобы осуществлять приспособительные реакции, организм должен получать информацию о характере изменений, происходящих в нем самом и в окружающем мире. Именно эту функцию осуществляют сенсорные системы. Их работа лежит в основе формирования разнообразных ощущений, восприятия окружающего мира и собственного состояния индивида, регуляции деятельности отдельных систем организма и целостных поведенческих реакций. Человеку присуще разнообразие сенсорных систем и относительно широкий диапазон их чувствительности, что позволяет анализировать различные виды информации. Сведения о функционировании сенсорных систем служат естественнонаучной основой для психологии чувственного познания, имеют непосредственно отношение к философской проблеме взаимосвязи объективного и субъективного.Сенсорная система – это совокупность периферических и центральных структур нервной системы, ответственных за восприятие сигналов различных модальностей из окружающей или внутренней среды. Сенсорные системы информируют организм обо всех изменениях, происходящих в окружающей среде, вызывая адекватные поведенческие реакции. Деятельность любой сенсорной системы начинается с восприятия рецепторами внешней для мозга физической и химической энергии, трансформации ее в нервные импульсы и передачи их в мозг через цепи нейронов, образующих ряд уровней в ЦНС. Сенсорные системы (по И.П. Павлову) – это совокупность сенсорных рецепторов, специализированных вспомогательных аппаратов, нервных волокон и многочисленных нейронов мозга, которые участвуют в обработке информации о сигналах внешнего или внутреннего мира, на основе которой формируются ощущения и восприятия – основа представления о мире. Все сенсорные системы состоят из трех основных отделов: периферического, проводникового и центрального, или коркового. В периферическом отделе с помощью сенсорных рецепторов происходит обнаружение сигналов внешнего и внутреннего мира, их первичное различение и превращение в электрический процесс. Основным компонентом периферического отдела сенсорных систем является рецептор (высокоспециализированная структура, которая способна воспринимать действие адекватного раздражителя внешней или внутренней среды и трансформировать его энергию в конечном итоге в потенциалы действия – специфическую активность нервной системы). В зависимости от того, из внутренней или внешней среды воспринимаются раздражения, все сенсорные рецепторы подразделяют на экстероцепторы и интерорецепторы.Экстерорецепторы воспринимают сигналы внешней среды. К ним относят фоторецепторы сетчатки глаза, фонорецепторы кортиевого органа, вестибулорецепторы полукружных каналов и мешочков преддверия, тактильные, температурные и болевые рецепторы кожи и слизистых оболочек, вкусовые рецепторы языка, обонятельные рецепторы носа. Среди интерорецепторов различают:висцерорецепторы, предназначенные для детекции изменений внутренней среды, представляют собой различные хемо-механо-, термо-, барорецепторы внутренних органов и кровеносных сосудов, а также ноцицепторы; проприрецепторы (рецепторы мышц и суставов, то есть опорно-двигательного аппарата). По характеру контакта со средой экстерорецепторы делятся на дистантные, получающие информацию на расстоянии от источника раздражения (зрительные, слуховые и обонятельные);контактные – возбуждающиеся при непосредственном соприкосновении с раздражителем (вкусовые, тактильные). В зависимости от вида модальности воспринимаемого раздражителя, то есть от природы раздражителя, на который рецепторы оптимально настроены, сенсорные рецепторы делятся на 5 основных групп: механорецепторы, терморецепторы, хеморецепторы, фонорецепторы, ноцицепторы. В проводниковом отделе осуществляется последовательная обработка сенсорной информации и проведение ее в высшие отделы мозга. В центральном или корковом отделе совершается окончательная обработка сенсорной информации и формируется вначале ощущение (то есть представление об отдельных свойствах сенсорного сигнала, или субъективный образ сигнала), а затем восприятие (перцепция), то есть целостное, интегральное отражение отдельных предметов или явлений внешнего мира. Именно восприятие составляет основу всей интеллектуальной деятельности человека, то есть мышления. Выделяют такие сенсорные системы: зрительная, слуховая, вестибулярная, соматическая (в том числе тактильная, температурная и ноцицептивная, или болевая), проприоцептивная, вкусовая, обонятельная, висцеральная (интероцептивная). Благодаря сенсорным системам у человека формируются соответственно 10 видов ощущений, или чувств, из которых один вид ощущений (возникающий на основе интероцептивной информации) – не всегда имеет четкое осознание. В зрительной, слуховой, вестибулярной, соматической, вкусовой и обонятельной сенсорных системах периферический отдел устроен достаточно сложно, то есть включает в себя множество морфологических структур, способствующих детекции сигнала. Для обозначения сложно устроенных периферических отделов введено такое понятие как органы чувств (огgапа sепsоrа). К ним относятся: глаз (орган зрения), ухо (орган слуха), вестибулярный аппарат (орган гравитации), кожа (орган осязания), вкусовые сосочки языка (орган вкуса) и нос (орган обоняния). В норме все сенсорные системы осуществляют свою деятельность не изолированно, а в тесном взаимодействии друг с другом. Так, функция зрительной системы изменяется под действием звукового раздражителя. При этом улучшается способность различать светлые объекты на темном фоне.