4.3.Практические работы
Оценка скорости двигательных реакций человека с помощью линейки
Измерение мышечной силы человека с помощью ручного динамометра.
Исследование влияния некоторых факторов на скорость развития усталости во время работы на эргографе.
5.Содержание темы
5.1.Структурно-логическая схема: зрительная сенсорная система
зрительная сенсорная система
5.2.Слуховая сенсорная система
5.3. Устройства и функции зрительного анализатора.
Зрительный анализатор состоит из воспринимающей части (сетчатка), проводящих путей (зрительный нерв, хиазма, зрительные тракты), подкорковых центров и высших зрительных центров в затылочных долях коры больших полушарий.
Сетчатка - это внутренняя оболочка глаза, воспринимающая свет.
Рис. Строение органа зрения
1 - Кольцевидная мышца века; 2 - Мышца, поднимающая верхнее веко; 3 – Склера; 4 - Сосудистая оболочка глаза; 5 - Конъюнктива; 6 - Радужная оболочка; 7- Роговица; 8 – Хрусталик; 9 - Стекловидное тело (прозрачно); 10 - Ресничное тело и подвешивающая связка хрусталика; 11 – сетчатка; 12 - Диск (сосочек) зрительного нерва; 13 - Прямая верхняя глазная мышца; 14 - Прямая нижняя глазная мышца; 15 - Зрительный нерв.
Прежде чем попасть на сетчатку, световые лучи проходят через ряд прозрачных сред глаза: роговица, влага передней камеры, хрусталик, стекловидное тело. В каждой из этих сред лучи преломляются и в конечном итоге фокусируются на сетчатке.
В сетчатке глаза расположен рецепторный аппарат в виде комплекса палочек, отвечающих за черно-белое зрение, и колбочек, ответственных за восприятие цвета. В палочках зрительный пигмент родопсин расположен в их внешнем сегменте в мембране дисков, в его составе есть белок скотопсин и альдегид витамина А -ретиналь. Когда свет падает на сетчатку ретиналь родопсина переходит из формы 11 цис-ретиналь в полный транс-ретиналь, который через серию промежуточных веществ превращается в метародопсин ІІ, который активирует на мембране дисков G - белок, который имеет название трансдуцин, который в свою очередь активирую фермент фосфодиэстеразу. Фосфодиэстераза катализирует превращение цГМФ к 5-ГМФ, а концентрация цГМФ уменьшается, что приводит к закрыванию ворот натриевых каналов, следствием чего есть возникновение гиперполяризации в фоторецепторах.
А. Деполяризация мембраны без освещения
Внешний сегмент палочки
А. Гиперполяризация мембраны при освещении
Внешний сегмент палочки
Гиперполяризация мембраны фоторецептора приводит к уменьшению выделения тормозного медиатора, благодаря чему возникает деполяризация биполярных клеток сетчатки, которые передают информацию на ганглионарные клетки, аксоны которых образуют зрительный нерв, в котором генерируются ПД.
Свет в фоторецепторах вызывает каскад реакций, которые снижают концентрацию внутриклеточного цГМФ и закрытие натриевых каналов, уменьшает содержимое в фоторецепторе не только Na+, но и Ca2+. В результате понижения концентрации Ca2+ активируется фермент гуанилатциклаза, что приводит к синтезу цГМФ, и в клетке увеличивается содержимое цГМФ. Это приводит к торможению функций активированной светом фосфодиэстеразы. Оба этих процессы способствуют повышению содержимого цГМФ и торможению активности фосфодиэстеразы, что возвращает фоторецептор к начальному состоянию открытия натриевых каналов.
В сетчатке на 100 млн. палочек и 3 млн. колбочок приходится около 1,6 млн. ганглиозных клеток. В среднем на одной ганглиозной клетке конвергирует 60 палочек и 2 колбочки. Существуют большие отличия между периферическими и центральными отделами сетчатки в количестве палочек и колбочек, конвергирующих на ганглиозные нейроны.
В области центральной ямки остаются только колбочки (около 35000), и количество волокон зрительного нерва, которые выходят из этой области, равняется количеству колбочок. Это создает высокую степень остроты зрения в центральной ямке по сравнению с относительно слабой остротой зрения на периферии сетчатки.
В сетчатке находятся три нейрона и осуществляется не только рецепция, но и первичная обработка получаемой информации.
Нейроны сетчатки синтезируют L- глутаминовую кислоту, глицин, ГАМК, ацетилхолин. Некоторые нейроны содержат, его аналоги (индоламины) и нейропептиды. Палочки и колбочки в синапсах с биполярными клетками секретируют глутамат. Разные амакринные клетки выделяют, глицин, дофамин, ацетилхолин и индоламин, благодаря чему возможно возбуждение и торможение, что обеспечивает обработку информации.
Длинные отростки третьих нейронов сетчатки образуют зрительный нерв (n.opticus), который через орбиту и канал зрительного нерва выходит в полость черепа, поэтому зрительный нерв имеет интраокулярный, орбитальный, интраканаликулярный и интракраниальный отделы.
