Анализ раздражений. Организация и координация работы всех органов, а также ориентировка в окружающей среде требуют точного и непрерывного анализа информации, поступающей как от органов чувств, т.е. органов зрения, слуха, осязания, вкуса и обоняния, так и от всех других органов. Начинается анализ в рецепторах, которые вследствие особенностей строения легко подвергаются действию только некоторых раздражителей и хорошо защищены от влияния других. Так, рецепторы органа зрения практически раздражаются только светом, рецепторы органа слуха - звуками. Раздражители, к которым рецептор приспособлен, называют адекватными, т.е. соответствующими.

В одном и том же органе отдельные рецепторы могут обладать различной избирательной чувствительностью. Например, в органе слуха каждый рецептор возбуждается звуками лишь определенной высоты. Различна и частота импульсов, возникающих в рецепторах. Она зависит от интенсивности раздражения.

Анализ раздражителей на основании того, с каких рецепторов и с какой частотой поступают в мозг афферентные импульсы, разумеется, слишком элементарен. Один и тот же раздражитель может иметь различное значение в зависимости от того, при каких условиях, в комбинации с какими другими раздражителями он действует. Один и тот же звонок возвещает как о начале, так и о конце урока. Звонок, раздавшийся «не вовремя», например через несколько минут после начала урока, вызовет только ориентировочную реакцию, как всякий необычный раздражитель.

Тончайший анализ, который позволяет различать сходные раздражители или одни и те же, но действующие при разных условиях и в различной комбинации с другими раздражителями, основан на образовании условных рефлексов и осуществляется корой больших полушарий.

Анализ раздражений начинается в рецепторах, продолжается в различных участках центральной нервной системы по пути прохождения афферентных импульсов и заканчивается в коре больших полушарий. Системы, обеспечивающие этот процесс, И.П. Павлов назвал анализаторами. Каждый анализатор состоит из периферического, проводникового и коркового отделов.

Роль анализаторов в познании окружающего мира. Раздражение рецепторов, т.е. периферических отделов анализаторов, - единственный источник информации мозга о том, что происходит как в нашем собственном теле, так и в окружающей нас среде. Особое значение имеют рецепторы органов чувств: через них человек познает окружающий мир.

Предметы и явления внешнего мира, как правило, воздействуют на рецепторы различных органов чувств. Импульсы, приходящие с рецепторов, вызывают возбуждение определенных групп клеток в соответствующих пунктах коры больших полушарий, что отображается в нашем сознании как ряд ощущений. Держа в руке яблоко, мы его видим, осязаем, обоняем, чувствуем массу; откусив, можем определить вкус. Каждое отдельное ощущение отражает то или иное свойство яблока. В результате сложной деятельности коры на основе ощущений образуются восприятия, которые отражают не отдельные свойства (цвет, запах, вкус, массу и пр.), а вещи и явления в целом.

Ошибки органов чувств и их устранение. В обычных условиях световые рецепторы недоступны никаким другим раздражителям, кроме света, который легко проходит через прозрачные части глаза. Как естественный, адекватный раздражитель свет вызывает соответствующие ощущения. Однако в некоторых случаях световое ощущение возникает при действии неадекватного раздражителя. Когда при удалении глаза перерезают зрительный нерв, больной ощущает мгновенную вспышку света. Сильный удар в висок, вызывая сотрясение глаза и механическое раздражение зрительного нерва, опять-таки дает ощущение света (отсюда и выражение «искры посыпались из глаз»). Чем бы ни раздражать нерв, он будет посылать импульсы только в зрительную область коры больших полушарий и в результате возникнет ощущение света. При некоторых заболеваниях чувствительность кожных рецепторов настолько повышается, что легкое прикосновение дает ощущение боли. Подобные ощущения, не соответствующие действительности, возникают и при нарушениях в корковом отделе анализатора. Сюда относятся явления бреда и галлюцинаций.

Нередко ошибки органов чувств обусловлены влиянием ранее выработанных прочных условных связей в коре больших полушарий. Частично такого рода ошибки объясняются явлениями, которые принято называть иллюзиями (рис. 30). Так, если, как показано на рисунке, перекрестить средний и указательный пальцы и затем их смежными сторонами прикоснуться к горошине или к кончику собственного носа, получается ощущение двух предметов (две горошины, два кончика носа). Иллюзия объясняется тем, что в обычных, нормальных условиях пункт а среднего и пункт б указательного пальца не могут прикасаться к смежным участкам одного и того же предмета.