Освещение глаз делает слышимые звуки более громкими. Такое сотрудничество обеспечивает одновременное восприятие различными рецепторными аппаратами сложных комплексных раздражителей, падающих на организм в обычных условиях существования. Кроме того, взаимосвязь анализаторов очень важна и в случае утраты одного из них. Так, например, отсутствие зрения компенсируется обострением слуховой и осязательной чувствительности, что позволяет слепым ходить без провожатых, «читать» с помощью пальцев рельефный текст. Эффективность выполнения спортивных упражнений во многом зависит от процессов восприятия и переработки сенсорной информации. Эти процессы обуславливают как наиболее рациональную организацию двигательных актов, так и совершенство тактического мышления спортсмена. Четкое восприятие пространства и пространственная ориентация движений обеспечиваются функционированием зрительной, слуховой вестибулярной, кинестетической рецепции. Сенсорная система выполняет следующие основные функции, или операции, с сигналами: обнаружение; различение; передачу и преобразование; кодирование; детектирование признаков; опознание образов. Обнаружение и первичное различение сигналов обеспечивается рецепторами, а детектирование и опознание сигналов – нейронами коры больших полушарий. Передачу, преобразование и кодирование сигналов осуществляют нейроны всех слоев сенсорных системДетектирование сигналов. Это избирательное выделение сенсорным нейроном того или иного признака раздражителя, имеющего поведенческое значение. Такой анализ осуществляют нейроны-детекторы, избирательно реагирующие лишь на определенные параметры стимула. Так, типичный нейрон зрительной области коры отвечает разрядом лишь на одну определенную ориентацию темной или светлой полоски, расположенной в определенной части поля зрения. При других наклонах той же полоски ответят другие нейроны. В высших отделах сенсорной системы сконцентрированы детекторы сложных признаков и целых образов. Примером могут служить детекторы лица, найденные недавно в нижневисочной области коры обезьян (предсказанные много лет назад, они были названы «детекторы моей бабушки»). Многие детекторы формируются в онтогенезе под влиянием окружающей среды, а у части из них детекторные свойства заданы генетически. Опознание образов. Это конечная и наиболее сложная операция сенсорной системы. Она заключается в отнесении образа к тому или иному классу объектов, с которыми ранее встречался организм, т. е. в классификации образов. Синтезируя сигналы от нейронов-детекторов, высший отдел сенсорной системы формирует «образ» раздражителя и сравнивает его с множеством образов, хранящихся в памяти. Опознание завершается принятием решения о том, с каким объектом или ситуацией встретился организм. В результате этого происходит восприятие, то есть мы осознаем, чье лицо видим перед собой, кого слышим, какой запах чувствуем.Сенсорные системы, обеспечивая приспособление организма к окружающей среде и ее познание, способны функционировать в широком диапазоне интенсивности раздражений. Высокая чувствительность сенсорных систем к адекватному раздражителю – важнейшее свойство, которое обеспечивает восприятие очень слабых раздражителей. Прежде всего, такой чрезвычайно высокой возбудимостью обладают рецепторы. Другим свойством сенсорных систем является способность к адаптации. Она заключается в основном в понижении абсолютной и повышении дифференциальной чувствительности при длительном действии раздражителя постоянной силы. Адаптационные процессы осуществляются на всех уровнях систем: в периферическом отделе это проявляется в изменении возбудимости и импульсации рецепторов, их функциональной мобильности (числа функционирующих рецепторов в зависимости от 9 функционального состояния организма и окружающей среды); в проводниковом отделе и в коре – в виде уменьшения числа активированных волокон и нервных клеток.