|
Âîñïðèÿòèå
Íåéðîííûå ìåõàíèçìû âîñïðèÿòèÿ
Ñâåäåíèÿ, íàêîïëåííûå çà ïîñëåäíèå äåñÿòèëåòèÿ î íåéðîíàõ ñåíñîðíûõ ñèñòåì, ïîäòâåðæäàþò äåòåêòîðíûé ïðèíöèï íåéðîííîé îðãàíèçàöèè ñàìûõ ðàçíûõ àíàëèçàòîðîâ. Äëÿ çðèòåëüíîé êîðû áûëè îïèñàíû íåéðîíû-äåòåêòîðû, èçáèðàòåëüíî îòâå÷àþùèå íà ýëåìåíòû ôèãóðû, êîíòóðà — ëèíèè, ïîëîñû, óãëû.
Âàæíûì øàãîì â ðàçâèòèè òåîðèè ñåíñîðíûõ ñèñòåì ÿâèëîñü îòêðûòèå êîíñòàíòíûõ íåéðîíîâ-äåòåêòîðîâ, ó÷èòûâàþùèõ, êðîìå çðèòåëüíûõ ñèãíàëîâ, ñèãíàëû î ïîëîæåíèè ãëàç â îðáèòàõ.  òåìåííîé êîðå ðåàêöèÿ êîíñòàíòíûõ íåéðîíîâ-äåòåêòîðîâ ïðèâÿçàíà ê îïðåäåëåííîé îáëàñòè âíåøíåãî ïðîñòðàíñòâà, îáðàçóÿ êîíñòàíòíûé ýêðàí. Äðóãîé òèï êîíñòàíòíûõ íåéðîíîâ-äåòåêòîðîâ, êîäèðóþùèõ öâåò, îòêðûò Ñ Çåêè â ýêñòðàñòðèàðíîé çðèòåëüíîé êîðå. Èõ ðåàêöèÿ íà îïðåäåëåííûå îòðàæàòåëüíûå ñâîéñòâà öâåòîâîé ïîâåðõíîñòè îáúåêòà íå çàâèñèò îò óñëîâèé îñâåùåíèÿ.
Èçó÷åíèå âåðòèêàëüíûõ è ãîðèçîíòàëüíûõ ñâÿçåé íåéðîíîâ-äåòåêòîðîâ ðàçëè÷íîãî òèïà ïðèâåëî ê îòêðûòèþ îáùèõ ïðèíöèïîâ íåéðîííîé àðõèòåêòóðû êîðû. Â. Ìàóíòêàñë (V. Ìîèøñàçïå) — ó÷åíûé èç ìåäèöèíñêîé øêîëû Óíèâåðñèòåòà Äæîíñà Ãîïêèíñà — â 60-õ ãîäàõ âïåðâûå îïèñàë âåðòèêàëüíûé ïðèíöèï îðãàíèçàöèè êîðû áîëüøèõ ïîëóøàðèé. Èññëåäóÿ íåéðîíû ñîìàòîñåíñîðíîé êîðû ó íàðêîòèçèðîâàííîé êîøêè, îí íàøåë, ÷òî îíè ïî ìîäàëüíîñòè ñãðóïïèðîâàíû â âåðòèêàëüíûå êîëîíêè. Îäíè êîëîíêè ðåàãèðóþò íà ñòèìóëÿöèþ ïðàâîé ñòîðîíû òåëà, äðóãèå — ëåâîé, à äâà äðóãèõ òèïà êîëîíîê ðàçëè÷àëèñü òåì, ÷òî îäíè èç íèõ èçáèðàòåëüíî ðåàãèðîâàëè íà ïðèêîñíîâåíèå èëè íà îòêëîíåíèå âîëîñêîâ íà òåëå (ò.å. íà ðàçäðàæåíèå ðåöåïòîðîâ, ðàñïîëîæåííûõ â âåðõíèõ ñëîÿõ êîæè), äðóãèå — íà äàâëåíèå èëè íà äâèæåíèå â ñóñòàâå (íà ñòèìóëÿöèþ ðåöåïòîðîâ â ãëóáîêèõ ñëîÿõ êîæè). Êîëîíêè èìåëè âèä òðåõìåðíûõ ïðÿìîóãîëüíûõ áëîêîâ ðàçíîé âåëè÷èíû è ïðîõîäèëè ÷åðåç âñå êëåòî÷íûå ñëîè. Ñî ñòîðîíû ïîâåðõíîñòè êîðû îíè âûãëÿäåëè êàê ïëàñòèíû ðàçìåðîì îò 20—50 ìêì äî 0,25—0,5 ìì. Ïîçæå ýòè äàííûå ïîäòâåðäèëèñü è íà íàðêîòèçèðîâàííûõ îáåçüàõ äðóãèå èññëåäîâàòåëè óæå íà íåíàðêîòèçèðîâàííûõ æèâîòíûõ (ìàêàêàõ, êîøêàõ, êðûñàõ) òàêæå ïðåäñòàâèëè äîïîëíèòåëüíûå äîêàçàòåëüñòâà êîëîí÷àòîé îðãàíèçàöèè êîðû.
