Основой знаний об окружающем мире являются ощущения. Ощущение – отражение свойств предметов объективного мира, возникающее у человека при их непосредственном воздействии на его органы чувств – сенсорные системы (анализаторы).

Сенсорные системы – это специализированные части нервной систе­мы, включающие периферические рецепторы (сенсорные органы, или органы чувств), отходящие от них нервные волокна (проводящие пути) и клетки центральной нервной системы, сгруппированные вместе (сенсорные центры). Каждая область мозга, в которой находится сенсорный центр (ядро) и осуществляется переключение нервных волокон, образует уровень сенсорной системы. После переключения нервный сигнал по аксонам клеток сенсорных ядер передается следующим уровням, вплоть до коры головного мозга – экранной структуры, где находятся первичные проекционные зоны анализатора, окруженные вторичными сенсорными и ассоциативными полями коры. Кроме ядерных образований во всех отделах мозга, а особенно в коре больших полушарий, имеются нервные клетки, не сгруппированные в ядра, так называемые диффузные нервные элементы.

В сенсорных органах происходит преобразование энергии внешнего стимула в нервный сигнал – рецепция. Нервный сигнал (рецепторный потенциал) трансформируется в импульсную активность или потенциалы действия нейронов (кодирование). По проводящим путям потенциалы действия достигают сенсорных ядер, на клетках которых происходит переключение нервных волокон и преобразование нервного сигнала (перекодирование). На всех уровнях сенсорной системы одновременно с кодированием и анализом стимулов осуществляется декодирование сигналов, то есть считывание сенсорного кода. Декодирование осуществляется на основе связей сенсорных ядер с двигательными и ассоциативными отделами мозга. Нервные импульсы аксонов сенсорных нейронов в клетках двигательных систем вызывают возбуждение (или торможение). Результатом этих процессов является движение – действие или остановка движения – бездействие. Конечным проявлением активации ассоциативных функций также является движение.

В сенсорных системах, особенно в таких как зрение и слух, важная функциональная роль принадлежит так называемому дорецепторному звену (или уровню). Это специально адаптированная для эффективной передачи внешнего стимула к нервным структурам система анатомических образований или вспомогательных структур. Например, в зрении – оптическая система глаза, в слухе – наружное и среднее ухо, в коже – капсулы, окружающие нервные волокна.

Сенсорное восприятие продуктов питания представляет собой ком­плексный психофизиологический процесс. С точки зрения физиологии человек воспринимает через свои органы чувств раздражители от определенных компонентов продуктов питания или других объектов. Строение и функции органов восприятия представляют физиологическую сторону общего комплекса сенсорного восприятия.

Ощущения возникают в результате преобразования специфической энергии раздражителей в энергию нервных процессов организма. Физиологической основой ощущения является нервный процесс, стимулируемый действием того или иного раздражителя на адекватный анализатор. Любой анализатор состоит из трех частей: периферической, или рецепторной, проводниковой и центральной, или корковой, где завершаются аналитико-синтетические процессы по оценке биологической значимости раздражителя. Ощущение имеет рефлекторный характер.

Все анализаторы на своей периферии имеют воспринимающие аппараты – рецепторы, в которых происходит трансформация энер­гии раздражителя в процессе возбуждения. Имеется несколько при­знаков, по которым классифицируют рецепторы, однако основной из них – по виду энергий раздражителя. С этой точки зрения различают следующие виды рецепторов.

Механорецепторы воспринимают механическую энергию, к ним от­носятся рецепторы тактильной, слуховой, вестибулярной, двигательной и отчасти висцеральной чувствительности.

Хеморецепторы – рецепторы обоняния, вкуса, сосудов и внутренних органов.

Осморецепторы воспринимают изменения осмотического давления в межклеточной жидкости.

Терморецепторы реагируют на тепловую энергию.

Фоторецепторы воспринимают электромагнитное излучение в видимой части спектра.

Своеобразной и очень важной особенностью рецепторного потенциала является четкая количественная зависимость его параметров от качественных и количественных характеристик раздражителя. 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. Во-вторых, амплитуда рецепторного потенциала пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя. Именно в этой части сенсорной системы происходит логарифмическое преобразование сигнала, то есть переход на гораздо более экономный код, позволяющий при помощи сравнительно небольших изменений биологического сигнала передавать информацию в диапазоне изменений на 9–12 порядков, возможных в естественных условиях.

Рецепторный потенциал является первым звеном в цепи последующих событий, развивающихся в сенсорной системе. На следующем этапе передачи возбуждения возникает нервный импульс. Проводящие нервные пути передают нервные импульсы в кору головного мозга, где они подвергаются обработке, и снова возвращаются в рецепторы.

