Кодирование информации в сенсорной системе

Природа наших ощущений

Своеобразной и очень важной особенностью рецепторного потенциала является четкая количественная зависимость его параметров от качественных и количественных характеристик раздражителя. Здесь, в рецепторе, начинаются процессы кодирования информации и одновременно ее анализ, то есть выделение отдельных признаков. Кодирование на рецепторном уровне обеспечивается, во-первых, высокой избирательной чувствительностью. Среди громадного множества воздействий, падающих на рецептор, только адекватные раздражители обусловливают возникновение рецепторного потенциала. И во-вторых, амплитуда рецепторного потенциала пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя. Именно в этой части афферентной системы происходит логарифмическое преобразование сигнала, то есть переход на гораздо более экономный код, позволяющий при помощи сравнительно небольших изменений биологического сигнала передавать информацию о диапазоне изменений на 9-12 порядков, возможных в естественных условиях.

Рецепторный потенциал является первым звеном в цепи последующих событий, развивающихся в афферентной системе. На следующем этапе передачи возбуждения, а это и означает передачу информации, возникает нервный импульс. И здесь мы обнаруживаем гораздо большее разнообразие способов кодирования. При этом, однако, не следует забывать, что речь идет о таких элементарных признаках раздражителя, как его интенсивность, длительность и некоторые другие. В частности, информация об интенсивности раздражителя, которая логарифмически кодируется электрическим ответом рецептора, в нервной импульсации может выражаться величиной латентного, или скрытого, периода, то есть времени от момента воздействия раздражителя до появления нервного импульса (от латинского latens - скрытый, невидимый), количеством импульсов в ответ на каждый раздражитель, изменением частоты исходной импульсации, а также структурой самого ответа.

Хотя и это выглядит достаточно сложно, на самом деле все происходит еще гораздо сложнее, потому что восходящие в центральную нервную систему афферентные пути представляют собой не просто параллельно идущие каналы связи, а являются элементами с чрезвычайно сложным взаимодействием. В результате этого взаимодействия в каждом звене анализатора один и тот же признак закодирован по-разному. Естественно, возникает вопрос: а что дает такое взаимодействие, какая в этом биологическая целесообразность? А дело заключается в том, что анализаторы человека обеспечивают не просто ощущение элементарных воздействий света, звука, давления и тому подобного, они обеспечивают опознавание образа реального предмета внешнего мира. Такие реальные предметы и явления, естественно, обладают весьма большим количеством раздражителей, которые падают одновременно или в определенной последовательности не только на совокупность рецепторов одной сенсорной системы, но даже и на различные афферентные системы. Нейрофизиологической основой такого взаимодействия в пределах одного анализатора является принцип рецептивных полей и нейронов-детекторов.

Рецептивное поле представляет собой совокупность рецепторов, замыкающихся на один нейрон того или иного порядка афферентной системы. Однако даже одиночное рецептивное поле по своей структуре неоднородно. Принято различать его центр и периферию, которые по-разному реагируют на воздействующий стимул. Как правило, центральная часть отвечает на включение раздражителя (так называемая "on-реакция"), а периферические - на выключение ("off-реакция"). Строение и свойства рецептивных полей в пределах одной сенсорной системы весьма разнообразны, что соответственно повышает информационную емкость наших анализаторов, то есть увеличивается количество пропускаемой информации. К этому еще необходимо добавить, что элементы в пределах одного поля также взаимодействуют между собой, в конечном итоге усиливая или ослабляя выходной сигнал.

Но если бы наши сенсорные системы были способны только односложно реагировать на начало или конец действия раздражителя, то в таких условиях практически невозможно было бы восприятие признаков и опознание образов (что и представляет собой конечную цель работы анализаторов). Оказывается, что в сложных нейронных структурах, проецирующихся на рецепторную периферию, имеются весьма своеобразные элементы, которые обладают врожденной способностью реагировать только на один какой-либо признак, выделяя его из множества других. Этот признак, конечно, по своей структуре гораздо более сложен, чем элементарный раздражитель, падающий на одиночный рецептор. Такие нейроны были названы детекторами. В настоящее время имеются основания говорить не только о врожденных детекторах, но и о приобретенных в процессе индивидуальной жизнедеятельности. Если это так, то тогда значительно легче объяснить механизм узнавания предметов на основании принципа детектирования.

Виктор Иванович Шостак, 1983 год