Кодування інформації в сенсорних системах
Меню навігації
На головну
Інформація
З архівів
Кодування - процес перетворення інформації в умовну форму (код), зручну для передачі каналом зв'язку. Будь-яке перетворення інформації у відділах сенсорної системи є кодуванням.
Кодування інформації. Інформація про дію хімічних, механічних подразників, мають різноманітну природу, перетворюється рецепторами на універсальні для мозку сигнали – нервові імпульси. Таким чином рецептори кодують інформацію про середовище, тобто перетворюючи сигнали, незрозумілі мозку, сигнали, зрозумілі йому.
У слуховій сенсорній системі механічне коливання перетинки та інших звукопровідних елементів на першому етапі перетворюється на рецепторний потенціал, останній забезпечує виділення медіатора в синаптичну щілину та виникнення генераторного потенціалу, в результаті дії якого в аферентному волокні виникає нервовий імпульс. Потенціал дії досягає наступного нейрона, у синапсі якого електричний сигнал знову перетворюється на хімічний, тобто багаторазово змінюється код. Слід зазначити, що у всіх рівнях сенсорних систем немає відновлення стимулу у його початковій формі. Цим фізіологічне кодування відрізняється від більшості технічних систем зв'язку, де повідомлення зазвичай відновлюється в початковому вигляді.
Кодовані характеристики подразника. В сенсорних системах кодуються якісна характеристика подразника (на-1ример, світло, звук), сила подразника, час його дії, а так само простір, тобто місце дії подразника і локалізація його в навколишньому середовищі. У кодуванні всіх характеристикПодразника беруть участь усі відділи сенсорної системи.
У периферичному відділі сенсорної системи кодування якості подразника (вид) здійснюється з допомогою специфічності рецепторів, тобто. Можливості приймати подразник певного виду, якого він пристосований у процесі еволюції, тобто. до адекватного подразника. Так, світловий промінь збуджує лише рецептори сітківки, інші рецептори (нюху, смаку, тактильні тощо) на нього зазвичай не реагують.
Кодування якості. Розрізнення зовнішніх подразників, що діють на організм, за їх фізичною та хімічною природою відбувається вже при першій зустрічі з ними відповідних рецепторів.Це розрізнення досягається вибірковою чутливістю рецепторів до певного виду енергії і дуже низькими порогами збудження. Око, наприклад, збуджується світлом, але з реагує на звук, а вухо чутливе до звуку, але байдуже до світла тощо.
Сенсорний провідний шлях складається з низки модально-специфічних нейронів, які з'єднані синапсами. Такий принцип організації одержав назву міченої лінії або топічної організації. Суть цього принципу полягає у просторово упорядкованому розташуванні нейронів на різних рівнях сенсорних систем відповідно до характеристик їх рецептивних полів.
Для рівномірно наступних імпульсів сигнальними ознаками можуть бути число імпульсів в пачці або тривалість пачок, а також інтервали між ними і періодичність їхнього прямування. Таке кодування відкриває безмежні можливості, оскільки можливі найрізноманітніші варіації з пачками імпульсів. Просторово-часовий розподіл електричної активності нервових волокон називають патернами. Різноманітні якості стимулів, відповідно до цієїтеорії, що відображаються характерними "візерунки" патернів. Нейрони здатні розшифрувати ці сигнали і в залежності від їх структури формувати відчуття, яке відповідає подразнику, який кодується певними патернами.
Нейрон, по-різному реагуючи на різні патерни, може брати участь у виконанні кількох функцій. Кожен відтінок якості відчуття виникає в результаті діяльності комплексу нейронів, що утворюють динамічні ансамблі, формування яких залежить від характеру патернів, що надходять від рецепторів.
Для кожної модальності є своя форма кодування інформації відповідно до фізичних властивостей стимулів, що розрізняються. Одні якості розпізнаються сенсорними системами, що функціонують за принципом топічної організації, інші кодуються патернами. Наприклад, розпізнавання багатьох якостей візуальних образів здійснюється міченими лініями, а смакові подразники кодуються патернами.
Кодування інтенсивності. Так як частота аферентної імпульсації залежить від амплітуди рецепторного потенціалу, яка в свою чергу пропорційна інтенсивності подразнення, кодування інтенсивності стимулу здійснюється за допомогою зміни частоти проходження нервових імпульсів від рецепторів в нервові центри. Збільшення інтенсивності подразника кодується збільшенням частоти імпульсної активності.
Сила подразника може кодуватися зміною частоти імпульсів, що генеруються рецепторами при зміні сили подразника, що визначається загальною кількістю імпульсів за одиницю часу. Це так зване частотне кодування. При цьому зі збільшенням сили стимулу зазвичай зростає кількість імпульсів, що виникають у рецепторах, і навпаки. При зміні сили подразника може змінюватись і кількість збудженихрецепторів, крім того, кодування сили подразника може здійснюватися різною величиною латентного періоду та часом реакції. Сильний подразник зменшує латентний період, збільшує кількість імпульсів та подовжує час реакції.
Між інтенсивністю стимулу та частотою потенціалів дії існує логарифмічна залежність – відчуття збільшується пропорційно до логарифму інтенсивності подразнення. Ця залежність одержала назву закону Вебера-Фехнера, які її описали. "Для того, щоб інтенсивність відчуття зростала в математичній прогресії, інтенсивність роздратування повинна зростати в геометричній прогресії".
