Перебування людського організму в зовнішньому середовищі потребує безперервному аналізі впливу навколишнього ним же самим. Отримана інформація передається в нервові центри. Завдяки аналізаторів, які служать своєрідними біологічними апаратами, головний мозок постійно обізнаний про стан внутрішніх органів. Фізіологія сенсорної системи базується на ряді принципів, які забезпечують сприйняття сигналів фізичної і хімічної енергії відповідними рецепторами, з подальшою її трансформацією в нервові імпульси і передачею в мозок через нейронні ланцюги.
Організація сенсорного сприйняття у людини
Предметом фізіології сенсорних систем є вивчення взаємозв'язку трьох основних відділів, які зустрічаються в будь нейронно-рецепторної структурі:
Периферичного – складається з нервових закінчень, які сприймають вплив, і органів, сприяють виконанню рецепторами своїх функцій. До цієї групи відносять очі, вуха, шкірні покриви і т. д. Провідникового – являє собою комплекс провідних шляхів і підкоркових нервових центрів. Коркового — це області великих півкуль, яким адресовані надходять імпульси. Нервові шляхи пов'язують рецептори корковими клітинами. В основному вони складаються з чотирьох нейронів:
першого, розташованого поза центральною нервової системи (у вузлах спинного мозку та черепно-мозкових нервів, у тому числі спіральному равликову і вестибулярному); другого, присутнього в спинному, довгастому або середньому мозку; третього, що відноситься до проміжного мозку (ядра таламуса); четвертого, який представляє собою коркову клітку великих півкуль. Роль подразників і рецепторів
Говорячи про фізіології сенсорних систем і ВНД (вищої нервової діяльності) людини, не можна обійти увагою питання їх призначення, відповідь на який криється в описі основних функцій:
Отримання та обробка інформації про зовнішнє середовище перебування організму і стан внутрішніх органів. Підтримання зворотного зв'язку з нервовими центрами допомогою інформування про результати діяльності. Забезпечення працездатності головного мозку. Здатність розрізняти і аналізувати зовнішні і внутрішні подразники є головним перевагою рецепторних аналізаторів. Фізіологія сенсорної системи передбачає можливість уточнення та відпрацювання навичок. Наприклад, щоб удосконалити техніку виконуваних рухів або яких-небудь спортивних вправ, ЦНС повинна постійно отримувати інформацію про тривалості і інтенсивності м'язових скорочень, швидкості, пунктах переміщення тіла, зміну темпу і т. д. Зрештою, за рахунок фізіології сенсорних систем здійснюється вагомий внесок у регуляцію працездатного стану організму. Імпульси, що йдуть від різних рецепторів в кору великих півкуль по нервових шляхах, необхідні для підтримки її нормальної функціональності. У рамках експериментів, проведених на тваринах, вчені змогли довести, що в разі вимушеного відключення органів чуття відбувається раптове зниження тонусу кори головного мозку, вона переходить в «сплячий режим». Піддослідну істота прокидалося виключно для годування та при позивах до спорожнення сечового міхура або кишечнику.
Адаптація сенсорних систем організму
У своїх лекціях про фізіології сенсорних систем російський вчений В. П. Павлов приділяє особливу увагу властивостям рецепторів. На його думку, головним з них є виборча чутливість до зовнішніх і внутрішніх подразників. При цьому більшість аналізаторів налаштоване на сприйняття тільки однієї модальності збудників – світлової, звукової, смакової, больовий або ін. Ступінь чутливості рецепторів буде набагато вище до специфічних і незвичних подразників.
Ще одна властивість рецепторів полягає у встановленні низьких порогів чутливості адекватних зовнішніх впливів. Наприклад, фізіологія зорової сенсорної системи визначає ступінь збудження фоторецепторів, яка залежить в першу чергу від дії світлової енергії. Запуск роботи аналізаторів відбувається також при впливі неадекватних подразників (наприклад, відбиття світла від механічного або електричного впливу). У цих випадках пороги порушення виявляються на порядок вище. Оскільки будь-який живий організм в рамках власної фізіології має здатність адаптуватися, тобто пристосовуватися до некомфортним і незвичних умов, процеси звикання зачіпають не тільки функції рецепторів, але і всі відділи сенсорної системи. Звикнути до різних периферичним елементів вдається за рахунок мінливості порогів збудження аналізаторів. Як тільки вони підвищуються, знижується рецепторна чутливість, відбувається адаптація до тривалих монотонним впливів. Для прикладу уявіть тикающую стрілку годинника. Після прибуття в кімнату людина відразу звертає увагу на сторонній звук, який йому, м'яко кажучи, не по душі, але після закінчення деякого часу він вже не буде помічати безперервно діючого подразника. При розгляді питань фізіології сенсорних систем людини не обходять стороною і швидкість адаптації до тривалих подразнень рецепторів. Звикнути до дії подразника нервові закінчення можуть швидко (такі рецептори називають фазними) і повільно. Ті рецептори, що не відразу пристосовуються до збудника, іменують тонічними. Перші реагують на подразник лише на початку та закінчення його дії, повідомляючи про це ЦНС двома-трьома імпульсами. Тонічні рецептори посилають до мозковій корі стабільні слабшали сигнали.
