Сенсорные системы: общие принципы организации, разнообразие рецепторов, кодировка количества и качества сигналов презентация

Содержание

Три составляющие всякой сенсорной системы: Рецепторы (чувствительные клетки или чувствительные отростки нервных клеток) Проводящие нервы (спинномозговые и черепные) Обрабатывающие структуры спинного и головного мозга (высшие центры – в

Слайд 1Физиология ЦНС.

Курс лекций для студентов-
психологов (дневн. отд., МГУ) Лектор: проф.

Дубынин В.А.

Лекция 14. Сенсорные системы: общие принципы организации, разнообразие рецепторов, кодировка количества и качества сигналов. Фоторецепторы. ЛКТ и зрительная кора. Волосковые рецепторы. Слуховая кора. Ассоциативная теменная кора и речевые центры головного мозга.


Слайд 2Три составляющие всякой сенсорной системы:

Рецепторы (чувствительные клетки или чувствительные отростки нервных

клеток)

Проводящие нервы (спинномозговые и черепные)

Обрабатывающие структуры спинного и головного мозга (высшие центры – в коре больших полушарий)

Сенсорные системы предназначены для сбора информации из внешней среды и внутренней среды организма.




Слайд 3Три составляющие всякой сенсорной системы:

Рецепторы (чувствительные клетки или чувствительные отростки нервных

клеток)

Проводящие нервы (спинномозговые и черепные)

Обрабатывающие структуры спинного и головного мозга (высшие центры – в коре больших полушарий)




Слайд 4






стимул




Первично-чувствующие рецепторы: отросток (дендрит) сенсорного нейрона либо его тело.
В этом

случае проводящий нерв образован аксонами сенсорных нейронов:
обонятельная система
системы болевой, кожной и мышечной чувствительности
рецепторы системы внутренней чувствительности


ЦНС


Слайд 5






стимул




Первично-чувствующие рецепторы: отросток (дендрит) сенсорного нейрона либо его тело.
В этом

случае проводящий нерв образован аксонами сенсорных нейронов:
обонятельная система
системы болевой, кожной и мышечной чувствительности
рецепторы системы внутренней чувствительности


ЦНС

Вторично-чувствующие рецепторы: специализированные клетки (не нервные).
Нерв образован отростками особых проводящих нейронов:
слуховая и вестибулярная системы
вкусовая система
зрительная система


Слайд 6






стимул




Первично-чувствующие рецепторы: отросток (дендрит) сенсорного нейрона либо его тело.

ЦНС

Вторично-чувствующие рецепторы:

специализированные клетки (не нервные).
Нерв образован отростками особых проводящих нейронов:
слуховая и вестибулярная системы
вкусовая система
зрительная система

Изображенные на схеме нейроны относятся к периферической нервной системе и обычно располагаются в ганглиях соответствующих нервов.


Слайд 7






Стимул, как правило, вызывает открывание каналов для положительно заряженных ионов (Na+)

на мембране рецептора


Вход ионов приводит к сдвигу внутриклеточного заряда вверх – рецепторный потенциал (РП)


Рецепторный потенциал (подобно ВПСП) способен вызвать генерацию ПД,
распространяющихся по аксону в ЦНС









Чем больше (сильнее) стимул,
тем больше РП и чаще ПД
(«количество» сенсорного сигнала кодируется частотой ПД)


Слайд 8время,
мс
0
-50
-70
1
2
3
подпороговый;
слабый (пороговый);
сильный.
РП
ПД
Реакция на короткие стимулы:


Слайд 9


Предыдущая схема – для первично-чувствующих рецепторов. В случае вторично-чувствующих цепь событий

несколько длиннее, но результат тот же.