Просторове кодування. У деяких сенсорних системах природна стимуляція рецепторів характеризується тим чи іншим розподілом локальних стимулів. Здатність визначати місце чи зміну стимулів називається просторовим розрізненням. У зоровій і слуховій системах виділені аферентні канали, просторово рознесені в центральних структурах і пов'язані з обробкою інформації про локалізації джерела подразнення, його переміщення, хроматичні та частотні якості сигналу.
Простір кодується величиною площі, де збуджуються рецептори, це просторове кодування (наприклад, ми легко визначаємо, гострим чи тупим кінцем олівець стосується поверхні шкіри). Деякі рецептори легше збуджуються при дії ними подразника під певним кутом (тільця Пачини, рецептори сітківки), що оцінкою напрями дії подразника на рецептор. Локалізація дії подразника кодується тим, що рецептори різних ділянок тіла посилають імпульси певні зони кори великого мозку.
Тимчасове кодування. Здатність оцінки часу невіддільназ інших аспектів кодування. Частота нервових розрядів – це універсальна змінна величина, що змінюється у часі. Кодування інформації здійснюється групою рівномірно наступних імпульсів. Як сигнальні ознаки використовуються такі часові параметри вихідних сигналів, як частота імпульсації або тривалість міжімпульсних інтервалів. Для тимчасової різниці двох подразників необхідно, щоб нервові процеси, викликані цими подразниками, не зливались у часі.
Таким чином, вже на рівні рецепторів здійснюється первинне кодування якості стимулів та їх кількісних характеристик – перехід із властивої їм форми фізичної та хімічної енергії у форму нервових імпульсів. Перетворена інформація надходить на наступний рівень сенсорної системи, де піддається подальшим перетворенням, що призводять до зміни коду. На жодному рівні сенсорної системи немає відновлення стимулу у його початковій формі, т. е. декодування. Це основна відмінність фізіологічного кодування від більшості технічних систем зв'язку, де повідомлення зазвичай відновлюється в початковому, декодованому вигляді.
У провідниковому відділі сенсорної системи кодування здійснюється лише з «станціях перемикання», тобто. під час передачі сигналу від одного нейрона до іншого, де відбувається зміна коду.
В нервових волокнах інформація не кодується, вони виконують роль проводів, якими передається інформація, закодована в рецепторах і перероблена в центрах нервової системи.
У кірковому відділі сенсорної системи відбувається частотно-просторове кодування, нейрофізіологічною основою якого є просторовий розподіл ансамблів спеціалізованих нейронів та їхзв'язків із певними видами рецепторів. Імпульси надходять від рецепторів до певних зон кори з різними часовими інтервалами. Інформація, що надходить у вигляді нервових імпульсів, перекодується в структурні та біохімічні зміни в нейронах (механізми пам'яті). У корі мозку здійснюються вищий аналіз і синтез інформації, що надійшла.
Аналіз у тому, що з допомогою відчуттів ми розрізняємо діючі подразники (якісно — світло, звук тощо.) і визначаємо силу, час і місце, тобто. простір, на який діє подразник, а також його локалізацію (джерело звуку, світла, запаху).
Синтез реалізується у впізнанні відомого предмета, явища або у формуванні образу, вперше зустрічається предмета, явища.
Відомі випадки, коли у сліпих від народження зір з'являвся лише у підлітковому віці. Так, дівчина, яка здобула зір лише у 16 років, не могла за допомогою зору дізнатися предмети, якими вона багато разів користувалася раніше. Але варто їй взяти предмет у руки, як вона з радістю називала його. Їй довелося, таким чином, практично заново вивчати світ, що її оточує, за участю зорової сенсорної системи, підкріпленням інформацією від інших сенсорних систем, зокрема від тактильної. При цьому тактильні відчуття виявилися вирішальними. Про це свідчить, наприклад, і давній досвід Стратону. Відомо, що зображення на сітківці ока є зменшеним та перевернутим. Новонароджений бачить світ саме таким. Однак у ранньому онтогенезі дитина все торкається руками, зіставляє і звіряє зорові відчуття з тактильними. Поступово взаємодія тактильних та зорових відчуттів веде до такого сприйняття розташування предметів, яким воно є в реальній дійсності, хоча на сітківці.зображення залишається перевернутим. Стратон одягнув окуляри з лінзами, які перевернули зображення на сітківці у положення, що відповідає реальній дійсності. Спостерігається навколишній світ перекинувся «вгору ногами». Однак протягом 8 днів він за допомогою порівняння тактильних та зорових відчуттів знову став сприймати всі речі та предмети як завжди. Коли експериментатор зняв окуляри-лінзи, світ знову перекинувся, нормальне сприйняття повернулося через 4 дні.
Якщо інформація про предмет чи явище надходить у кірковий відділ сенсорної системи вперше, формується образ нового предмета, явища завдяки взаємодії кількох сенсорних систем. Але і при цьому йде звірення інформації, що надходить, зі слідами пам'яті про інші подібні предмети або явища. Інформація, що надійшла у вигляді нервових імпульсів, кодується за допомогою механізмів довгострокової пам'яті.
Отже, процес передачі сенсорного повідомлення супроводжується багаторазовим перекодуванням і завершується вищим аналізом та синтезом, який відбувається у кірковому відділі сенсорних систем. Після цього вже відбувається вибір або розробка програми реакції реакції у відповідь організму.