Згідно з вченням В. П. Павлова про фізіології сенсорної системи, адаптація може супроводжуватися підвищенням і пониженням порогу рецепторної збудливості. Наприклад, переходячи з добре освітленої кімнати в напівтемряву, людина поступово пристосовується до необхідність розрізняти предмети в темряві. Збудливість рецепторів при цьому висока. Проте якщо людина повернеться в світле приміщення, при переході він відчує різкий дискомфорт і ефект короткочасного засліплення. В таких умовах фоторецепторная збудливість моментально знижується, а сенсорна система адаптується до зовнішнього середовища. Як вже було зазначено, зовнішня інформація передається від нервових закінчень у вищі відділи мозку за специфічним і неспецифічним шляхах. До них відносять провідники зорової, слухової, рухової та інших сенсорних систем. Фізіологія кожної з них передбачає участь у неспецифічному відділі мозку, що не має прямого зв'язку з периферичними рецепторами.
Особливості зорової сенсорики
Дана система сприйняття і аналізу світлових подразників покликана передавати велику частину інформації про зовнішній середовищі. Завдяки їй ми сприймаємо світлові промені виключно в доступній частині спектру. Будова і фізіологія зорової сенсорної системи зумовлена вищевикладеними принципами організації, тому вона складається з периферичної (органи зору), провідникового (зорові нерви) і коркового (чотири групи нейронів) відділів.
Очне яблуко – це куляста камера, радіус якої досягає 125 мм. Всередині неї містяться елементи, що проводять світло — рогівка, волога передньої камери, кришталик і склоподібне тіло. Останнє являє собою гелеподібну рідина, призначення якої полягає в ламанні світлових променів і сфокусувати їх у напрямку до сітківці і розташованих на ній рецепторів. Очне яблуко оточене трьома оболонками, кожна з яких відіграє свою роль в сенсорному сприйнятті:
Зовнішня . Це непрозора оболонка (склера), переходить в рогівку. Середня . Розташовується в передній частині очного яблука і бере участь в утворенні війкового тіла і райдужної оболонки, визначальною колір очей. В середині райдужки є зіниця – отвір, яке регулює кількість пропускаються променів світла шляхом власного звуження або розширення. Внутрішня . Мова йде про сітківці, яка містить фоторецептори ока. Завдяки цій оболонці світлова енергія перетворюється в нервове збудження. Чітке зображення на ній забезпечується светопреломляющими середовищами ока (рогівкою і кришталиком). Заломлення променів, що надходять під прямим кутом до сітківці через центр головної оптичної осі, тобто середину светопреломляющих тіл, неможливо. Інші промені, що надходять не перпендикулярно, сходяться усередині очної камери в єдиній точці – фокусі. Здатність ока бачити предмети різної віддаленості офтальмологи називають акомодацією. З віком зорова ближня точка відсувається, так як погіршується акомодація і еластичність кришталика. Якщо в 7 років людина ясно бачить на відстані 7 см, то в похилому віці це стає неможливим. Ближня точка стає все далі, розвивається стареча далекозорість.
Як влаштований наш слух
Для сприйняття коливань звуку, що надходять із зовнішнього середовища, людина наділена слухової сенсорної системи. Фізіологія слухових аналізаторів має важливе значення для підтримки зв'язку та мовного спілкування в соціумі. Крім того, сенсорна система слуху має значення для оцінки темпу і ритму руху. Периферичний відділ представлений зовнішнім, середнім і внутрішнім вухом. Це складний орган, що передає інформацію ззовні в провідникову область. Перший нейрон, який одержує збудження від рецепторів внутрішнього вуха, знаходиться в спіральному равликову сайті, після чого інформація проходить по його волокон до другого нейрона в довгастий мозок. Наступний нейрон приймає частина імпульсів у задній зоні середнього мозку, а інші надходять до ядер проміжного внутрішнього колінчастого тіла. У кірковому відділі, зокрема, в області проекційного слухового поля, де знаходиться четвертий нейрон, відбувається складний процес обробки надійшла звукової інформації.
Розглядаючи фізіологію сенсорної системи слуху, слід звернути увагу на сам процес сприйняття звуку. Інформація надходить у вушну раковину, після чого звуки поділяються по частоті і місцем їх максимального впливу на мембрану. Наступний етап – перетворення рецепторами механічних коливань з подальшим порушенням нейронів. У процесі вивчення фізіології вищої нервової діяльності і сенсорної системи слуху, зокрема, більше уваги приділяється змінам, спровокованим зміщення мембрани з-за коливань. Визначальна роль тут належить висоті звуку. Максимальне зміщення мембрани спостерігається у людини, слух якого зосереджений на прийняття високих частот – вони дають найбільший ефект, в той час як низькі частоти доходять лише до вершини равлика. При різних звукових частотах відбувається збудження волоскових клітин і різних нервових волокон. На тлі зростання сили звучання зростає і інтенсивність мембранних коливань.