Áëàãîäàðÿ ðàáîòàì Ä. Õüþáåëà è Ò. Âèçåëÿ ñåãîäíÿ ìû áîëåå äåòàëüíî ïðåäñòàâëÿåì êîëîí÷àòóþ îðãàíèçàöèþ çðèòåëüíîé êîðû. Èññëåäîâàòåëè èñïîëüçóþò òåðìèí «êîëîíêà», ïðåäëîæåííûé Â. Ìàóíòêàñëîì, íî îòìå÷àþò, ÷òî íàèáîëåå ïîäõîäÿùèì áûë áû òåðìèí «ïëàñòèíà». Ãîâîðÿ î êîëîí÷àòîé îðãàíèçàöèè, îíè ïîäðàçóìåâàþò, ÷òî «íåêîòîðîå ñâîéñòâî êëåòîê îñòàåòñÿ ïîñòîÿííûì âî âñåé òîëùå êîðû îò åå ïîâåðõíîñòè äî áåëîãî âåùåñòâà, íî èçìåíÿåòñÿ â íàïðàâëåíèÿõ, ïàðàëëåëüíûõ ïîâåðõíîñòè êîðû» Ñíà÷àëà â çðèòåëüíîé êîðå áûëè îáíàðóæåíû ãðóïïû êëåòîê (êîëîíîê), ñâÿçàííûõ ñ ðàçíîé ãëàçîäîìèíàíòíîñòúþ, êàê íàèáîëåå êðóïíûå. Áûëî çàìå÷åíî, ÷òî âñÿêèé ðàç, êîãäà ðåãèñòðèðóþùèé ìèêðîýëåêòðîä âõîäèë â êîðó îáåçüÿíû ïåðïåíäèêóëÿðíî åå ïîâåðõíîñòè, îí âñòðå÷àë êëåòêè, ëó÷øå ðåàãèðóþùèå íà ñòèìóëÿöèþ òîëüêî îäíîãî ãëàçà. Åñëè æå åãî ââîäèëè íà íåñêîëüêî ìèëëèìåòðîâ â ñòîðîíó îò ïðåäûäóùåãî, íî òàêæå âåðòèêàëüíî, òî äëÿ âñåõ âñòðå÷àþùèõñÿ êëåòîê äîìèíèðóþùèì áûë òîëüêî îäèí ãëàç — òîò æå, ÷òî è ðàíüøå, èëè äðóãîé. Åñëè æå ýëåêòðîä ââîäèëè ñ íàêëîíîì è êàê ìîæíî áîëåå ïàðàëëåëüíî ïîâåðõíîñòè êîðû, òî êëåòêè ñ ðàçíîé ãëàçîäîìè-íàíòíîñòüþ ÷åðåäîâàëèñü. Ïîëíàÿ ñìåíà äîìèíàíòíîãî ãëàçà ïðîèñõîäèëà ïðèìåðíî ÷åðåç êàæäûé 1 ìì.
