Процессы переработки информации в центральной нервной системе

Процесс переработки информации в центральной нервной системе

связан с работой нейронов, нейронных сетей, мозговых структур ствола и конечного мозга. Нейроны как главные структурно-функциональные образования нервной системы имеют три уровня функциональной активности: состояние покоя, возбуждения и торможения.

Считается, что состояние покоя есть отсутствия внешнего возбудителя, раздражителя.

Надо помнить, что состояние покоя по своим качественно-количественным характеристикам явление относительное, так как все нервные структуры находится на определенном уровне функциональной активности, т.е. имеют специфический тонус напряженности.

Физический покой клетки — это активный процесс, во время которого восстанавливаются разности мембранного потенциала.

Состояние возбуждения формируется в результате воздействия внешнего раздражителя, какой-либо энергии на нейрон или нейронную сеть, что вызывает раздражение, возбуждение.

Источник возбуждения может находится внутри или вне организма.

По своей природе источник раздражения может быть:

• физический,
• химический,
• электрический,
• температурный и т.д.

Раздражение воспринимается сенсорной системой

Сенсорная система это часть нервной системы, которая состоит из ряда специальных компонентов.

Все известные части сенсорных систем включают как минимум следующие компоненты:

1) детекторы стимула — специализированные рецепторные нейроны;

2) первичный воспринимающий центр;

3) один или более вторичных воспринимающих и интегрирующих центров.

Обработанная внешняя информация во вторичном центре обогащается другими сенсорными системами, памятью и идентифицируется.

Таким образом, от источника раздражения сенсорная информация поступает в анализатор.

Анализатор — термин

введенный И.П. Павловым в 1909 г. для обозначения совокупности образований, активность которых обеспечивает разложение и анализ в нервной системе раздражителей, воздействующих на организм.

Анализатор состоит из трех частей:

1. периферический отдел — рецепторы;
2. проводящие пути — афферентные, по которым возбуждение передается в вышележащие центры нервной системы (нервы, нервные пути, промежуточные нервные центры, находящиеся в подкорке);
3. центральный отдел — корковые проекционные зоны.

Согласованные действия анализаторов могут быть нарушены.

Это приводит к ложным восприятиям и иллюзиям.

Недоразвитие какого-либо анализатора часто ведет к компенсаторному усилению других анализаторов ( у слепых обостряется слух, у глухих — зрение и обоняние).      Различные анализаторы обладают неодинаковой чувствительностью.

Например, зрительный — в пределах спектра солнечных лучей. Ультрафиолетовый и инфракрасные лучи человеческий глаз не воспринимает.

Слуховой анализатор воспринимает звуки с частотой колебаний от 16 до 22 тыс. в секунду.

Способность нервной структуры приходить в возбуждение при раздражении называется «возбудимостью». Под «возбуждением» понимается величина реакции на раздражение. Измеряется возбуждение величиной отклонения от уровня покоя.

В этой связи выделяется свойства анализаторов

абсолютная чувствительность или порог ощущений, т.е. способность анализаторов реагировать на очень слабые раздражители и способность анализатора реагировать на слабые различия раздражителей, т.е. чувствительность на различение или порог различения.

Осознание наличия сенсорного стимула называется ощущением.

Средние значения абсолютных порогов возникновения ощущений для разных органов чувств человека могут быть представлены следующим образом в таблице

Органы Чувств	Величина абсолютного порога возникновения ощущений
Зрение	Способность воспринимать ясной темной ночью пламя свечи на расстоянии до 48 км от глаза
Слух	Различение тикания ручных часов в полной тишине на расстоянии до 6 м
Вкус	Ощущение присутствия одной чайной ложки сахара в растворе, содержащем 8 л воды
Запах	Ощущение наличия духов при лишь одной их капле в помещении, состоящем из 6 комнат
Осязание	Ощущение движения воздуха, производимого падением крыла мухи на поверхность кожи с высоты около 1 см

Для количественного определения порога ощущений используются формулы.

1. Формула дифференциального (различительного) порога ощущений Бугера-Вебера следующая:

DI | I = const

• I — величина действующего стимула,
• DI — его приращение, т.е. величина на которую должен быть изменен показатель исходного стимула, чтобы человек ощутил изменение.

Данная закономерность не действует при очень малых и очень больших показателях стимула.

2. Формула Вебера- Фехнера:

S = K ´ LgI + C

• S — сила ощущения,
• I — величина действующего раздражителя,
• K — коэффициент пропорциональности,
• C — константа, различная для ощущений разных модальностей.

Психологам также полезно ориентироваться в законе Стивенсона.

Согласно закона Стивенсона зависимость между силой ощущения и величиной действующего раздражителя представляется формулой:

S = K ´ R

• S — сила ощущения;
• K — константа избранной единицы измерения; — показатель, зависящий от модальности ощущения и изменяющийся в пределах от 0,3 для ощущений громкости до 3,5 для ощущения, получаемого от удара электрическим током;
• R — значение воздействующего раздражителя.

Раздражение не вызывающее возбуждения называется подпороговым возбуждением

Сильные и сверхсильные возбуждения называются надпороговыми.