Внешний стимул приводит к развитию РП


РП вызывает открывание Са2+-каналов в мембране пресинаптического окончания рецептора









Чем больше (сильнее) стимул, тем больше РП, больше выброс медиатора, выше ВПСП и
чаще ПД в проводящем нерве

Вход Са2+ запускает движение везикул и выброс медиатора в синаптическую щель


Медиатор вызывает генерацию ВПСП и ПД в отростке проводящего нейрона



Слайд 10Как происходит передача сигнала от рецепторов к ЦНС?
Здесь используется топический принцип:
каждый

рецептор передает сигнал «своей» нервной клетке, причем соседние рецепторы передают информацию соседним нейронам.

Аналогичным образом организована передача и внутри ЦНС от структуры к структуре – вплоть до коры больших полушарий.

В результате на разных уровнях ЦНС можно наблюдать формирование «карт» рецепторных поверхностей (поверхностей – где собраны рецепторы определенной сенс. системы; примерами являются кожа, поверхность языка, сетчатка глаза и др.).

Слайд 11Как происходит передача сигнала от рецепторов в ЦНС?
Здесь используется топический принцип:
каждый

рецептор передает сигнал «своей» нервной клетке, причем соседние рецепторы передают информацию соседним нейронам.

Аналогичным образом организована передача и внутри ЦНС от структуры к структуре – вплоть до коры больших полушарий.

В результате на разных уровнях ЦНС можно наблюдать формирование «карт» рецепторных поверхностей (поверхностей – где собраны рецепторы определенной сенс. системы; примерами являются кожа, поверхность языка, сетчатка глаза и др.).

Топическая организация позволяет закодировать «качество» сенсорного сигнала (= место настроенного на этот сигнал рецептора на рецеп-торной поверхности).

Такой принцип называется «кодировка номером канала» и широко используется при создании вычислительной техники.


Слайд 12Таким образом, каждый сенсорный сигнал характеризуется определенным количеством (=энергия стимула) и

качеством.
















Нос




Ладонь




Пятка

1

4

7

Топическая организация позволяет закодировать «качество» сенсорного сигнала (= место настроенного на этот сигнал рецептора на рецеп-торной поверхности).

Такой принцип называется «кодировка номером канала» и широко используется при создании вычислительной техники.

Громкость звука

Частота звука

Яркость изображения

Место точки в пространстве


Слайд 13Таким образом, каждый сенсорный сигнал характеризуется определенным количеством (=энергия стимула) и

качеством.

Ситуация усложняется тем, что рецепторы зачастую неравномерно распределены на рецепторной поверхности и сконцентрированы в наиболее значимых ее частях: пальцы, губы, язык; центр сетчатки; тональности, соответствующие речевому диапазону. В связи с этом карты рецепторных поверхностей в ЦНС нередко имеют искаженные пропорции («экономия ресурсов»).

Громкость звука

Частота звука

Яркость изображения

Место точки в пространстве


Слайд 14














Ситуация усложняется тем, что рецепторы зачастую неравномерно распределены на рецепторной поверхности

и сконцентрированы в наиболее значимых ее частях: пальцы, губы, язык; центр сетчатки; тональности, соответствующие речевому диапазону. В связи с этом карты рецепторных поверхностей в ЦНС нередко имеют искаженные пропорции («экономия ресурсов»).

Наиболее
значимая
область
рецепторн.
пов-ти

Прикосновение в точках 1 и 2 в случае спины воспринимает-ся как один стимул, в слу-чае пальца – как два стимула.


Слайд 15Прикосновение в точках 1 и 2 в случае спины воспринимает-ся как

один стимул, в слу-чае пальца – как два стимула.

Слайд 16Некоторые алгоритмы обработки информации, характерные для сенсор-
ных центров головного и спинного

мозга:

Дивергенция сенсорных сигналов

Конвергенция сенсорных сигналов

Параллельное торможение

Возвратное торможение

Латеральное торможение

Дивергенция особенно присуща системам, передающим сигналы, актуальные для оперативной кор-рекции движений, – вестибулярной и мышечной (в обоих случаях, кроме входов через таламус в кору, имеются прямые входы в мозжечок).