Êðîìå êîëîíîê ãëàçîäîìèíàíòíîñòè, â çðèòåëüíîé êîðå ðàçíûõ æèâîòíûõ (îáåçüÿíà, êîøêà, áåëêà) îáíàðóæåíû îðèåíòàöèîííûå êîëîíêè. Ïðè âåðòèêàëüíîì ïîãðóæåíèè ìèêðîýëåêòðîäà ÷åðåç òîëùó çðèòåëüíîé êîðû âñå êëåòêè â âåðõíèõ è íèæíèõ ñëîÿõ èçáèðàòåëüíî ðåàãèðóþò íà îäíó è òó æå îðèåíòàöèþ ëèíèè. Ïðè ñìåùåíèè ìèêðîýëåêòðîäà êàðòèíà îñòàåòñÿ òîé æå, íî ìåíÿåòñÿ ïðåäïî÷èòàåìàÿ îðèåíòàöèÿ, ò.å. êîðà ðàçáèòà íà êîëîíêè, ïðåäïî÷èòàþùèå ñâîþ îðèåíòàöèþ. Ðàäèîàâòîãðàôû, âçÿòûå ñî ñðåçîâ êîðû ïîñëå ñòèìóëÿöèè ãëàç ïîëîñêàìè, îïðåäåëåííûì îáðàçîì îðèåíòèðîâàííûìè, ïîäòâåðäèëè ðåçóëüòàòû ýëåêòðîôèçèîëîãè÷åñêèõ îïûòîâ. Ñîñåäíèå êîëîíêè íåéðîíîâ âûäåëÿþò ðàçíûå îðèåíòàöèè ëèíèé.
 êîðå îáíàðóæåíû òàêæå êîëîíêè, èçáèðàòåëüíî ðåàãèðóþùèå íà íàïðàâëåíèå äâèæåíèÿ èëè íà öâåò. Øèðèíà öâåòî÷óâñòâè-òåëúíûõ êîëîíîê â ñòðèàðíîé êîðå îêîëî 100—250 ìêì. Êîëîíêè, íàñòðîåííûå íà ðàçíûå äëèíû âîëí, ÷åðåäóþòñÿ. Êîëîíêà ñ ìàêñèìàëüíîé ñïåêòðàëüíîé ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ ê 490-500 íì ñìåíÿåòñÿ êîëîíêîé ñ ìàêñèìóìîì öâåòîâîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè ê 610 íì. Çàòåì ñíîâà ñëåäóåò êîëîíêà ñ èçáèðàòåëüíîé ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ ê 490-500 íì. Âåðòèêàëüíûå êîëîíêè â òðåõìåðíîé ñòðóêòóðå êîðû îáðàçóþò àïïàðàò ìíîãîìåðíîãî îòðàæåíèÿ âíåøíåé ñðåäû.
 çàâèñèìîñòè îò ñòåïåíè ñëîæíîñòè îáðàáàòûâàåìîé èíôîðìàöèè â çðèòåëüíîé êîðå âûäåëåíî òðè òèïà êîëîíîê. Ìèêðîêîëîíêè ðåàãèðóþò íà îòäåëüíûå ãðàäèåíòû âûäåëÿåìîãî ïðèçíàêà, íàïðèìåð íà òó èëè äðóãóþ îðèåíòàöèþ ñòèìóëà (ãîðèçîíòàëüíóþ, âåðòèêàëüíóþ èëè äðóãóþ). Ìàêðîêîëîíêè îáúåäèíÿþò ìèêðîêîëîíêè, âûäåëÿþùèå îäèí îáùèé ïðèçíàê (íàïðèìåð, îðèåíòàöèþ), íî ðåàãèðóþùèå íà ðàçíûå çíà÷åíèÿ åãî ãðàäèåíòà (ðàçíûå íàêëîíû — îò 0 äî 180°). Ãèïåðêîëîíêà, èëè ìîäóëü, ïðåäñòàâëÿåò ëîêàëüíûé ó÷àñòîê çðèòåëüíîãî ïîëÿ è îòâå÷àåò íà âñå ñòèìóëû, ïîïàäàþùèå íà íåãî. Ìîäóëü — âåðòèêàëüíî îðãàíèçîâàííûé ó÷àñòîê êîðû, âûïîëíÿþùèé îáðàáîòêó ñàìûõ ðàçíîîáðàçíûõ õàðàêòåðèñòèê ñòèìóëà (îðèåíòàöèè, öâåòà, ãëàçîäîìèíàíòíîñòè è äð.). Ìî äóëü ñîáèðàåòñÿ èç ìàêðîêîëîíîê, êàæäàÿ èç êîòîðûõ ðåàãèðóåò íà ñâîé ïðèçíàê îáúåêòà â ëîêàëüíîì ó÷àñòêå çðèòåëüíîãî ïîëÿ (ðèñ. 9). ×ëåíåíèå êîðû íà ìåëêèå âåðòèêàëüíûå ïîäðàçäåëåíèÿ íå îãðàíè÷èâàåòñÿ çðèòåëüíîé êîðîé. Îíî ïðèñóòñòâóåò è â äðóãèõ îáëàñòÿõ êîðû (â òåìåííîé, ïðåôðîíòàëüíîé, ìîòîðíîé êîðå è äð.).