Казалось бы, ошибки органов чувств должны помешать правильному отражению в нашем сознании окружающих явлений и предметов. Однако эти ошибки не только не помехи в познании окружающего мира, но, наоборот, приводят к более глубокому его отражению. «На ошибках учатся», - гласит пословица. И действительно, ребенок начиная с грудного возраста непрерывно исправляет ошибки своих органов чувств. Возникающие у него условные связи сначала, как правило, носят резко выраженный обобщенным характер. Лишь постепенно устанавливается различение сходных раздражителей. Путем образования новых положительных и отрицательных условных связей устраняются ошибки, сначала грубые, а затем и более тонкие. Отражение внешнего мира тем самым совершенствуется, становясь более детальным, более точным.

Процесс устранения ошибок продолжается в течение всей жизни человека, составляя то, что принято называть жизненным опытом. Аналитико-синтетическая деятельность коры позволяет легко отличать нормальные ощущения, получаемые при действии адекватных раздражителей, от тех неотчетливых, неясных ощущений, которые возникают при действии необычных раздражителей. Шум или звон в ушах, связанный с приливом крови к органу слуха, человек без труда отличает от звуков окружающей среды.

Устранению ошибок помогает взаимодействие анализаторов. Так, одновременное раздражение зрительного, мышечного и кожного анализаторов способствует установлению условных связей, необходимых для оценки пространства, величины предметов и их перемещения. Когда ребенок впервые с небольшого расстояния смотрит в бинокль на приближающегося к нему человека, он невольно протягивает вперед руку или отрывает глаза от бинокля, чтобы удостовериться, действительно ли человек подошел к нему вплотную. Так он устраняет ошибку органа зрения, возникшую при пользовании незнакомым прибором - биноклем.

Чувствительность анализаторов. О чувствительности анализаторов обычно судят по порогу ощущения, т.е. по минимальной силе раздражения, при которой впервые возникает ощущение. Следовательно, чем ниже порог, тем выше чувствительность. Павловский метод условных рефлексов позволяет объективно исследовать порог раздражения анализатора путем определения минимальной силы раздражения, на которую удается выработать условный рефлекс. Порог раздражения, определяемый методом условных рефлексов, далеко не всегда совпадает с порогом ощущения: условный рефлекс может быть выработан и на такую интенсивность сражения, которая не вызывает отчетливого ощущения. По отношению к естественным раздражителям чувствительность анализаторов очень велика. Если бы атмосфера была совершенно прозрачна и не поглощала света, то для возбуждения рецепторов глаза достаточно было бы той силы света, которую дает свеча, находящаяся на расстоянии более 30 км. Хотя у человека обоняние развито гораздо слабее, чем у многих животных, тем не менее он может ощущать запах некоторых газообразных веществ, количество которых в одном литре воздуха не превышает десятитысячных и даже стотысячных долей миллиграмма.

При исследовании функции анализаторов большое значение имеет установление предела различения сходных раздражителей. С этой целью образуют прочный условный рефлекс на тот или иной раздражитель, а затем вырабатывают дифференцировку. Применяя последовательно раздражители, все менее отличающиеся от положительного, устанавливают, при какой степени сходства раздражителей еще возможно образование дифференцировки.

Оказалось, порог различения уменьшается под влиянием тренировки и может достигать весьма малых величин.

Приспособление к силе раздражения. Замечательное свойство анализаторов - изменение чувствительности в зависимости от силы раздражения. При ярком солнечном свете чувствительность фения во много тысяч раз слабее, чем в темноте. Именно по этой причине человек, перейдя из ярко освещенной комнаты в полутемное помещение, первое время ничего не видит. Но постепенно зрительные рецепторы приспосабливаются к слабому свету и человек начинает ясно различать окружающие предметы. Когда рецепторы приспособятся к темноте, их чувствительность становится настолько большой, что внезапный переход к яркому свету слепит глаза.