Слайд 17Некоторые алгоритмы обработки информации, характерные для сенсор-
ных центров головного и спинного

мозга:

Дивергенция сенсорных сигналов

Конвергенция сенсорных сигналов

Параллельное торможение

Возвратное торможение

Латеральное торможение

Конвергенция, как правило, является результатом предварительного обучения и присуща высшим сенсорным центрам. Вместе с тем, имеются примеры врожденного узнавания сенсорных образов
(у человека – зрительная «схема лица», невербальная коммуникация).
«Черный квадрат» - см. лекцию 4.


Слайд 18Некоторые алгоритмы обработки информации, характерные для сенсор-
ных центров головного и спинного

мозга:

Дивергенция сенсорных сигналов

Конвергенция сенсорных сигналов

Параллельное торможение

Возвратное торможение

Латеральное торможение

При слабом входном сигнале тор-мозный синапс успешно сдерживает возбуждение релейного нейрона.
При сигнале выше порогового уровня эффективности тормозного синапса не хватает, и релейный нейрон про-водит информацию.


Слайд 19Некоторые алгоритмы обработки информации, характерные для сенсор-
ных центров

головного и спинного мозга:

Дивергенция сенсорных сигналов

Конвергенция сенсорных сигналов

Параллельное торможение

Возвратное торможение

Латеральное торможение

При сигналах не слишком большой интенсивности тормозный нейрон активируется недостаточно и не генерирует ПД. Однако при «сверх-сильном» раздражении он начинает работать, и тормозный синапс ограни-чивает возбуждение релейной клетки.


Слайд 20Некоторые алгоритмы обработки информации, характерные для сенсор-
ных центров

головного и спинного мозга:

Дивергенция сенсорных сигналов

Конвергенция сенсорных сигналов

Параллельное торможение

Возвратное торможение

Латеральное торможение

Слайд 21

СЕТЧАТКА: палочки и колбочки (rods and cones) – фоторецепторы; кроме того,

в сетчатке находится несколько типов обрабатывающих нейронов.).

Фоторецепторы включают: внутренний сегмент (ядро, митохондрии); синаптич. терминаль (медиатор – глутамат); наружный сегмент (ближе всего к периферии). Наружный сегмент содержит сотни мембранных дисков (палочки) либо складок (колбочки). На них располагаются светочувствительные пигменты – родопсин (палочки) либо один из 3-х йодопсинов (колбочки). Распад пигмента под действием света является причиной развития РП. Далее сигнал передают нейроны сетчатки; их аксоны формируют зрительный нерв.


Слайд 22Три типа колбочек (и три типа йодопсинов): красно-, зелено- и сине-чувствительные.

Наследование «красного» и «зеленого» (но не «синего») сцеплено с Х-хромосомой.

Палочки (и родосин) обладают большей светочувствительностью, причем в более широком диапазоне; не различая цвета, они позволяют нам видеть в сумерках (адаптация млекопитающих к ночному образу жизни).

496

419

531

559

На уровне сетчатки мы, таким образом, видим лишь три цвета, причем поточечно. Слияние точек и «формирование» многообразия цветов – функция коры больших полушарий
(импрессионисты и пуантилизм, TV , дисплеи и RGB-system).
Цветовое многообразие – зрительная иллюзия!

палочка

3 колбочки

Длина волны, нм

Чувст-ть пигмента


Слайд 23Жорж Сера, «Воскресенье после полудня на острове Гранд-Жатт», 1885


Слайд 24Палочки и колбочки передают сигнал на
∼ 1 млн. проводящих (ганглионарных)

нейронов сетчатки (в зрительном нерве
∼ 1 млн. аксонов); далее происходит ретинотопическая передача в ЦНС.

В целом принцип кодировки изображения в сетчатке (и зрительной системе вообще) сходен с принципами работы сканера и цифрового фотоаппарата: изображение считывается «поточечно», и в нем около 1 млн. пикселей.

Почему так мало? Очевидно, приходится выбирать между объемом информации (скоростью ее обработки) и качеством «картинки».

Для уменьшения «объема файла» пиксели сетчатки, в отличие от матрицы фотоаппарата, имеют разный размер. В результате качество изображения в центре поля зрения намного выше, чем
на периферии.