 êîðå ñóùåñòâóåò íå òîëüêî âåðòèêàëüíàÿ (êîëîí÷àòàÿ) óïîðÿäî÷åííîñòü ðàçìåùåíèÿ íåéðîíîâ, íî è ãîðèçîíòàëüíàÿ (ïîñëîéíàÿ). Íåéðîíû â êîëîíêå îáúåäèíÿþòñÿ ïî îáùåìó ïðèçíàêó. À ñëîè îáúåäèíÿþò íåéðîíû, âûäåëÿþùèå ðàçíûå ïðèçíàêè, íî îäèíàêîâîãî óðîâíÿ ñëîæíîñòè. Íåéðîíû-äåòåêòîðû, ðåàãèðóþùèå íà áîëåå ñëîæíûå ïðèçíàêè, ëîêàëèçîâàíû â âåðõíèõ ñëîÿõ.
Òàêèì îáðàçîì, êîëîí÷àòàÿ è ñëîèñòàÿ îðãàíèçàöèè íåéðîíîâ êîðû ñâèäåòåëüñòâóþò, ÷òî îáðàáîòêà èíôîðìàöèè î ïðèçíàêàõ îáúåêòà, òàêèõ, êàê ôîðìà, äâèæåíèå, öâåò, ïðîòåêàåò â ïàðàëëåëüíûõ íåéðîííûõ êàíàëàõ. Âìåñòå ñ òåì èçó÷åíèå äåòåêòîðíûõ ñâîéñòâ íåéðîíîâ ïîêàçûâàåò, ÷òî ïðèíöèï äèâåðãåíöèè ïóòåé îáðàáîòêè èíôîðìàöèè ïî ìíîãèì ïàðàëëåëüíûì êàíàëàì äîëæåí áûòü äîïîëíåí ïðèíöèïîì êîíâåðãåíöèè â âèäå èåðàðõè÷åñêè îðãàíèçîâàííûõ íåéðîííûõ ñåòåé. ×åì ñëîæíåå èíôîðìàöèÿ, òåì áîëåå ñëîæíàÿ ñòðóêòóðà èåðàðõè÷åñêè îðãàíèçîâàííîé íåéðîííîé ñåòè òðåáóåòñÿ äëÿ åå îáðàáîòêè.
Äâå ñèñòåìû: «÷òî» è «ãäå»
 çðèòåëüíîì àíàëèçàòîðå âûäåëÿþò äâå ñèñòåìû îáðàáîòêè èíôîðìàöèè: «×òî» è «Ãäå». Ñèñòåìà «×òî» îïîçíàåò îáúåêò. Ñèãíàëû â ñèñòåìå «×òî» áåðóò íà÷àëî îò ãàíãëèîçíûõ êëåòîê ñåò÷àòêè, êîòîðûå ïðîåöèðóþòñÿ â ñïåöèôè÷åñêîå òàëàìè÷åñêîå ÿäðî — ëàòåðàëüíîå êîëåí÷àòîå òåëî. Çàòåì ñèãíàë ïîñòóïàåò â ñòðèàðíóþ êîðó è ÷åðåç ýêñòðàñòðèàðíóþ êîðó äîñòèãàåò íèæíåâèñî÷íîé êîðû. êîðû íàðóøàåò âîñïðèÿòèå òîëüêî öâåòà, òîëüêî ôîðìû èëè äâèæåíèÿ îáúåêòà.
