Зрительная сенсорная система

Механизмы переработки информации в зрительной сенсорной системе

Переработка информации в сенсорной системе осуществляется с помощью процессов возбудительного и тормозного межнейронного взаимодействия. Это взаимодействие осуществляется по горизонтали (в пределах одного нейронного слоя) и по вертикали (между нейронами соседних слоев).

Возбудительное взаимодействие по вертикали заключается в том, что аксон каждого нейрона, приходя в вышележащий слой, контактирует с несколькими нейронами, каждый из которых получает сигналы от нескольких клеток предыдущего слоя. В результате подобного взаимодействия формируются рецептивные и проекционные поля сенсорных нейронов, играющих ключевую роль в переработке сенсорных сигналов.

Совокупность рецепторов, сигналы с которых поступают на данный нейрон, называют его рецептивным полем. В пределах рецептивного поля происходит пространственная суммация, т. е. ответ нейрона увеличивается, а порог его чувствительности снижается при увеличении площади поверхности раздражителя.

Проекционным полемсенсорного нейрона называется совокупность нейронов более высокого слоя, которые получают его сигнал. Наличие проекционных полей обеспечивает сенсорной системе высокую устойчивость к повреждающим воздействиям и способность к восстановлению функций. Локальное возбуждение рецепторов потенциально может возбудить довольно обширную группу нейронов верхних слоев сенсорной системы. Это увеличивает вероятность восприятия раздражения, хотя и связано с «дефокусировкой» (размыванием его центрального отображения). Вмешательство торможения, ограничивающего зону возбуждения, обычно автоматически осуществляет «фокусировку» этой зоны.

Горизонтальная переработка сенсорной информации имеет, в основном, тормозной характер и основана на том, что обычно каждый возбужденный нейрон активирует тормозной интсрнейрон. Интернейрон в свою очередь подавляет импульсацию как самого возбудившего его нейрона (возвратное торможение), так и соседей по слою (латеральное торможение). Латеральное торможение является одним из ведущих механизмов, осуществляющих большую часть операций по снижению избыточности и выделению наиболее существенных сведений о раздражителе.

Взаимодействие сенсорных систем, В коре головного мозга происходит интеграция сигналов высшего порядка, получаемых от разных сенсорных систем. Особенно это свойственно нейронам ассоциативных областей коры больших полушарий. Межсенсорное (кроссмодальное) взаимодействие на корковом уровне создает условия для формирования «картины мира», координации с ней схемы тела и поведения организма.

Зрительная сенсорная система

Особо важное значение для нормального физического и психического развития человека имеет орган зрения. Это обусловлено тем, что подавляющая часть всей информации из окружающего мира (примерно 90 %) поступает в наш мозг через зрительный канал.

Зрение — это много звеньевой процесс, начинающийся с проекции изображения на сетчатку глаза. Затем происходит возбуждение фоторецепторов, передача и преобразование зрительной информации в нейронных слоях зрительной системы, а заканчивается зрительное восприятие принятием высшими корковыми отделами зрительной системы решения о зрительном образе.

Глазное яблоко имеет шарообразную форму, что облегчает его повороты для наведения на рассматриваемый объект и обеспечивает хорошую фокусировку изображения на всей светочувствительной оболочке глаза — сетчатке.

На пути к сетчатке лучи света проходят через прозрачные среды — роговицу, хрусталик, стекловидное тело. Эти среды обладают преломляющей способностью, в результате чего на сетчатке получается изображение, резко уменьшенное, перевернутое кверху ногами и справа налево.

Аккомодацией называют приспособление глаза к ясному видению объектов, находящихся на различном расстоянии (аналог фокусировки в фотографии). Основная роль в аккомодации принадлежит хрусталику, способному изменять свою кривизну, а, следовательно, и преломляющую способность.

Существует две основных аномалии — близорукость и дальнозоркость. При близорукости продольная ось глаза слишком длинна, и лучи от дальнего объекта фокусируются не на сетчатке, а перед ней. Коррекция осуществляется рассеивающими линзами, отодвигающими фокусное расстояние на сетчатку. При дальнозоркости продольная ось глаза укорочена, лучи фокусируются за сетчаткой. Коррекция осуществляется собирающими линзами, приближающими фокусное расстояние на сетчатку.

Зрачок — это отверстие в радужной оболочке, через которое свет проходит в глаз. Зрачок реагирует на свет: на свету он сужается, в темноте — расширяется (зрачковый рефлекс). Зрачковый рефлекс имеет адаптивное значение, так как стабилизирует освещенность сетчатки в небольшом диапазоне.

Сетчатка — это внутренняя светочувствительная оболочка глаза, имеющая сложную многослойную структуру. Имеет два вида фоторецепторов — палочки (ответственные за сумеречное зрение) и колбочки (обеспечивают дневное и цветовое зрение). Возбуждение фоторецепторов активирует первую нервную клетку — биполярный нейрон, который активирует ганглиозные клетки сетчатки (отростки которых формируют зрительный нерв), передающие свои импульсы в подкорковые зрительные центры.