Анализаторы характеризуются следующими психофизическими свойствами.

Чрезвычайно высокая чувствительность к адекватным раздражителям. Количественной мерой чувствительности является пороговая интенсивность, то есть наименьшая интенсивность раздражителя, воздействие которого дает ощущение. Чем ниже пороговая интенсивность, или, как часто говорят, просто порог, тем выше чувствительность.

Все анализаторы обладают дифференциальной, или различительной, или контрастной чувствительностью, то есть обладают способностью устанавливать различие интенсивности между раздражителями.

Эта функция анализатора определяется наименьшей величиной (называемой разностным, или дифференциальным порогом), на которую следует изменить силу раздражителя, чтобы вызвать едва заметное, минимальное изменение ощущения.

Характерным для анализаторов является их свойство приспосабливать уровень своей чувствительности к интенсивности раздражителя. Это свойство получило название адаптации. Анализаторам присуща тренируемость. Это свойство заключается как в повышении чувствительности, так и в ускорении адаптационных процессов под влиянием самой сенсорной деятельности. Анализаторы имеют способность некоторое время сохранять ощущение после прекращения действия раздражителя. Анализаторы в условиях нормального функционирования находятся в постоянном взаимодействии.

На высших уровнях сенсорной системы функционируют элементы, которые интегрируют информацию, получаемую от различных рецепторов, и «сравнивают» ее по нескольким признакам с хранящимися в памяти эталонами. В процессе естественного развития человека идет интенсивное накопление сенсорного опыта, сенсорное обучение, которое является основой для его последующей сенсорной деятельности.

Основными функциями сенсорных систем являются следующие:

– рецепция сигнала;

– преобразование рецепторного потенциала в импульсную активность нервных путей;

– передача нервной активности к сенсорным ядрам;

– преобразование нервной активности в сенсорных ядрах на каждом уровне;

– анализ свойств сигнала;

– идентификация свойств сигнала;

– классификация и опознание сигнала;

– принятие решения.

Большинство функций осуществляется на последовательных уровнях сенсорных систем, что связано с анализом стимула и завершается в первичных проекционных зонах коры головного мозга. Идентификация и классификация сигнала требуют участия вторичных анализаторных и ассоциативных зон мозга и связаны с синтезом сведений о сигнале. Результат идентификации и классификации приводит к опознанию сигнала на основе принятия решения и всегда выражается в какой-либо реакции организма (двигательной, вегетативной). По ее характеристикам оценивается конечный результат анализа и синтеза раздражителей.

В современной психологии принято выделять несколько уровней отражения объективной действительности: сенсорный, перцептивный (первичные образы), уровень представлений и воображения (вторичные образы) и речемыслительный уровень. Таким образом, восприятие, как и ощущение, относится к процессам непосредственного отражения действительности.

Под восприятием понимается субъективное (психическое) отражение предметов и явлений объективной действительности как результат их непосредственного воздействия на органы чувств.

В ходе этого воздействия у субъекта формируются целостные образы вещей и событий. В отличие от ощущений, которые отражают отдельные свойства предмета, восприятие отражает предмет в целом, в совокупности его свойств. Основное и главное условие возникновения образа восприятия – это воздействие предметов и явлений объективной действительности на органы чувств.

Представление, или вторичный образ, – это воспроизведенный субъектом образ предмета, основывающийся на прошлом опыте этого субъекта и возникающий в отсутствие воздействия предмета на его органы чувств. Как и восприятия, представления наглядны. Однако от восприятий они отличаются меньшей яркостью, фрагментарностью, неустойчивостью, обобщенностью. Обобщенность образа может быть выражена в разной степени, а именно – от конкретного представления предмета в условиях частного момента до абстрактного образа целого класса объектов. Высоко обобщенные представления присущи системе мышления.

Представления полимодальны, то есть включают в себя тактильно-кинестетические, визуальные, слуховые и прочие составляющие. Однако в каждом конкретном представлении какая-то модальность оказывается ведущей: так, выделяются слуховые, вкусовые и другие представления.

Представления являются образами памяти в том случае, если в образе воспроизводится прежде воспринятое и если отношение образа к прошлому опыту субъектом осознается. Если же представление формируется безотносительно к прежде воспринятому, то представление является не образом памяти, а образом воображения. Представление и воображение являются одновременно и воспроизведением, пусть очень отдаленным и опосредованным, и преобразованием действительности.