Слайд 25Равномерная матрица
фотокамеры: 144 «пикселя»
Неравномерная матрица
сетчатки: 72 «пикселя».

В центральной ямке
(Fovea)

наибольшая концентрация фоторецепторов.

Слайд 26Зрительные центры головного мозга.
Супрахиазменные ядра (передний гипоталамус)
Верхние холмики четверохолмия
Латеральные коленчатые тела

и подушка таламуса
Зрительная кора (затылочная доля, в т.ч. поле 17).

ЛКТ: 6 слоев клеток, несколько последовательных этапов латерального торможения.
Для зрительной системы таламическое «контрасти-рование» означает более четкое выделение
границ между объектами.


Слайд 27Зрительные иллюзии, возникающие благодаря системе латерального торможения ЛКТ.


Слайд 28Ретинотопические проекции,
в первичную зрительную кору


Слайд 29Первич-
ная
зрит.
кора (17)
Вторичная и
третичная
зрительная
кора

Первичная зрительная кора получает проекции

от ЛКТ; в ней – нейроны ориентационной чувствительности (реагируют на отрезки прямых линий, расположенные под разными углами к горизонту).

Слева: пример реакции (ПД) нейрона ориентационной чувствительности.
Справа: «колонки» нейронов ориентационной чувствительности первичной зрительной коры.



Слайд 30Жорж Брак «Кувшин и скрипка»
Пабло Пикассо «Портрет женщины»
Аристарх Лентулов
Фильтр «Кубизм»


Слайд 31Первич-
ная
зрит.
кора (17)
Вторичная и
третичная
зрительная
кора

Вторичная зрительная кора: узнавание геометрических

фигур, объединение цветового и черно-белого зрения, детекция движения, «вычисление объема» (бинокулярное зрение).

Вторичная зрительная кора: реакция на профиль «лица» другой обезьяны (оптимальный угол 80-100°)



Слайд 32Вторичная зрительная кора: реакция на обобщенный образ руки и отсутствие реакции

на целый ряд других стимулов

Слайд 33Первич-
ная
зрит.
кора (17)
Вторичная и
третичная
зрительная
кора

Третичная зрительная кора: узнавание наиболее

сложных зрительных образов, в т.ч. лиц конкретных людей (при нарушении – прозопагнозия) и чтение (при нарушении –оптическая и вербальная алексия).

Вычисля-ется
около 40
«опорных
точек»




Слайд 34«Гештальт» – форма, структура, целостный образ.

Мы узнаем сенсорный образ по сумме

признаков, но для узнавания вовсе не обязательно наличие полного их набора; достаточно нескольких ключевых признаков…

Сальвадор Дали
Октавио Окампо
Джузеппе Арчимбольдо, 1590
Тилл Новак (Till Nowak)


Слайд 35Общий «орган чувства» (орган, где расположены рецепторы) – внутреннее ухо. Состоит

из улитки (слуховая часть), а также вестибулярных мешочков и каналов.


Сенсорные системы с волосковыми рецепторами – вестибулярная и слуховая.


Слайд 36Наружное ухо: «рупор» для сбора колебаний воздуха.
Среднее ухо: энергия колебаний воздуха

улавливается барабанной перепон-кой и передается слуховыми косточками на стенку улитки («овальное окно»).
В результате возникают колебания лимфы, наполняющей улитку («бегущая волна»), что приводит к изгибу волосков и возбуждению расположенных вдоль улитки рецепторов.

Слайд 37Улитка: чем ниже частота колебаний, тем дальше от овального окна оказывается

пик «бегущей волны». В результате разные группы рецепторов улитки обеспечивают реакцию на разные частоты звука
(от 20 Гц до 20 тыс. Гц)

Высокие
частоты

Низкие
частоты


Слайд 38Улитка – частотно-амплитудный анализатор («на выходе» возникает спектр звука). В ЦНС

– тонотопические карты.