Реакция организма возможна лишь в том случае, когда в нервной системе возникает возбуждение, передающееся от рецептора в центральную нервную систему (головной или спинной мозг) и от нее к исполнительному органу, т.е. замыкается рефлекторная дуга.

• Рефлекторная дуга — цепь взаимосвязанных нейронов.

В простейшем случае двух- или трехзвенная связь.

Первый нейрон (чувствительный, афферентный) своим периферическим окончанием (рецептором) воспринимает раздражение, преобразует его в нервный импульс и направляет последний в центральную нервную систему (ЦНС).

В ЦНС, на том или ином уровне, происходит переключение на второй вставочный нейрон.

Разные рефлексы отличаются друг от друга уровнем переключения на 2-ой нейрон.

У одних это происходит в спинном мозгу, а у других — в продолговатом мозгу или на иных уровнях.

Характер реакции организма зависит от изменения значимости сигналов (раздражителей), которая приводит к сдвигам сенсорных порогов.

Собственно процесс формирования возбуждения, нервного импульса имеет электрохимическую основу (подробно см. модуль №1 «Физиология центральной нервной системы»). Возбуждение быстро распространяется по аксону без какого-либо ослабления сигнала двумя путями:

• индукционным влиянием электрического поля возбужденных нейронов на соседние невозбужденные (не является основным);
• через особые соединения — синаптические связи.

А.А. Ухтомский считал, что чем больше возбуждение

тем больше трата, тем больше идет поглощение энергии извне. Чем больше работает нервная система, тем больше она тянет на себя энергии из среды.

Не менее важен для работы нервной системы и тормозной процесс.

Торможение считается активным процессом, в результате которого возбуждение прекращается или затрудняется. Реакция организма невозможна тогда, когда наступает торможение. При торможении наблюдается обратный возбуждению процесс.

Таким образом, возбуждение из положительной величины переходит к отрицательной в зависимости от величины раздражителя, т.е. возбуждение и торможение есть функция от величины раздражителя. Между величиной возбудимости и величиной торможения прямой связи не существует.

В коре головного мозга человека постоянно чередуются очаги торможения и возбуждения.

Они находятся в движении и изменении своих количественно-качественных характеристик.

Динамика движения и взаимодействия этих процессов есть главные механизмы высшей нервной деятельности, которые действуют по законам иррадиации, концентрации, индукции.

Вместе с тем, следует учитывать и некоторые принципы распространения возбуждения.

• Принцип Геринга-Бремера означает что возбуждение, рождающееся от раздражения, имеет тенденцию разливаться по нервным центрам, так, что имеющаяся в данный момент реакция переводится в ее противоположность (например, вдыхание в выдыхание).
• Принцип Икскюлля преполагает, что возбуждение, рождающееся от раздражения, имеет тенденцию направляться всегда к центру, наиболее покоящемуся.

И, наконец, принцип доминанты, когда возбуждение имеет тенденцию направляться к центру, наиболее деятельному. (Подробно см. модуль по «Физиологии ВНД»).

Специализация нервной ткани

единственной функцией которой является восприятие сигналов приводит к тому, что эти клетки образуют так называемый рецептор. Информация из внешнего и внутреннего мира человека воспринимается рецепторами.

Рецептор (означает по латыни «приемник») — орган, преобразующий соответствующий вид внешней энергии в нервный импульс с сохранением информации. Рецепторы связаны с центростремительными, чувствительными нейронами.

Преимущественно распространены специфические рецепторы, которые воспринимает только один вид энергии (раздражения).

К примеру, рецепторы глаза способны воспринимать световые элекромагнитные волны; рецепторы уха — звуковые колебания воздуха.

Вместе с тем, существуют рецепторы, которые способны реагировать на стимулы различной природы.

Каждый рецепторный орган или система реагирует на события внешнего мира в пределах ограниченной зоны, называемой рецептивным полем. Например, кожный рецептор воспринимает только то, что происходит в его рецептивном поле — в ограниченном участке, расположенном на поверхности кожи.

Другие клетки берут на себя осуществление мышечной работы или секреции различных желез. Это эффекторы.

Некоторые рецепторы дают более интенсивную реакцию в начале воздействия сигнала, а затем реакция ослабевает. Такое снижение интенсивности ответа называют адаптацией. Скорость и степень адаптации при воздействии длительного раздражителя различна для разных рецепторных органов.

Рецепторы несут информацию (сообщают) о тех изменениях, которые происходят во внешнем мире: о времени появления или исчезновения стимула; о положении источника раздражения в пространстве; о качествах стимула — силе, интенсивности (например, цвет и яркость); о его количественных показателях.

Все перечисленные характеристики стимулов существенно влияют на субъективную интерпретацию их значения для организма( хорошо или плохо, больно или приятно и т.п.).

Каждый рецептор при своем возбуждении посылает нервный импульс по цепи синаптических переключений, специфичных для данной рецепторной системы. Сигналы передаются от более простых к более сложных структурам мозга, от одного уровня обработки информации к другому, вплоть до коры головного мозга.

На каждом уровне информация подвергается дополнительной обработке.