Из сетчатки импульсы по волокнам зрительного нерва устремляются в мозг. Зрительные нервы от двух глаз встречаются у основания мозга, где часть волокон переходит на противоположную сторону, перекрещиваются (зрительный перекрест). Это обеспечивает каждое полушарие мозга информацией от обоих глаз. После перекреста зрительные нервы называются зрительными трактами, основное количество их волокон попадает в подкорковый зрительный центр (наружное коленчатое тело). Отсюда зрительные сигналы поступают в первичную проекционную область зрительной коры (стриарная кора). Зрительная кора в основном сохраняет ретинотопию (сигналы от соседних участков сетчатки попадают в соседние участки коры).

Чтобы возникло зрительное ощущение, свет должен обладать некоторой минимальной (пороговой) энергией (минимальное количество квантов света, необходимое для ощущения света в темноте, колеблется от 8 до 47). Световая чувствительность палочковой системы в 100 раз выше, чем у колбочковой.

При переходе от темноты к свету наступает временное ослепление, а затем чувствительность восстанавливается. Это явление называется световой адаптацией, обратное явление — темновая адаптация — наблюдается, когда человек из светлого помещения переходит в почти неосвещенное помещение. В первое время он почти ничего не видит из-за пониженнойвозбудимости фоторецепторов и зрительных нейронов. Постепенно начинают выявляться контуры предметов, а затем и их детали (вследствие повышения чувствительности фоторецепторов и зрительных нейронов). Повышение световой чувствительности в темноте происходит неравномерно: в первые 10 мин она увеличивается в десятки раз, а затем, в течение часа, в десятки тысяч раз. Это связано в основном с восстановлением зрительного пигмента палочек родопсина.

Зрительные ощущения появляются не мгновенно. Время «инерции зрения», необходимое для возникновения зрительного ощущения, в среднем 0,03—0,1 с. Ощущение также исчезает не сразу после того, как прекратилось раздражение, — оно держится еще некоторое время. Быстро следующие одно за другим световые раздражения сливаются в непрерывное ощущение. Минимальная частота слияния световых стимулов (вспышек света), при которой происходит объединение отдельных ощущений, называется критической частотой слияния мельканий. Она равна 10—15 вспышкам в секунду. На этом свойстве основано кино и телевидение: мы не видим промежутков между отдельными кадрами, так как зрительное ощущение от одного кадра еще длится до появления следующего.

Видимый нами спектр электромагнитных излучений заключается между коротковолновым (длина волны 400 нм) и длинноволновым (700 нм) излучением. Коротковолновое излучение дает нам ощущение фиолетового цвета, длинноволнового — красного (остальные цвета имеют промежуточные длины волн). Смешение лучей всех цветов дает белый цвет.

Частичная цветовая слепота описана в XVIII в. Д. Дальтоном. Поэтому аномалию цветовосприятия называют дальтонизмом.

Остротой зрения называют максимальную способность различать отдельные детали объектов. Максимальную остроту зрения имеет центр сетчатки — желтое пятно.

Поле зрения — пространство, видимое глазом при фиксации взгляда в одной точке. Измерение границ поля зрения проводят по периметру.

Бинокулярное зрение — это зрение двумя глазами. При взгляде на какой-либо предмет у человека с нормальным зрением не возникает ощущения двух предметов, хотя и имеются два изображения на двух сетчатках. Бинокулярное слияние, или объединение двух сигналов от двух сетчаток в единый образ происходит в первичной зрительной коре мозга.

Величина знакомого предмета оценивается как функция величины его изображения на сетчатке и расстояния предмета от глаз. В случае, когда расстояние до незнакомого предмета оценить трудно, возможны грубые ошибки в определении его величины.

Важная роль движения глаз для зрения определяется тем, что для непрерывного получения мозгом зрительной информации необходимо движение изображения на сетчатке. Импульсы в зрительном нерве возникают в момент включения и выключения светового изображения. При длящемся действии света на одни и те же фоторецепторы импульсация в волокнах зрительного нерва быстро прекращается, и зрительные ощущения при неподвижных глазах и объектах исчезают через 1-2 с. Чтобы преодолеть такое приспособление (адаптацию) к неподвижному изображению, глаз при рассматривании любого предмета производит неощущаемые человеком непрерывные скачки (саккады). Вследствие каждого скачка изображение на сетчатке смещается с одних фоторецепторов на другие, вновь вызывая импульсацию ганглиозных клеток. Кроме скачков, глаза непрерывно мелко дрожат и дрейфуют (медленно смещаются с точки фиксации взора). Эти движения также очень важны для зрительного восприятия.