Способность к сенситизации – повышению чувствительности сенсорных систем – может наблюдаться при возбуждении симпатической нервной системы, при увеличении количества катехоламинов, тироксина в крови, в условиях действия слабых раздражителей (например, повышение чувствительности слухового анализатора при действии звука в тишине). Данное свойство также повышает разрешающую способность сенсорных систем. Инерционность сенсорных систем – отставание возникновения ощущений от начала действия раздражителя и их продолжение после выключения раздражения. Отставание связано с наличием латентного периода возбуждения рецепторов, временем, необходимым для передачи возбуждения в синапсах нейронов, возбуждением ретикулярной формации и генерализации возбуждения в коре больших полушарий. Сохранение ощущения после действия раздражителя объясняется явлением последействия в ЦНС, которое, в основном, связано с циркуляцией возбуждения.Системный механизм восприятия обеспечивает улучшение оценки действующих на органы чувств объектов и явлений и иногда может сопровождаться угнетением возбуждения другой сенсорной системы. Данный механизм заключается во взаимодополнении, взаимовлиянии сенсорных систем, зависимости от функционального состояния организма. Взаимодополнения выражаются в оценке действующих на организм раздражителей с помощью различных сенсорных систем, благодаря чему формируется целостное представление о предметах и явлениях внешнего мира. Взаимовлияния сенсорных систем выражаются в изменении возбудимости одной системы при возбуждении другой, что проявляется либо в понижении, 10 либо в повышении соответствующих ощущений (например, шум ухудшает зрительное восприятие; при слабом освещении хуже воспринимается речь). Взаимовлияния сенсорных систем могут проявляться на разных уровнях. Особенно большую роль в этом играют кора большого мозга и ретикулярная формация. В основе данного физиологического процесса лежит принцип доминантных очагов возбуждения в ЦНС, а также активация нейронов вторичных сенсорных зон коры. При утрате одной из систем может повыситься чувствительность другой. Например, у слепых повышается чувствительность системы слуха.Чувствительность анализаторов оценивается тремя основными показателями. порог ощущения (абсолютный порог) – это минимальная сила раздражения, вызывающая такое возбуждение анализатора, которое субъективно воспринимается в виде ощущения. порог различения (дифференциальный порог) – минимальное изменение силы действующего раздражителя, воспринимаемое субъективно в виде изменения интенсивности ощущения (Э.Вебер,1834). При этом отношение прироста силы раздражения (∆I) к силе действующего раздражителя (I) есть величина постоянная (const): ∆I/I= const. интенсивность ощущений при одной и той же силе раздражителя может быть различной, так как это зависит от возбудимости анализатора на всех уровнях. Данную закономерность изучил Г.Фехнер (1969), установив, что интенсивность ощущения (Е) прямо пропорциональна логарифму силы раздражения (I): Е= aℓogI+b, где а и b – константы, различные для разных анализаторов. В любой сенсорной системе происходит кодирование информацииКодирование – процесс преобразования информации в условную форму (код), удобную для передачи по каналу связи. Кодирование информации в организме осуществляется с помощью нервных импульсов, при этом содержание информации определяется частотой импульсов (интервалами времени между отдельными импульсами), объединением их в пачки, числом импульсов в пачке, интервалами между пачками. Передача сигнала от одной клетки к другой во всех отделах анализатора осуществляется с помощью химического кода, т.е. различных медиаторов. Для хранения информации в ЦНС кодирование осуществляется с помощью структурных изменений в нейронах (механизмы памяти). В анализаторах кодируются качественная характеристика раздражителя (например, свет, звук) за счет специфичности рецепторов; сила раздражителя путем изменения частоты импульсов, т.е. их общим количеством в единицу времени (частотное кодирование); время его действия с момента начала возбуждения рецептора и окончания (временное кодирование), а также пространство или место действия раздражителя, которое кодируется величиной площади возбужденных рецепторов (пространственное кодирование), локализация раздражителя в среде, которое кодируется тем, что рецепторы различных участков тела посылают импульсы в определенные зоны коры большого мозга. В проводниковом отделе кодирование осуществляется только при передаче сигнала от одного нейрона к другому. Импульсы в отдельном нервном волокне формируются в пачки (паттерны), между которыми могут быть различные интервалы, в пачках – разное число импульсов, между пачками разные интервалы. В таламусе информация может кодироваться за счет изменения объема импульсации на входе и выходе и за счет пространственного кодирования, т.е. связи определенных нейронов с определенными рецепторами. В корковом отделе происходит частотно-пространственное кодирование, нейрофизиологической основой которого является пространственное распределение ансамблей специализированных нейронов и их связей с определенными рецепторами.