Детектори зорового сприйняття жаби
«Для дослідження ієрархії класифікаторів та понять, що належать до зорового сприйняття у тварин, надзвичайно цікава робота чотирьох вчених із Массачусетського технологічного інституту. (Дж. Летвін та ін. Що повідомляє око жаби мозку жаби, у Збірнику: Електроніка та кібернетика в біології та медицині, М., «Іноземна література», 1963 р.).
Зір грає велику роль життя жаби: з його допомогою вона полює і рятується від ворогів. Дослідження поведінки жаби показує, що вона відрізняє видобуток від ворога за розмірами та станом руху. Дуже цікаво, що рух тут відіграє вирішальну роль. Побачивши маленький (розмірів комахи або черв'яка) предмет, що рухається, жаба стрибає і схоплює його. Жабу можна обдурити, розгойдуючи на ниточці невеликий неїстівний предмет.Але на нерухомого черв'яка або комаха жаба не звертає ні найменшої уваги, і вона може померти з голоду серед великої кількості їжі, якщо ця їжа нерухома. Великі предмети, що рухаються, жаба вважає ворогами і рятується від них втечею.
Сітківка ока жаби, як і інших хребетних, має три шари нервових клітин. Верхній (найзовнішній) шар утворюють світлочутливі рецептори - палички та колбочки. Потім іде шар асоціативних нейронів кількох типів. Одні з них (так звані біполярні клітини) дають переважно вертикальні аксони, якими збудження передається в більш глибокі шари. Інші (горизонтальні або амакринні клітини) пов'язують нейрони, розташовані на одному рівні. Останній за глибиною залягання – третій шар – утворюють так звані гангліозні клітини. Їх дендрити отримують інформацію від клітин другого шару, а аксони являють собою довгі волокна, які сплітаються в джгут - зоровий нерв, що сполучає сітківку змозком. Ці аксони розгалужуються, входячи в зоровий бугор мозку, і передають інформацію дендритам мозкових нейронів.
Око жаби має близько мільйона рецепторів, близько трьох мільйонів асоціативних нейронів другого шару та півмільйона гангліозних клітин. Така структура сітківки дає підставу припустити, що аналіз зображення починається вже в оці тварини і зображення передається зоровим нервом у термінах якихось проміжних понять. Сітківка як би є винесеною на периферію частиною мозку. Це припущення підтверджується тим, що розташування поверхні зорового бугра точок входу нервових волокон (аксонів) збігається з розташуванням відповідних гангліозних клітин на виході сітківки. І це незважаючи на те, що протягом зорового нерва волокна багаторазово переплітаються один з одним і змінюють своє становище на зрізі нерва. Нарешті, до того ж висновку наводять дані ембріології про розвиток сітківки.
У дослідах, що описуються, в зоровий нерв жаби вводився тонкий платиновий електрод, що дозволяло реєструвати збудження окремих гангліозних клітин. Жаба поміщалася до центру алюмінієвої напівсфери, що має (зсередини) матово-сірий колір. По внутрішній поверхні півсфери могли переміщатися різні темні предмети - прямокутники, диски тощо, підтримувані з допомогою магніту, розташованого із зовнішнього боку напівсфери.
Результати експериментів ми можемо підсумовувати в такий спосіб. Кожна гангліозна клітина має певне рецептивне поле, тобто ділянку сітківки (безліч рецепторів), з якої вона збирає інформацію. Стан рецепторів поза рецептивним полем ніяк не впливає на стан гангліозної клітини. Розміри рецептивних полів у клітин різного типу, якщо вимірювати їх кутовими розмірамивідповідної видимої області, варіюються від 2 до 15 ° діаметрі.
Гангліозні клітини поділяються на чотири типи залежно від того, який процес у своєму рецептивному полі вони реєструють. Ці типи такі:
- Детектори контрасту, що тривало зберігається. Ці клітини не реагують на включення або вимкнення загального освітлення. Але якщо в рецептивному полі з'являється край об'єкта, темнішого або світлішого, ніж фон, кольору, то клітина відразу ж починає генерувати імпульси.
- Детектори опуклих країв. Ці клітини збуджуються у разі, якщо у рецептивному полі з'являється маленький (трохи більше 3°) опуклий об'єкт. Максимальне порушення (частота імпульсів) досягається, коли діаметр об'єкта становить приблизно половину діаметра рецептивного поля. На прямий край об'єкта клітина не реагує.
- Детектори країв, що рухаються. Їх рецептивне поле має ширину приблизно 12 °. Клітина реагує на будь-який помітний край об'єкта, темнішого або світлішого, ніж фон, кольору; але лише за умови, що він рухається. Якщо через поле плавно переміщається предмет шириною понад 5°, то виникають дві реакції: на передній і задній край.
- Детектори затемнення поля. Вони посилають серію імпульсів, якщо раптово зменшується загальна освітленість рецептивного поля.
Надзвичайно цікаво, як розташовані закінчення зорових волокон у зоровому бугрі мозку. Ми вже говорили, що в плані це розташування збігається з розташуванням відповідних гангліозних клітин у сітківці. Але, крім того, виявляється, що закінчення волокон кожного типу знаходяться в зоровому бугрі на певній глибині, так що в мозку жаби є чотири шари нейронів, що сприймають зорову інформацію, і кожен шар як би отримуєвідбиток сітківки, але у певному аспекті відповідно до одного з чотирьох типів гангліозних клітин. Ці шари є датчиками інформації для вищих відділів мозку».
Турчин В.Ф., Феномен науки: Кібернетичний підхід до еволюції, М., «ЕТС», 2000, с. 52-55.