Íà óðîâíå àññîöèàòèâíîé êîðû ñèñòåìà «×òî» ïðåäñòàâëåíà â íèæíåâèñî÷íîé êîðå, ãäå ïðè ó÷àñòèè ãíîñòè÷åñêèõ åäèíèö ïðîèñõîäèò èíòåãðàöèÿ ïðèçíàêîâ îáúåêòà, ðàçäåëüíî îáðàáàòûâàåìûõ â ðàçíûõ çîíàõ çðèòåëüíîé êîðû.
Ñèñòåìà «Ãäå» îïðåäåëÿåò ëîêàëèçàöèþ îáúåêòà âî âíåøíåì çðèòåëüíîì ïîëå. Îíà áåðåò ñâîå íà÷àëî îò ãàíãëèîçíûõ êëåòîê ñåò÷àòêè òèïà Ó, êîòîðûå ïðîåöèðóþòñÿ íà âåðõíåå äâóõîëìèå. Åãî âåðõíèå ñëîè ðåàãèðóþò íà çðèòåëüíûå ñòèìóëû, à íèæíèå çàïóñêàþò äâèæåíèå ãëàç — ñàêêàäó, àìïëèòóäà è íàïðàâëåíèå êîòîðîé îáåñïå÷èâàþò ïîïàäàíèå ñòèìóëà â öåíòðàëüíîå ïîëå çðåíèÿ. Ñèãíàë èç äâóõîëìèÿ ÷åðåç òàëàìè÷åñêîå ÿäðî — ïîäóøêó — äîñòèãàåò ïàðèåòàëüíîé êîðû.  ïàðèåòàëüíîé êîðå ñõîäÿòñÿ äâà ïóòè: ñèãíàëû îò ðåòèíîòîïè÷åñêîé ïðîåêöèè â êîðå VI è îò äåòåêòîðîâ ïîëîæåíèÿ ãëàç. Ñëèÿíèå ðåòèíàëüíûõ è ïðîïðèîöåïòèâíûõ ïîòîêîâ ñîçäàåò êîíñòàíòíûé ýêðàí âíåøíåãî çðèòåëüíîãî ïîëÿ.  ðåçóëüòàòå âî âðåìÿ äâèæåíèÿ ãëàç, õîòÿ çðèòåëüíûé ñèãíàë è ñìåùàåòñÿ ïî ñåò÷àòêå, îáðàç çðèòåëüíîãî ìèðà íå ìåíÿåòñÿ. Ó íåéðîíîâ ïàðèåòàëüíîé êîðû ðåöåïòèâíûå ïîëÿ ïðåäñòàâëåíû ó÷àñòêàìè çðèòåëüíîãî ïîëÿ, à íå ó÷àñòêàìè ñåò÷àòêè.  ïàðèåòàëüíîé êîðå çðèòåëüíûé îáðàç äîïîëíåí ñèãíàëàìè î äâèæåíèè ãëàç.
Âîñïðèÿòèå öâåòà ñ ïîçèöèè âåêòîðíîé ìîäåëè îáðàáîòêè èíôîðìàöèè
Àíàëèçàòîð öâåòà âêëþ÷àåò ðåöåïòîðíûé è íåéðîííûé óðîâíè ñåò÷àòêè, ËÊÒ òàëàìóñà è ðàçëè÷íûå çîíû êîðû. Íà óðîâíå ðåöåïòîðîâ ïàäàþùèå íà ñåò÷àòêó èçëó÷åíèÿ âèäèìîãî ñïåêòðà ó ÷åëîâåêà ïðåîáðàçóþòñÿ â ðåàêöèè òðåõ òèïîâ êîëáî÷åê, ñîäåðæàùèõ ïèãìåíòû ñ ìàêñèìóìîì ïîãëîùåíèÿ êâàíòîâ â êîðîòêîâîëíîâîé, ñðåäíåâîëíîâîé è äëèííîâîëíîâîé ÷àñòÿõ âèäèìîãî ñïåêòðà. Ðåàêöèÿ êîëáî÷êè ïðîïîðöèîíàëüíà ëîãàðèôìó èíòåíñèâíîñòè ñòèìóëà.  ñåò÷àòêå è ËÊÒ ñóùåñòâóþò öâåòîîïïîíåíòíûå íåéðîíû, ïðîòèâîïîëîæíî ðåàãèðóþùèå íà ïàðû öâåòîâûõ ñòèìóëîâ (êðàñíûé-çåëåíûé è æåëòûé—ñèíèé). Èõ ÷àñòî îáîçíà÷àþò ïåðâûìè áóêâàìè îò àíãëèéñêèõ ñëîâ: +Ê-Ñ; -Ê+Ñ; +Ó-Â; -Ó+Â. Ðàçëè÷íûå êîìáèíàöèè âîçáóæäåíèé êîëáî÷åê âûçûâàþò ðàçíûå ðåàêöèè îïïîíåí-òíûõ íåéðîíîâ. Ñèãíàëû îò íèõ äîñòèãàþò öâåòî÷óâñòâèòåëüíûõ íåéðîíîâ êîðû.
