Методы исследования сенсорных систем

Функции сенсорных систем исследуют в электрофизиологических, нейрохимических и поведенческих опытах на животных, проводят психофизиологический анализ восприятия у здорового и больного человека, а также с помощью ряда современных методов картирую мозг при разных секреторных нагрузках. Кроме того, сенсорные функции также моделируют и протезируют.

Общие принципы организации сенсорных систем

Все сенсорные системы человека организованы по некоторым общим принципам. Важнейшие из них следующие: многослойность, многоканальность, наличие так называемых «сенсорных воронок», а также дифференциации систем по вертикали и горизонтали.

Многослойность сводится к наличию в каждой системе нескольких слоев нейронов, первый из которых связан с рецепторами, а последний — с нейронами моторных областей коры мозга. Это свойство дает возможность специализировать слои на переработке разных видов сенсорной информации, что позволяет быстро реагировать на простые сигналы, анализируемые уже на низких уровнях. Кроме того, создаются также условия для избирательного регулирования свойств нейронных слоев путем нисходящих влияний из других отделов мозга.

Многоканальность сенсорной системы заключается в том, что в каждом нейронном слое имеется множество (от десятков тысяч до миллионов) нервных клеток, связанных нервными волокнами со множеством клеток следующего слоя. Наличие множества таких параллельных каналов обработки и передачи сенсорной информации обеспечивает сенсорной системе большую тонкость анализа сигналов (высокое «разрешение» сенсорных сигналов) и значительную надежность.

Разное количество элементов в соседних нейронных слоях формирует так называемые «сенсорные воронки». Так, в сетчатке каждого глаза у человека насчитывается 130 млн. фоторецепторов, а в слое выходных (ганглиозных) клеток сетчатки нейронов в 100 раз меньше (суживающаяся воронка). На следующих уровнях зрительной системы формируется расширяющаяся воронка: количество нейронов в первичной проекционной области зрительной коры мозга в тысячи раз больше, чем на выходе из сетчатки. В слуховой системе и в ряде других сенсорных систем от рецепторов к коре представлена только расширяющаяся воронка. Физиологический смысл суживающейся воронки связан с изменением избыточности информации, а расширяющийся — с обеспечением параллельного анализа разных признаков сигнала.

Дифференциация сенсорной системы по вертикали заключается в образовании отделов, каждый из которых состоит, как правило, из нескольких нейронных слоев. Таким образом, отдел сенсорной системы — более крупное образование, чем слой нейронов. Каждый отдел (например, обонятельные луковицы или кохлеарные ядра слуховой системы) имеет определенную функцию.

Дифференциация сенсорной системы по горизонтали определяется различиями в свойствах рецепторов, нейронов и связей между ними в пределах каждого из слоев. Так, в зрении работают два параллельных нейронных канала, идущих от фоторецепторов к коре и по-разному перерабатывающих информацию от центра и от периферии сетчатки.

Вкусовая система

Вкусовые ощущения возникают в результате химического раздражения различными веществами вкусовых почек в слизистой оболочке полости рта. На языке, нёбе и стенках глотки расположено около 10000 вкусовых почек.

Вкусовые ощущения

Поверхность языка покрыта множеством мелких выростов, или сосочков, на апикальных концах которых расположена большая часть вкусовых почек (по 100 почек на сосочке). Каждая почка образована примерно 40 продолговатыми клетками, окружающими в виде долек апельсина вкусовую пору. Среди этих клеток различают два вида — опорные и рецепторные. На апикальной поверхности рецепторных клеток расположено несколько микроворсинок в виде волосков, выступающих во вкусовую пору; к базальным поверхностям рецепторных клеток подходят окончания вкусового нерва.

Для того чтобы то или иное вещество могло вызвать возбуждение вкусовой почки, оно должно раствориться в жидкой среде полости рта. При наложении сухих кристаллов на сухую поверхность языка вкусовые ощущения не возникают. Полагают, что эти ощущения обусловлены связыванием молекулы раздражающего вещества с мембраной микроворсинок рецепторных клеток. В результате этого связывания проницаемость мембраны чувствительной клетки изменяется и наступает ее деполяризация. Считается, что рецепторные клетки образуют с окончаниями вкусового нерва химические синапсы. При деполяризации рецепторной клетки из нее высвобождается химический медиатор, возбуждающий окончания вкусового нерва.

Существуют четыре вкусовых ощущения — сладкого, кислого, соленого и горького. Каждое из них возникает при раздражении определенной области языка. Кончик языка лучше различает сладкое, боковые стороны — кислое и соленое, горькие же вещества лучше воспринимаются вкусовыми почками корня языка.

Ощущение сладкого возникает при воздействии на язык целого ряда веществ (сахаров, гликолей, спиртов, альдегидов, кетонов, амидов, эфиров, аминокислот, сульфокислот, галогеноводородных кислот, солей свинца и бериллия). Структура сахарина, который в 600 раз слаще сахарозы (сахара), существенно отличается от строения сахаров. Другие вкусовые ощущения более соответствуют химическому строению веществ. Соленый вкус всегда возникает при действии ионизированных неорганических солей, кислый — при нанесении кислот. Чем ниже PH раствора, тем он кислее. Горькие вещества — это либо алкалоиды, либо органические соединения, имеющие молекулу с длинной цепью. Неприятный горький вкус может служить предупреждением об опасности — токсины многих ядовитых растений являются алкалоидами.