Активность волосковых клеток

Расстояние
от овального
окна

ВЧ НЧ

Оваль-
ное
окно


Слуховые ядра
ЦНС

НЧ

ВЧ


Слайд 39Слуховые
центры
головного
мозга.
1. Дорзальные и вентральные улитковые ядра; ядра верхней оливы.

Первая стадия

латерального торможения; сравнение сигналов от правой и левой улитки = определение направления на источник звука.

2. Нижние холмики четверохолмия: новизна.

3. Медиальные коленчатые тела таламуса (MGN): контрастирование сигнала перед передачей в кору.


Слайд 40Ниже расположена вторичная слуховая кора – опознавание звуковых образов как совокупности

частот (шумы, «звуки природы» и т.п.).

Как правило, свойства нейронов этой области – результат обучения.
Невербальная коммуникация (плач, смех и т.п.) опознается врожденно.

Слуховая
кора:

Первичная – височная доля, по границе боковой борозды.

Завершение частотно-амплитудного анализа, наиболее точная тонотопическая карта.
В передних зонах – низкие частоты; особенно детально анализируется речевой диапазон – 50-500Гц.


Слайд 41Задняя часть височной доли – третичная слуховая кора: узнавание наиболее сложных

слуховых образов (музыки, речи). Узнавание речи на слух - зона Вернике)

Основная проблема: нужно реагировать не на частоты и их совокупность, а общую форму спектра (вне зависимости от тональности).

Зона Брока – речедвигательный центр.

женский мужской
голос голос



Слайд 42Функции различных зон новой коры:

1. Затылочная доля – зрительная кора
2. Височная

доля – слуховая кора
3. Передняя часть теменной доли – болевая, кожная и мышечная чувст-ть
4. Внутри боковой борозды (островковая доля) – вестибуляр-ная чувст-ть и вкус
5. Задняя часть лобной доли – двигательная кора

1

2

3

4

5

6

7

7. Задняя часть теменной и височной долей – ассоциативная теменная кора: объединяет потоки сигналов от разных сенсорных систем, речевые центры, центры мышления

6. Передняя часть лобной доли – ассоциативная лобная кора («центр воли и инициативы»)


Функции различных зон новой коры:

1. Затылочная доля – зрительная кора
2. Височная доля – слуховая кора
3. Передняя часть теменной доли – болевая, кожная и мышечная чувст-ть
4. Внутри боковой борозды (островковая доля) – вестибулярная чувст-ть и вкус
5. Задняя часть лобной доли – двигательная кора

1

2

3

4

5

7

6



Слайд 43


1
2
3
Нейрон, воспринима-ющий слух. образ
Нейрон, воспринима-ющий зрит. образ
Ассоциативный «речевой» нейрон
Нейрон слухового обобщения
Нейрон

зрительного обобщения
Нейрон речевого обобщения (неск. уровней вплоть до наиболее абстракт-ных понятий)

Обучение в ассоциативной теменной коре:


Слайд 44В 2 года в мозге ребенка около 500 речевых центров;
В 3

года – около 2000: момент возникновения «речевой модели внешнего мира» – основы процессов мышления и прогнозирования успешности возможной деятельности.

Нейрон, воспринима-ющий слух. образ
Нейрон, воспринима-ющий зрит. образ
Ассоциативный «речевой» нейрон

Обучение в ассоциативной теменной коре.

Нейрон слухового обобщения
Нейрон зрительного обобщения
Нейрон речевого обобщения (неск. уровней вплоть до наиболее абстракт-ных понятий)


Слайд 45Формирование речевой модели – еще один пример процессов обучения, то есть

появления в коре новых каналов для передачи информации.

В 2 года в мозге ребенка около 500 речевых центров;
В 3 года – около 2000: момент возникновения «речевой модели внешнего мира» – основы процессов мышления и прогнозирования успешности возможной деятельности.

Мы используем речевую модель внешнего мира в двух основных режимах – «быстром» (интуитивном) и «медленном» (проговаривание).