Рассмотрим физиологию нескольких сенсорных систем:Первая и важная – зрительная сенсорная система является наиболее важной сенсорной системой человека, так как с ее помощью мозг получает 90% информации. Зрительное восприятие начинается с проекции изображения на сетчатку глаза, возбуждения ее фоторецепторов и заканчивается в мозговом отделе зрительной сенсорной системы возникновением зрительного образа и зрительных ощущений. Зрительная сенсорная система состоит из периферического, проводникового и мозгового отделов. Периферический отдел представлен фоторецепторами сетчатки глаза, которые делятся на 2 вида: колбочки (≈7 млн) содержат зрительный пигмент йодопсин и обеспечивают цветное зрение;палочки (≈ 130 млн) содержат зрительный пигмент родопсин и обеспечивают сумеречное зрение. Колбочки и палочки распределены на сетчатке глаза неравномерно. В центре сетчатки находится желтое пятно, содержащее преимущественно колбочки, центральное углубление его содержит только колбочки. Желтое пятно является местом наилучшего видения. Удаление от центра сетчатки к периферии сопровождается уменьшением количества колбочек и увеличением количества палочек. Самые периферические части сетчатки содержат исключительно палочки.Проводниковый отдел включает в себя 3 нейрона, соединенных нервными волокнами. 1 нейрон – биполярные клетки сетчатки; 2 нейрон – ганглиозные клетки сетчатки, образующие своими отростками зрительный нерв. Затем волокна этого нерва после неполного перекреста идут к ядрам верхних бугров четверохолмия, наружного коленчатого тела подушки зрительных бугров (3-и нейроны). Мозговой отдел: в затылочной области коры головного мозга находится ядерная часть зрительной сенсорной системы, а отдельные элементы мозгового отдела разбросаны в других участках коры больших полушарий.Для изучения функционального состояния зрительной сенсорной системы определяют остроту зрения, поле зрения, слепое пятно и способность к цветоощущению.Следующая сенсорная система: слуховая Она служит для восприятия анализа звуковых колебаний внешней среды и оценки временных интервалов – темпа и ритма движений. Слуховая сенсорная система состоит из периферического, проводникового и мозгового отделов. Периферический отдел представлен рецепторами, которыми являются волосковые клетки кортиева органа, расположенного в улитке внутреннего уха. Проводниковый отдел слуховой сенсорной системы – трехнейронная цепь. Тело первого нейрона располагается в спиральном ганглии улитки, от которого информация по слуховому нерву передается в продолговатый мозг (тело второго нейрона). После перекреста часть волокон идет к третьему нейрону нижних бугров четверохолмия, медиальному коленчатому телу зрительных бугров. Мозговой отдел слуховой сенсорной системы располагается в верхней части височной доли коры больших полушарий головного мозга. Для изучения функционального состояния слуховой сенсорной системы исследуют остроту слуха, костную и воздушную проводимость.Третьей сенсорной системой является вестибулярная, которая принимает активное участие в адаптации организма к действию различных гравитационных факторов среды. Естественным раздражителем вестибулярной системы является важнейший компонент физических упражнений – движение. Поэтому тренировка функций этого анализатора имеет в спорте очень большое значение. Многочисленные связи вестибулярного аппарата с различными отделами центральной нервной системы обеспечивают разнообразие рефлексов, возникающих при его адекватном раздражении. Это тонические рефлексы скелетных мышц шеи, туловища, конечностей, глазных мышц и вегетативные рефлексы внутренних органов: сердца, сосудов и желудочно-кишечного тракта. Расстройство функций вестибулярного аппарата у человека обычно сопровождаются возникновением головокружения, спонтанного нистагма глазных яблок, нистагма головы, изменением тонуса мышц конечностей.Вестибулярная сенсорная система обеспечивает равновесие тела и правильность перемещения его в пространстве, реагирует на перемену скорости при движении и перемену направления силы тяжести, а также участвует в регуляции мышечного тонуса. Периферический отдел вестибулярной сенсорной системы представлен проприорецепторами, расположенными в преддверии (отолитовый аппарат) и в ампулах полукружных каналов улитки внутреннего уха. Раздражителем рецепторов преддверия является смещение отолитов в связи с пространственными изменениями положения головы, раздражителем рецепторов полукружных каналов – смещение эндолимфы. Проводниковый отдел вестибулярной сенсорной системы: 1 нейрон расположен в вестибулярном ганглии, по вестибулярному нерву направляется в продолговатый мозг и заканчивается в системе вестибулярных ядер. Через эти ядра продолговатого мозга (2 нейрон) устанавливаются связи вестибулярных рецепторов с вегетативной нервной системой, ретикулярной формацией, мозжечком, спинным мозгом, гипоталамической областью и корой головного мозга. 