Внутренние волокна зрительного нерва образуют перекрест кпереди от турецкого седла, вследствие чего в образующихся после перекреста зрительных трактах собираются волокна от соответствующих половин сетчаток: от правых половин в правом, а от левых — в левом зрительном тракте.
Представьте себе, что вы смотрите на зрительную систему человека сверху. С этой удобной позиции вы могли бы увидеть, что все аксоны ганглиозных клеток с той половины сетчатки, которая ближе к носу, переходят в области хиазмы на противоположную сторону. В результате информация обо всем, что проецируется на внутреннюю (носовую) половину сетчатки левого глаза, переходит в правый зрительный тракт, а о том, что проецируется на носовую часть сетчатки правого глаза, - в левый зрительный тракт. Информация же от наружных (височных) половин обеих сетчаток идет по неперекрещенным путям. После хиазмы все стимулы, относящиеся к левой стороне внешнего мира, воспринимаются правой половиной зрительной системы, и наоборот.
Рис. Зрительный анализатор
1 – Поле зрения; 2 - Сетчатка; 3 – Зрительный нерв; 4 – Зрительный перекрест (хиазма); 5 – Левый зрительный тракт (волокна, идущие от левых половин сетчатки); 6 – Правый зрительный тракт (волокна, идущие от правых половин сетчатки); 7 – Наружные коленчатые тела (подкорковый центр – первичная обработка зрительной информации); 8 – Четверохолмие (подкорковая регуляция работы органа зрения); 9 – Проводящие волокна; 10 – Комиссурные (межполушарные) волокна; 11 - зрительный центр коры больших полушарий.
Зрительные тракты заканчиваются у подкорковых зрительных центров, основными из которых являются наружные коленчатые тела, передние бугры четверохолмия и подушки зрительных бугров.
От подкорковых зрительных центров начинаются проводящие пути второго порядка: аксоны нейронов наружного коленчатого тела и других подкорковых центров переходят в заднее бедро внутренней капсулы и, вступая в белое вещество затылочной доли, подходят к корковым центрам зрительного анализатора, располагающимся па внутренней поверхности затылочных долей в области шпорной борозды (fissura calcarina) в проекции 17 поля Бродманна.
Перечисленные структуры зрительного анализатора являются материальным субстратом акта зрения, который начинается с возбуждения в сетчатке (вследствие фотохимического процесса), затем, после передачи возбуждения по проводящим путям первого порядка, продолжается анализом в подкорковых центрах, а после передачи возбуждения по проводящим путям второго порядка завершается осмыслением зрительной информации в корковых центрах зрительного анализатора.
Ядра гипоталамуса, расположенные над зрительным перекрестом, используют информацию об интенсивности света для координации внутренних ритмов. А зрительная кора затылочной доли связана также со зрительными полями лобной и височной долей, с лимбической системой и другими отделами мозга.
Рис. Центры головного мозга, вид сбоку и изнутри.
1 - Лобная доля мозга; 2 - Теменная доля; 3 - Центральная борозда; 4 - Боковая борозда; 5 - Затылочная доля; 6 - Височная доля; 7 - Прецентральная извилина - центр координации движений; 8 - Позадицентральная извилина-центр сознательного восприятия; 9 - Первичный зрительный центр (участок зрительного восприятия); 10 - Вторичный зрительный центр -участок коры, ведающий "пониманием" визуальных впечатлений; 11 - Третичный зрительный центр -участок коры, ведающий отбором и запоминанием зрительных впечатлений; 12 - Первичный акустический центр; 13 - Вторичный акустический центр (участок коры, ведающий идентификацией слуховых впечатлений) с речевым центром Вернике; 14 - Третичный акустический центр - участок коры, ведающий запоминанием слуховых впечатлений; 15 - Островок; 16 - Двигательный речевой центр (центр Брока) - при праворукости находится только в левом полушарии; 17 - Мозолистое тело - содержит нервные пути, соединяющие друг с другом центры правого и левого полушарий (так наз. комиссурные пути); 18 - Свод мозга (изогнутый тяж из нервных волокон, относящихся к лимбической системе);19 - Шпорная борозда (первичный зрительный центр); 20 - гиппокамп (часть лимбической системы); 21 - Cingulum (часть лимбической системы); 22 - Обонятельные нервы, обонятельная доля и обонятельный путь
Проекции изображений видимого мира от каждого из латеральных коленчатых ядер передаются в правую и левую части первичной зрительной коры. Область коры, получающая информацию от центральной ямки - зоны наивысшей остроты зрения, примерно в 35 раз больше участка, отображающего кружочек той же величины на периферии сетчатки. Таким образом, информация, идущая от центральной ямки, имеет для коры неизмеримо большее значение, чем информация от других частей сетчатки.
В колонках зрительной коры есть нейроны, выполняющие абсолютно определенные функции (например, анализ контраста, пределов и направлений линий зрительного образа и др.).