Слайд 46Лекция 14. Сенсорные системы: общие принципы организации, разнообразие рецепторов, кодировка количества

и качества сигналов. Фоторецепторы. ЛКТ и зрительная кора. Волосковые рецепторы. Слуховая кора. Ассоциативная теменная кора и речевые центры головного мозга.

Назовите и кратко охарактеризуйте три составляющих «стандартной» сенсорной системы.
Какие рецепторы называются первично-чувствующими? Приведите примеры. Как выглядит обонятельный рецептор?
Какие рецепторы называются вторично-чувствующими? Приведите примеры. Как выглядит вкусовой рецептор?
Что такое «рецепторный потенциал»? Как он возникает и какую роль играет в работе сенсорных систем?
Как происходит кодировка «количества» сенсорного сигнала? Приведите примеры реакций на короткие и длительные стимулы.
Сформулируйте топический принцип организации сенсорных систем. Поясните его на примере соматотопических отношений.
Как происходит кодировка «качества» сенсорного стимула? Что является «количеством» и «качеством» в основных сенсорных системах?
Почему карты рецептивных поверхностей зачастую имеют искаженные пропорции? Приведите примеры.
Проанализируйте черты сходства и различия топических карт соматосенсорной и моторной коры.
Что из себя представляет и зачем нужна дивергенция сенсорного сигнала?
Что из себя представляет и зачем нужна конвергенция сенсорного сигнала?
Что из себя представляет и каким целям служит процесс параллельного торможения?
Что из себя представляет и каким целям служит процесс возвратного торможения?
Как можно графически выразить процессы параллельного и возвратного торможения?
Каков принцип работы фоторецептора? На чем основана генерация им рецепторного потенциала?
Опишите строение и свойства палочек. Что такое родопсин?
Опишите строение и свойства колбочек. Что представляют собой йодопсины?
«Цветовое многообразие мира представляет собой зрительную иллюзию». Поясните эту фразу.
Как описывается зрительный образ на уровне сетчатки? В каком диапазоне электромагнитных волн мы видим?
Несмотря на то, что в зрительном нерве лишь около 1 млн. волокон («пикселей»), мы видим в итоге весьма детализированную картину внешнего мира. За счет чего это становится возможным?
Кратко охарактеризуйте локализацию и функции подкорковых зрительных центров.
Поясните причину зрительных иллюзий, возникающих на уровне ЛКТ.
Каковы особенности ретинотопической организации проекций сетчатки в зрительную кору?
Опишите локализацию и функции первичной зрительной коры.
Опишите локализацию и функции вторичной зрительной коры.
Опишите локализацию и функции третичной зрительной коры. Какие зрительные образы являются самыми трудными для узнавания?
Как устроено наружное, среднее и внутреннее ухо?
Каков принцип работы волоскового рецептора? На чем основана генерация им рецепторного потенциала?
Как происходит внутри улитки различение звуков различной тональности? Как связано с этим процессом расстояние от овального окна?
Каков диапазон нормального слуха человека? Какие частоты входят в речевой диапазон?
«Улитка представляет собой частотно-амплитудный анализатор». Поясните эту фразу.
Приведите примеры спектров различных звуковых сигналов.
Каковы особенности тонотопической организации проекций улитки в головной мозг?
Кратко охарактеризуйте локализацию и функции подкорковых слуховых центров.
Опишите локализацию и функции первичной и вторичной слуховой коры.
Что делают и как связаны между собою зоны Вернике и Брока?
Опишите локализацию и функции третичной слуховой коры. Какие слуховые образы являются самыми трудными для узнавания?
Каковы основные функции ассоциативной теменной коры?
В чем заключаются процессы зрительного, слухового и речевого обобщения? Приведите примеры.
Что представляет собой речевая модель внешнего мира? Основой каких психических процессов она является?


Обратная связь

Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое ThePresentation.ru?

Это сайт презентаций, докладов, проектов, шаблонов в формате PowerPoint. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами с другими пользователями.


Для правообладателей

Яндекс.Метрика