Воспроизведение – основная характеристика памяти, преобразование – основная характеристика воображения. Образы памяти несут и сохраняют результаты прошлого опыта, образы воображения их преобразуют.

Память человека – форма технического отражения действительности. В зависимости от форм технического отражения различают три вида памяти – образную, эмоциональную и словесно-логическую. К каждому из этих видов применимы понятия «кратковременная память», «оперативная память» и «долговременная память». Структурными компонентами перечисленных видов памяти являются процессы запоминания, сохранения, узнавания и воспроизведения информации. Поскольку память человека представляет собой необходимое условие любой его деятельности, то процессы, ее обеспечивающие, называют сквозными.

Под вниманием понимают направленность и сосредоточенность психической деятельности человека. При этом под направленностью понимается избирательный характер активности, а под сосредоточенностью – углубление в данную деятельность. Классификация в зависимости от уровней психической регуляции предусматривает разделение внимания на непроизвольное, произвольное и послепроизвольное.

Непроизвольное внимание обусловлено как физическими харак­теристиками стимула (интенсивностью, контрастностью, длительностью, внезапностью и т. п.), так и значимостью стимула для человека. Если направленность и сосредоточенность внимания человека связаны с сознательно поставленной целью, то говорят о произвольном внимании. При послепроизвольном внимании сознательное выполнение какой-либо задачи сопровождается поглощением личности данной деятельностью и не требует волевых усилий.

К числу основных характеристик внимания относят объем информации, избирательность, устойчивость, концентрацию, распределение и переключение.

Мышление и речь очень тесно взаимосвязаны. Через ощущение и восприятие мышление непосредственно связано с внешним миром, но в отличие от них оно является как процессом, так и продуктом социально опосредованного отражения. Речь, будучи, как и мышление, связана со всеми психофизическими процессами, выполняет в отношении их интегративную функцию, выходя за пределы мышления. В мышлении различают мыслительные процессы (планирование, проектирование, предсказывание, оценивание, понимание, умозаключение) и мыслительные операции (анализ, синтез, сравнение, обобщение).

Установлено несколько общих фаз мыслительных процессов:

– возникновение проблемы (субъект осознает, что объем его знаний недостаточен для достижения намеченной цели);

– анализ проблемной ситуации (субъект анализирует информацию, которая содержится в проблемной ситуации, и структуру цели, которую он хочет достичь, иначе говоря, субъект анализирует различия между тем, что задано, и тем, что должно быть достигнуто);

– генерирование гипотез о способах достижения намеченной цели (на этой стадии, которая называется продуктивной фазой мышления, субъект продуцирует новую информацию в виде гипотез, методов решения и т. п.);

– проверка гипотез (контроль, оценка и проверка ценности выдви­нутых гипотез и методов решения).

Решая проблему, субъект пользуется различными правилами анализа проблемной ситуации, генерирования гипотез и их проверки. Система правил, которые сознательно, а иногда неосознанно применяет субъект при решении проблемы, называется стратегией решения проблемы.

В соответствии с современными представлениями о структуре объ­ективного и субъективного сенсорного пространства процесс формирования ощущений в общем виде можно представить как процесс отражения физического пространства стимулов J в субъективное сенсорное пространство ощущений S , описываемый «глобальным» оператором преобразования Qs / j . Однако необходимо учитывать внесенсорные факторы.

Понятие стимула неразрывно связано с понятием энергетического и информационного воздействия. Оказывая воздействие на наши органы чувств, приспособленные для восприятия лишь определенного рода воздействия, стимул по отношению к тому или иному органу может быть либо адекватным, либо неадекватным.

Для сенсорного анализа характерно наличие двух основных проблем:

– проблемы измерения сенсорной чувствительности (проблема сенсорных порогов);

– проблемы шкалирования ощущений.

Слабые стимулы не способны вызывать ощущения и воздействовать на органы чувств. Вместе с тем сенсорный ответ с увеличением стимула возрастает не бесконечно. На определенном уровне стимула интенсивность ответа стабилизируется вследствие насыщения или достижения уровня болевого ощущения. Уровень сенсорной чувствительности человека характеризуется величиной порога чувствительности.

Порог чувствительности – это наименьшая интенсивность стимула, воспринимаемая органами чувств. Чем ниже порог чувствительности, тем выше чувствительность субъекта, выполняющего оценку. Понятие порог чувствительности включает порог ощущения, порог распознавания и порог разницы.

Порог ощущения – это наименьшая интенсивность стимула, улавливаемая органами чувств, который качественно нельзя определить.

Порог распознавания – это наименьшая интенсивность стимула, воспринимаемая органами чувств, который качественно можно определить.