Органи почуття рівноваги і положення тіла в просторі
У загальній фізіології сенсорних систем є розділ, присвячений вивченню функцій і взаємозв'язку вестибулярного апарату з корою мозкових півкуль. Ознайомившись з ним, можна отримати детальне уявлення про те, як зовнішні та внутрішні імпульси допомагають організму підтримувати рівновагу тіла. Повноцінно функціонуюча вестибулярна сенсорика дає змогу людині регулювати і зберігати певне положення тіла, організовувати руху в просторі. Її периферичний відділ знаходиться у внутрішньому вусі, а порожнини і канали в скроневій області формують кістковий лабіринт, частково заповнений перетинчастими утвореннями. По суті, це і є те, що називають вестибулярним апаратом. Між кістковими і перетинчастими відділами знаходиться рідка перилимфа.
Вестибулярна сенсорна система взаємопов'язана з центрами спинного і головного мозку, які відповідають за ряд соматичних і вегетативних рефлексів (зміна тонусу м'язів, руху очей, ністагм). Крім анализаторной функції, необхідної для управління позою і рухами, вестибулярна система впливає на роботу зорових органів. До речі, вона не завжди позитивно впливає на окремі функції організму, що виникають в результаті иррадиирущего порушення доступні на нервові центри. Подразнення вестибулярного апарату призводить до зменшення збудливості зорової і шкірної сенсорики, що в результаті провокує зниження контролю над точністю рухів. Порушення координації та ходи, збій серцевого ритму, різкі перепади артеріального тиску, нудота і блювота – це далеко не весь перелік побічних реакцій, до яких можуть привести вестибулярні подразнення.
Інші сенсорні системи
У шкірних покривах і внутрішніх органах також присутні рецептори, збуджені при впливі подразників. Згідно фізіології ВНД і сенсорних систем, до них відносять такі види рецепції:
шкірна; висцероцептивная; нюхова; смакова. Нервові закінчення в шкірних покривах
Епідерміс людини представлений тактильної, больової і температурної рецепцією. Так, на 1 кв. см шкірних тканин припадає близько 100 больових точок, близько 15 тих, що реагують на зниження або підвищення температури, і 25 тактильних. Кожні з них мають свої особливості.
Так, фізіологія больовий сенсорної системи, на думку більшості фахівців, є примітивною в порівнянні з тактильною. Як такі рецептори болю відсутні будь – які механічні подразнення сприймаються найближчими нервовими закінченнями. Рецептивні реакція виникає також при температурному впливі. Завдяки тактильним сенсориці людина здатна аналізувати ступінь тиску на шкіру і відчувати дотики. Крім вільних нервових закінчень, на зовнішнє подразнення відповідають тільця Паччини і Мейснера – це складні утворення, нервові закінчення яких містяться у своєрідній капсулі. Тактильні рецептори присутні в шкірних судинах, верхніх і нижніх епідермальних шарах, а також у волосяних фолікулах. Особливо багато їх на пальцях, долонях, губах і підошвах. Температурна сенсорна система представлена в шкірних покривах холодовими та тепловими рецепторами. Якщо епідерміс охолоджується до +31 °С, теплові нервові закінчення втрачають активність, а холодові – навпаки, включаються в роботу. Вони повністю припиняють реагувати на будь-які подразники при зниженні температури шкіри до +12 °С.
Чутливість внутрішніх органів
Вісцеральна сенсорна система – це комплекс рецепторів, наявних у внутрішніх органах. До них відносять судинні барорецептори, хеморецептори, терморецептори. Завдяки вісцеральним нервових закінченнях ЦНС швидко інформується про будь-які зміни, що відбуваються в організмі. Сигнали надходять у проміжний мозок і інші області кори півкуль. Діяльність вісцеральної сенсорної системи ніяк не відчувається при нормальному функціонуванні органів і систем, але дає про себе знати при сильних подразненнях, розвитку захворювань.
Фізіологія нюхової і смакової рецепції
Процеси передачі інформації про запах і смак відносять до найбільш вивчених в сфері фізіології сенсорних систем. Нюхові і смакові закінчення призначені для аналізу і сприйняття подразників хімічної природи. Хеморецептори, які являють собою волоскові біполярні клітини, що знаходяться у верхньому епітелії носових ходів і відповідають за сприйняття людиною запахів із зовнішнього середовища. Саме вони передають інформацію до клітин нюхової цибулини головного мозку. При цьому хеморецептори по-різному реагують на молекули ароматичних речовин. Багато в чому з нюхової схожа і смакова сенсорна система. Фізіологія її має деякі відмінності. Наприклад, хеморецептори розташовуються не на слизовій оболонці носових ходів, а в епітелії язика, м'якого піднебіння і задньої стінки гортані. З віком кількість смакових рецепторів скорочується. У дітей мікроворсинок, реагуючих на надходять речовини, у кілька разів більше, ніж у дорослих. Цікаво, що рецептори різних частин мови сприймають тільки чотири смаки: гіркий, кислий, солодкий і солоний. На тлі вагітності або деяких захворювань смакові відчуття можуть бути змінені. Інформація, що надходить у мозок від цієї сенсорної системи, вкрай важлива для організації харчової поведінки і оптимальної роботи шлунково-кишкового тракту.