Âîñïðèÿòèå öâåòà îïðåäåëÿåòñÿ íå òîëüêî õðîìàòè÷åñêîé (öâåòî÷óâñòâèòåëüíîé) ñèñòåìîé çðèòåëüíîãî àíàëèçàòîðà, íî è âêëàäîì àõðîìàòè÷åñêîé ñèñòåìû. Àõðîìàòè÷åñêèå íåéðîíû îáðàçóþò ëîêàëüíûé àíàëèçàòîð, äåòåêòèðóþùèé èíòåíñèâíîñòü ñòèìóëîâ. Ïåðâûå ñâåäåíèÿ îá ýòîé ñèñòåìå ìîæíî íàéòè â ðàáîòàõ Ð. Þíãà, ïîêàçàâøåãî, ÷òî ÿðêîñòü è òåìíîòà â íåðâíîé ñèñòåìå êîäèðóþòñÿ äâóìÿ íåçàâèñèìî ðàáîòàþùèìè êàíàëàìè: íåéðîíàìè Â, èçìåðÿþùèìè ÿðêîñòü, è íåéðîíàìè Â, îöåíèâàþùèìè òåìíîòó. Ñóùåñòâîâàíèå íåéðîíîâ-äåòåêòîðîâ èíòåíñèâíîñòè ñâåòà áûëî ïîäòâåðæäåíî ïîçæå, êîãäà â çðèòåëüíîé êîðå êðîëèêà áûëè íàéäåíû êëåòêè, ñåëåêòèâíî ðåàãèðóþùèå íà î÷åíü óçêèé äèàïàçîí èíòåíñèâíîñòè ñâåòà.
 îðãàíèçàöèè ãåøòàëüòîâ âîñïðèÿòèÿ ñóùåñòâåííóþ ðîëü âûïîëíÿåò ïàìÿòü. Ïðè ðàññìîòðåíèè îáúåêòà ãëàçà ïîñëåäîâàòåëüíî ôèêñèðóþò íàèáîëåå èíôîðìàòèâíûå òî÷êè. Öåïî÷êà òàêèõ ôèêñàöèé èíòåãðèðóåòñÿ â ãåøòàëüò íà îñíîâå èêîíè÷åñêîé ïàìÿòè. Âîñïðèÿòèå ìóçûêè (ìåëîäèè, àêêîðäîâ è ò.ä.) òàêæå ñâÿçàíî ñ ôîðìèðîâàíèåì ãåøòàëüòîâ.  ýòîì ïðîöåññå ó÷àñòâóåò êðàòêîâðåìåííàÿ ïàìÿòü.  íåé íåêîòîðîå âðåìÿ óäåðæèâàþòñÿ íå òîëüêî êîìïëåêñû ýëåìåíòîâ, íî è èõ âðåìåííûå ïàðàìåòðû: äëèòåëüíîñòü çâó÷àíèÿ ýëåìåíòîâ, èíòåðâàëû ìåæäó íèìè. Çâóêîâîé ãåøòàëüò — öåëîñòíîå îáðàçîâàíèå, õîòÿ îíî è èìååò ñâîþ ïðîòÿæåííîñòü âî âðåìåíè.  ñâÿçè ñ ýòèì ïîÿâèëñÿ íîâûé òåðìèí — çâóêîâûå îáúåêòû».
Ïðè ïîäãîòîâêå ýòîé ðàáîòû áûëè èñïîëüçîâàíû ìàòåðèàëû ñ ñàéòà http://www.studentu.ru