Приспособление, или адаптация, к силе раздражения обеспечивает нормальную работу анализаторов при самых различных условиях окружающей среды.

Тренировка анализаторов. На раздражение периферических отделов различных анализаторов клетки коры больших полушарий реагируют уже в первые дни жизни. Однако в анализе раздражений они не участвуют. Это объясняется отсутствием условных связей, без которых, разумеется, невозможен корковый анализ. Он появляется и становится все более тонким и точным по мере образования новых положительных и отрицательных условных связен. Так, когда ребенок начинает постигать грамоту, в коре его больших полушарий появляются условные связи между начертанием букв и соответствующими речевыми звуками, а затем между комбинациями букв и произносимыми словами. Нужна длительная тренировка, чтобы эти связи стали прочными и хорошо дифференцированными, чтобы ребенок научился читать.

Тонкое различение цветов, запахов, звуков и других раздражителей также требует длительной тренировки, в результате которой образуются соответствующие навыки. Тренировка анализаторов резко увеличивает их функциональные возможности.

Кожный анализатор

Значение кожного анализатора. Рецепторы, расположенные в коже, дают возможность осязать, т.е. ощущать воздействие на кожу раздражителей внешней среды. Через рецепторы кожи человек получает представление о плотности и упругости тел, их поверхности (гладкость, шершавость и пр.), форме, температуре. Тем самым кожный анализатор играет существенную роль в познании внешнего мира. У людей, лишенных зрения, он приобретает особое значение, в известной степени заменяя недостающий анализатор. Не менее велико значение кожного анализатора как источника рефлекторных реакций, особенно оборонительных, предохраняющих организм от повреждений и вредных воздействий.

Корковый отдел кожного анализатора. Корковый отдел кожного анализатора в основном расположен по заднему краю центральной борозды (цвет. табл. IX). Каждому участку кожи соответствует определенный участок коры больших полушарий, причем участки, получающие импульсы с кожи и мышц туловища, бедра, голени, плеча, предплечья, относительно очень малы, тогда как те, в которые поступают импульсы с кожи и мышц головы, кисти и стопы, наоборот, занимают большое пространство. Особенно велика площадь участков, связанных с кожей большого пальца кисти и губ.

Кожная чувствительность. Осторожное прикосновение к различным точкам кожи тыльной стороны запястья острым концом булавки вызывает в одних пунктах слабое ощущение боли (укола), в других - прикосновения, реже - холода и очень редко - тепла. Соответственно различают четыре вида кожной чувствительности: болевую, тактильную, холодовую и тепловую.

Раздельное существование видов чувствительности подтверждается отсутствием некоторых из них в отдельных участках кожи, а также частичным нарушением чувствительности при заболеваниях или при воздействии на кожу определенных химических веществ. Так, новокаин, применяемый при операциях для обезболивания небольшого участка кожи, вызывает в первую очередь потерю чувствительности к холоду, а несколько позднее - к боли, снижение чувствительности к теплу при полном сохранении чувствительности к прикосновению: больной в момент разрезания кожи ощущает не боль, а прикосновение ножа хирурга.

В различных участках кожи пороги ощущения неодинаковы. Так, порог тактильного ощущения для кожи кончика носа и ладонной стороны ногтевой фаланги пальцев кисти в 10-15 раз меньше, чем для кожи спины и живота.

Большое значение имеет величина раздражаемой поверхности кожи. Например, интенсивность ощущений тепла или холода тем выше, чем большая поверхность кожи погружена в теплую или холодную воду.

Одновременное прикосновение к двум соседним точкам кожи в зависимости от расстояния между ними вызывает ощущение либо одного, либо двух раздельных прикосновений. По наименьшему расстоянию, при котором два одновременных прикосновения ощущаются раздельно, судят о пороге пространственного различения тактильных раздражений. Он также неодинаков в разных участках тела. Если к коже спины прикоснуться раздвинутыми на 40-50 мм ножками циркуля, то получается ощущение не двух, а одного прикосновения. Лишь при большем расстоянии между ножками циркуля можно получить два раздельных ощущения. В разных местах кожи предплечья ощущение двух прикосновений получается при минимальном расстоянии между ними в 25-40 мм. На кончиках пальцев и языка даже при расстоянии между ножками циркуля в 1-2 мм ощущаются два раздельных прикосновения.