3 нейрон располагается в зрительных бурах. Мозговой отдел вестибулярной сенсорной системы располагается в пределах височно-теменной области коры больших полушарий головного мозга. Для исследования функций вестибулярной сенсорной системы проводят специальные координационные пробы пальце-носовую пробу Ромберга и пробу Яроцкого, а также пробы с вращением отолитовую пробу, вращательную пробу и пробу непрерывной кумуляции ускорений Кориолиса.Немаловажную роль играет двигательная сенсорная система обеспечивающая формирование «мышечного чувства», оценивает положение тела в пространстве и позу, участвует в координации мышечной деятельности. Двигательная сенсорная система состоит из 3 отделов: Периферический отдел двигательной сенсорной системы представлен проприорецепторами, расположенными в мышцах, связках, сухожилиях, суставных сумках, фасциях. Это мышечные веретена, тельца Гольджи, тельца Пачини, свободные нервные окончания. Тельца Гольджи – это простые разветвления окончаний афферентного нерва, свободно лежащие или оплетающие сухожильные и отчасти мышечные волокна. Тельца Пачини располагаются в фасциях, суставах и сухожилиях. Тельца Гольджи и тельца Пачини возбуждаются при сокращении мышцы. Мышечные веретена – это более сложные, покрытые капсулой образования удлиненной формы. Они возбуждаются преимущественно при расслаблении мышц. Проводниковый отдел двигательной сенсорной системы представлен чувствительными нервами и проводящими путями спинного и головного мозга. От проприорецепторов импульсы по волокнам типа А достигают спинномозгового ганглия, где располагаются тела 1 нейронов проводящего пути. От него волны возбуждения по пучкам Голля и Бурдаха поступают в продолговатый мозг, где в ядрах Голля и Бурдаха располагаются тела 2 нейронов проводящего пути. Нервные пути от 2 нейронов после перекреста достигают зрительных бугров, где располагаются тела 3 нейронов проводящего пути. Мозговой отдел двигательной сенсорной системы располагается в лобной доле коры головного мозга в передней центральной извилине. Для оценки функционального состояния двигательной сенсорной системы исследуется проприоцептивная чувствительность. Следующей разберём тактильную сенсорную систему при выполнении физических упражнений обеспечивает восприятие ощущений прикосновения, его место, силу, продолжительность, амплитуду движения, что имеет особое значение при выполнении сложнокоординационных упражнений (например, в гимнастике, акробатике, прыжках в воду, катании на коньках, различных видах борьбы). Чувство партнера, воды, льда, лыжни, снаряда – эти ощущения невозможно получить без участия тактильной сенсорной системы, рецепторы которой располагаются в коже. Тактильная сенсорная система состоит из 3 отделов: Периферический отдел тактильной сенсорной системы представлен рецепторами кожи: тактильными, болевыми, температурными. Это диски Меркеля, тельца Мейснера, тельца Пачини. Диски Меркеля располагаются небольшими группами в глубоких слоях кожи и слизистых оболочек и реагируют на давление. Тельца Мейснера располагаются на поверхности кожи, лишенной волос и на слизистых оболочках, реагируют на прикосновение. Тельца Пачини располагаются на коже и воспринимают вибрацию. Тактильные рецепторы располагаются на поверхности тела неравномерно. Наибольшее их количество на губах, кончике языка, пальцах, наименьшее их количество на спине. Рецепторы возбуждаются при прикосновении к снарядам или телу противника, при растягивании кожи во время движений. Пространственный порог тактильной чувствительности – способность человека раздельно воспринимать прикосновение к двум соседним точкам. Проводниковый отдел тактильной сенсорной системы полностью совпадает с проводниковым отделом двигательной сенсорной системы. Мозговой отдел тактильной сенсорной системы располагается в лобной доле в задней центральной извилине. Тактильная и двигательная сенсорные системы функционируют как единое целое.Для обеспечения нормальной жизнедеятельности организма необходимы постоянство его внутренней среды, связь с непрерывно меняющейся окружающей внешней средой и приспособление к ней. Информацию о состоянии внешней и внутренней среды организм получает с помощью сенсорных систем, которые анализируют (различают) эту информацию, обеспечивают формирование ощущений и представлений, а также специфических форм приспособительного поведения. С помощью сенсорных систем организм познает свойства предметов и явлений окружающей среды, полезные и негативные стороны их воздействия на организм. Поэтому нарушения функции внешних сенсорных систем, особенно зрительного и слухового, чрезвычайно сильно затрудняют познание внешнего мира.