Напомним, что после того, как физические раздражители были преобразованы рецептором в нервные импульсы, они уже не имеют самостоятельного значения. С этого момента физическое событие существует только в виде кода нервных импульсов в специфических или неспецифических сенсорных каналах нервной системы.

Поведение человека представляет собой сочетание

сложившейся последовательности реакций на основе сенсорной информации, поведенческих актов, поступков в виде динамического стереотипа и ломки этого стереотипа в нестандартных условиях, требующих творческого подхода.

На этой основе человек формирует индивидуальный стиль своего поведения, профессиональной, спортивной или учебной деятельности с учетом особенностей высшей нервной деятельности.

Динамический стереотип — это устойчивый комплекс взаимосвязанных, обычно следующих друг за другом в одной и той же последовательности согласно соответствующей последовательности внешний воздействий. Этот комплекс реакций может быть достаточно точно воспроизведен при замене обычного стереотипа сигналов одним из них.

И.П. Павлов проводя эксперименты по формированию динамического стереотипа впервые употребил термин «система».

Динамический стереотип характеризует работу мозга как целого.

Оказалось, что к каждому предстоящему раздражителю в случае укрепления динамического стереотипа мозг автоматически, т.е. только на основе прежней тренировки и независимо от реального внешнего раздражителя, готовит состояние, качественно отражающее именно тот раздражитель, который применялся на этом место много раз в прежних тренировках.

Другими словами, мозг может на основе приобретенного опыта создавать некоторые целостные состояния независимо от складывающейся актуальной обстановки.

В этой связи существенное значение для процесса переработки информации в нервной системе человека имеет учение о доминанте. А.А.Ухтомский, читая книгу Рихарда Авенариуса «Критика чистого опыта» (1888-1890), второй том, наткнулся на описание параллельно идущих инервационных нервных рядов, которые работают по принципу доминанты. Он и использовал термин введенный Авенариусом.

Сущность механизма образования доминанты

состоит в том, что дальняя одиночная волна возбуждения, пробегая по нервной сети, оплодотворяет имеющиеся здесь ничтожные местные возбуждения.

И тогда местные ритмические возбуждения способны дать видимый эффект столько, сколько длиться дальняя волна.

Чем в меньшем состоянии возбуждения находится местное ритмическое возбуждение, тем большее влияние дальние волны окажут.

И чем выше состояние местного ритмического возбуждения, тем скорее дальние волны приведут к торможению.

Состояние доминанты (симптомокомплекс по Ухтомскому) образуется именно в том центре, который удовлетворяет четырем признакам:

1. повышенная возбудимость, т.е. порог возбудимости будущего доминантного центра должен быть по крайней мере равен по величине индеферентному импульсу (раздражителю), который по иррадиации идет к нему;
2. стойкость возбуждения, т.е. отсутствие мимолетности возбуждения во времени;
3. способность суммировать возбуждения при данной силе и частоте приходящих волн, не переходящая к угнетению (не сила , а способность усиливать (копить) свое возбуждение по поводу случайного импульса);
4. инерция, т.е. способность удерживать и продолжать в себе раз начавшееся возбуждение, когда первоначальный импульс миновал.

Симптомокомплекс доминанты заключается в том, что определенная центральная группа, в данный момент особенно возбудима и в первую голову принимает на себя текущие импульсы, но это связано с торможением в других центральных областях, т.е. угнетением специфических рефлексов.

Совокупность этих четырех признаков, по А.А. Ухтомскому, образуют специальный «орган» центральной нервной системы.

При этом под «органом» понимается любое сочетание, которое приводит к результату, т.е. орган это механизм с определенным однозначным действием. Это своеобразное рабочее сочетание тормозов и возбуждений. Текущее раздражение только подкрепляет имеющийся тормоз и углубляет имеющееся возбуждение.

Другими словами, это «подвижный физиологический орган нервной системы». Доминанта возникает как в головном мозге так и в спинном. Однако остается открытым вопрос о том, как может кора восстанавливать доминанту с самого начала без наличности прежних условий.

Пережитая доминанта при затухании не аннулируется, а тормозится до поры до времени. Однажды возникшая кортикальная связь с доминантой сохраняется.

Нарастание возбуждения в будущем доминантном центре, сопровождается торможением в других центрах. Объяснительные возможности поведения человека через доминантные процессы А.А. Ухтомский распространил даже на социальные, исторические и групповые процессы.

В результате получения разнородной по качеству и характеру распространения информации мозг реконструирует внешний мир, складывая вместе всю информацию, получаемую в данный момент от каждого из активированных анализаторов.

Эта совокупная интегрированная информации интерпретируется мозгом для создания той мысленной конструкции, образа, который будет нашим восприятием внешнего мира в любой данный момент времени.

Таким образом, нервная система человека обладает

способностью обеспечить высокую приспособительную возможность для своего организма,

а именно: способность к активному и опережающему отражению последовательно повторяющихся рядов внешних явлений, т.е. способности строить планы на будущее.

На основе этой формы отражения сформировался и специализировался и сам мозг как орган психической деятельности, т.е. орган всеобщего отражения мира в мыслительной деятельности человека.

Статья подготовлена © Psychology-info.ru