Обычно раздражения, которые воспринимаются кожей, действуют на разные виды рецепторов, иными словами, носят комплексный характер.

В коре больших полушарий импульсы, взаимодействуя, приводят к появлению единого обобщенного ощущения, которое в значительной степени зависит от соотношения силы раздражения отдельных видов рецепторов. Так, болевые ощущения снижаются, если сильно раздражать тактильные рецепторы, например, потирать руками ушибленное место.

Адаптация к раздражению. Кожные рецепторы проявляют резко выраженную адаптацию к непрерывно длящемуся раздражению. Если положить на кожу ладони копеечную монету, то ощущение ее присутствия быстро слабеет. А через несколько секунд совсем исчезает.

Частичная адаптация к изменению температуры легко обнаруживается, если правую руку опустить в воду, охлажденную до + 15, а левую - в воду, нагретую до +40, +45°С; последующее опускание обеих рук в воду, имеющую температуру +30°С, вызывает ощущение, что правая рука, адаптированная к холоду, находится в теплой воде, а левая, адаптированная к теплу, - в холодной.

Внутренние анализаторы

Информация о собственном теле. Во всех органах существуют различные рецепторы, чувствительные к давлению, растяжению, изменению температуры или к действию других раздражителей. Информация, получаемая с этих рецепторов, способствует поддержанию нормальной деятельности организма, прежде всего, обеспечивает саморегуляцию систем органов, приводя к так называемым собственным рефлексам, т.е. реакциям той системы органов, которая подвергалась раздражению. Эти рефлексы могут протекать как с участием, так и без участия коры.

Двигательный анализатор. Рецепторы, расположенные в мышцах, сухожилиях, суставах, сигнализируют о степени сокращения или расслабления каждой мышцы и всего двигательного аппарата, а тем самым о положении в пространстве любой части тела. Без такой информации не может быть осуществлен ни один двигательный акт. Центральный отдел двигательного анализатора находится в коре больших полушарий, впереди от центральной борозды.

В организме даже при отсутствии движений все мышцы находятся в состоянии некоторого напряжения. Это напряжение, называемое мышечным тонусом, поддерживается импульсами, поступающими из центральной нервной системы. Оно исчезает при нарушении связи мышцы с мозгом. Во время каждого движения напряжение одних мышц усиливается, других - уменьшается, третьих – остается без изменений.

Полная информация о состоянии двигательного аппарата возможна лишь при условии непрерывного потока импульсов от каждой мышцы. Так оно и есть в действительности, причем частота импульсов зависит от степени напряжения мышцы. Иными словами, рецепторы двигательного аппарата, в отличие от большинства других рецепторов, почти не адаптируются к непрерывно длящемуся раздражению. Это обеспечивает сохранение равновесия, координацию движений и непрерывный контроль за правильностью и точностью их выполнения.

Отолитовый аппарат и полукружные каналы. В утолщенной части височной кости находится сложная система каналов, названная лабиринтом. Расположенные в ней органы называются перепончатым лабиринтом (рис. 31). Его передняя часть относится к органу слуха. В средней части находится отолитовый аппарат. Он состоит из двух мешочков, на внутренней поверхности которых имеются рецепторы, снабженные волосками. На волосках висят маленькие комочки кристаллов извести - отолиты. Изменение положения головы меняет натяжение волосков и тем самым раздражает рецепторы.

Задняя часть лабиринта состоит из трех полукружных каналов, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях и заполненных жидкостью. На одном конце каждого канала находятся рецепторы, чувствительные к изменению давления. Малейшее изменение скорости или направления движения тела, а следовательно, и головы вызывает толчкообразное усиление или ослабление давления жидкости на рецепторы и тем самым раздражает их.

Импульсы, идущие от отолитового аппарата и полукружных каналов, посылают информацию о положении головы в пространстве и об изменении скорости и направления движений. Значение этой информации заключается в том, что путем соответствующих рефлекторных реакций мышц сохраняется правильное положение головы, а вместе с ней и всего тела как при покое, так и при движениях. Нарушение функций отолитового аппарата и полукружных каналов влечет за собой невозможность сохранять равновесие.