Порог разницы – это минимальная, но заметно воспринимаемая разница интенсивности между двумя импульсами одного и того же вида стимула. Порог разницы называется также дифференциальным порогом.

Чувствительность органов чувств может быть значительно увеличена путем упражнений, а также целенаправленной тренировкой. Для стимулов с энергетическими характеристиками используют понятие абсолютного верхнего порога. Под абсолютным верхним порогом понимается максимальная величина стимула, выше которой человек ощущает боль – от яркого света, сильного звука и т. п. Максимальную величину абсолютного верхнего порога называют также порогом насыщения. Интервал между нижним и верхним порогами является диапазоном чувствительности.

Основная идея психофизики заключается в постулировании прин­ципиальной возможности установления функциональной связи между специфическими объектами как источниками воздействия на органы чувств человека (стимулами) и ощущениями как актами осознания этих воздействий. Такая связь называется психофизической функцией. Процесс осознания ощущений рассматривается как построение сенсорной шкалы. Сенсорной шкалой называется комплекс, состоящий из множества ощущений, множества чисел и отношения эквивалентности между элементами обоих множеств. Психофизическая функция устанавливает зависимость шкальных значений сенсорной шкалы (значение функции) от шкальных значений физической шкалы (аргумент функции).

Общая физиология рецепции

Рецепторы – это специализированные чувствительные образова­ния, воспринимающие и преобразующие раздражения из внешней и внутренней среды организма в специфическую активность нервной системы.

Адекватные раздражители – это те раздражители, к энергии которых рецепторы наиболее чувствительны. По качеству вызываемых раздражителями ощущений (модальности) рецепторы классифицируют на слуховые, зрительные, обонятельные, вкусовые, тактильные, температурные и болевые.

По дальности расположения воспринимаемого стимула рецепторы являются дистантными (слух, зрение) и контактными (осязание, обоняние, вкус). Рецепторы, воспринимающие раздражители из внутренней среды организма, называют интероцепторами (рецепторы сосудов, внутренних органов, а также рецепторы двигательного аппарата, называемые проприоцепторами).

По месту приложения раздражителя рецепторы являются первич-ночувствующими (тактильные, обонятельные, интеропроприоцепторы) и вторичночувствующими (зрительные, слуховые, вестибуляторные, вкусовые).

Рецепторный потенциал возникает при действии внешнего стимула, который в результате появления ионных токов вызывает изменение потенциала покоя рецептора. Проницаемость мембраны рецептора к ионным токам, в основном к токам Na (в меньшей степени – К⁺, Са²⁺) меняется. Под действием стимула белковые молекулы белково-липидного слоя мембраны рецептора изменяют свою конфигурацию, и проводимость мембраны для мелких ионов повышается. Когда рецепторный потенциал достигает порогового значения, возникает нервный импульс – распространяющееся возбуждение. Такой рецепторный потенциал называют также генераторным потенциалом.

По функциональным характеристикам рецепторы делят на моно- и полимодальные, спонтанноактивные и молчащие.

Адаптация рецепторов – это снижение уровня их возбуждения под действием постоянно действующего раздражителя.

Функциональное назначение рецепторов с различной степенью адаптации:

– слабо адаптирующиеся рецепторы служат для сигнализации об истинных, абсолютных и мгновенных величинах стимулов;

– быстро и полностью адаптирующиеся рецепторы – для сигнализации об изменениях стимула на фоне шума – внешнего или биологического (пример внутреннего «шума» – спонтанная активность нейрона).

Когда рецепторы адаптируются к постоянно действующему стимулу, они теряют некоторое количество сведений о стимуле, например о его продолжительности. Однако чувствительность адаптированного рецептора к изменениям стимула возрастает. Любое усиление стимула действует на адаптированный рецептор как новый раздражитель.

Чувствительность рецептора – это способность воспринимать раздражитель. Ее характеризуют минимальной величиной стимула, вызывающего возбуждение рецептора. Эта величина называется абсолютным порогом чувствительности. В каждой сенсорной системе рецепторы широко распределены по порогам чувствительности. Например, в зрительной системе максимальная чувствительность рецепторов составляет один квант света, но чувствительность разных элементов отличается в 107 раз. В слуховой системе максимальная чувствительность рецепторов к звуку соответствует механическому смещению базилярной мембраны, но отличается для разных рецепторов в 109 раз.

Порог – это величина, обратно пропорциональная чувствительности. Он является важной характеристикой не только отдельного рецептора, но и сенсорной системы, поскольку чувствительность рецептора значительно выше, чем чувствительность системы в целом.