В основе детекторной функции нейронов лежит, прежде всего, анализ контраста зрительного образа. Сначала оказываются пределы, степень и градиент контраста, после чего другие нейроны детализируют зрительный образ объекта. Расположеные во внешних слоях зрительной коры нейроны являются детекторами линий, определенной длины, углов и других форм зрительных образов. Некоторые группы нейронов определяют пределы линий и их направление (детекторы ориентаций). Это простые клетки. Другие клетки определяют направление линий при их вертикальном или боковом сдвиге (комплексные клетки).
Наблюдения показали, что области коры, связанные со зрением, не ограничиваются первичной зрительной корой. Клетки зрительных полей передают информацию специфическим клеткам некоторых других областей коры большого мозга. Следовательно, воздействие светом на область центральной ямки оказывает влияние на большую площадь коры головного мозга, активируя не только зрительные центры, но и смежные участки коры больших полушарий, ответственных за работу жизненно важных органов и систем. Наиболее значимой является связь затылочных корковых полей со зрительными полями лобной коры, где происходит объединение различных видов сенсорной информации. Возможно, что эта корковая зона имеет прямые связи и с лимбической системой, ответственной за эмоциональное состояние человека и его мотивацию к каким-либо действиям.
Рис. . Зоны поля зрения и их проекция на кору головного мозга. Когда зрительная информация, получаемая ганглиозными клетками сетчатки, передается первичной зрительной коре, она распределяется там в соответствии с локализацией ее источников в сетчатке. Образы, воспринимаемые в районе центральной ямки - в зоне максимальной плотности палочек и наивысшей остроты зрения - проецируются на значительно большую область зрительной коры, чем образы, воспринимаемые периферией сетчатки.
Кроме того, очень важной структурой головного мозга, реагирующей на свет, является эпифиз, который является эндокринной железой и представляет собой вырост третьего желудочка мозга. У животных эта железа напрямую воспринимает свет и опосредует его влияние на половые и сезонные, суточные ритмы. У человека прямое воздействие света на эпифиз имеет второстепенное значение, но его нельзя не учитывать, так как фотоны могут, по-видимому, проникать в железу даже через кожу и череп. Эпифиз реагирует на изменения освещенности посредством его нейронных связей, идущих от сетчатки через гипоталамус непосредственно к эпифизу. Таким сложным путем клетки эпифиза получают информацию о ритмичном чередовании света и темноты и в зависимости от этого выделяют специальный гормон – мелатонин, который регулирует все биоритмы организма, а также влияет и на половые ритмы.
Таким образом, цветостимуляция зрительной системы и головного мозга человека активизирует нейроны коры и подкорковых образований головного мозга – эпифиз, являющийся главным центром выработки биоритмов; гипоталамус – высший центр висцеральной регуляции; гипофиз – главную эндокринную железу; таламус – главный интегративный центр мозга; ретикулярную формацию, поддерживающую активность коры, и лимбическую систему, участвующую в формировании эмоций и мотиваций. При этом мозг трансформирует сигналы, поступающие от радужки и сетчатки в выраженные специфические биологические реакции. Так, под влиянием светового излучения, происходят изменения биофизических и биохимических свойств на клеточном и субклеточном уровне с вовлечением в ответную реакцию всех органов и систем организма.
При исследовании цветного зрения следует проанализировать механизмы восприятия цвета.
Восприятие цвета - это функция колбочек. Существует три типа колбочек, каждая из которых содержит только один из трех разных зрительных пигментов (красный, зеленый и синий).
Трихромазия - возможность различать любые цвета, определяется присутствием в сетчатке всех трех зрительных пигментов (для красного, зеленого и синего - первичные цвета). Эти основы теории цветного зрения предложил Томас Юнг в 1802 г. и развил Г.Гельмгольц.
Дихромазия - (цветовая слепота, или дальтонизм) — дефекты цветового восприятия (преимущественно у мужчин; например, в Европе разные наследственные дефекты у мужчин составляют 8% общей популяции) по одному из первичных цветов. Дихромазию подразделяют на протанопию, дейтанопию и тританопию (от греческого — первый, второй и третий (есть на внимании порядковые номера первичных цветов : соответственно красный, зеленый, синий).
Полная цветовая слепота- ахромазия встречается очень редко. При ахромазии поражается весь колбочковый аппарат, и человек видит все предметы в разных оттенках серого.
Формирование гиперполяризационного рецепторного потенциала в колбочках при действии определенного вида светового спектра осуществляется так же, как и в палочках.
Таким образом, комплексное исследование зрительных функций позволяет оценить состояние зрительной системы.
Нетрудно сделать вывод, что цветовое воздействие через зрительный анализатор – это самый быстрый, безопасный и эффективный способ регуляции деятельности мозга который позволяет путем выбора определенных цветов селективно воздействовать на разные участки мозга и соответственно на разные органы и системы организма.