Спр. материал / АНАЛИЗАТОРЫ / 03. КОДИРОВАНИЕ

18.1.3. КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ В АНАЛИЗАТОРАХ

А. Понятия. Кодирование — процесс преобра­зования информации в условную форму (код), удобную для передачи по каналу связи. Любое преобразование информации в отде­лах анализатора является кодированием. Так, в слуховом анализаторе механическое коле­бание перепонки и других звукопроводящих элементов на первом этапе преобразуется в рецепторный потенциал, последний обеспе­чивает выделение медиатора в синаптичес-кую щель и возникновение генераторного потенциала, в результате действия которого в афферентном волокне возникает нервный импульс. Потенциал действия достигает сле­дующего нейрона, в синапсе которого элект­рический сигнал снова превращается в хими­ческий — многократно меняется код. Следу­ет отметить, что на всех уровнях анализато­ров не происходит восстановления стимула в его первоначальной форме. Этим физиологи­ческое кодирование отличается от большин­ства технических систем связи, где сообще­ние, как правило, восстанавливается в перво­начальном виде.

Коды нервной системы. В ЭВМ чаще ис­пользуется двоичный код, когда для обра­зования комбинаций используется два симво­ла — 0 и 1, которые представляют собой два электрических импульса разной амплитуды. Кодирование информации в организме осу­ществляется на основе недвоичных кодов, что позволяет при той же длине кода получить большее число комбинаций. Универсальным

кодом нервной системы являются нервные им­пульсы, которые распространяются по нерв­ным волокнам. При этом содержание инфор­мации определяется не амплитудой импуль­сов (он подчиняется закону «все или ничего»), а частотой импульсов (интервалы времени между отдельными импульсами), объединени­ем их в пачки, числом импульсов в пачке, ин­тервалами между пачками. Передача сигнала от одной клетки к другой во всех отделах ана­лизатора осуществляется с помощью химичес­кого кода — различных медиаторов. Для хра­нения информации в ЦНС кодирование осу­ществляется на основе структурных измене­ний в нейронах (механизмы памяти).

Кодируемые характеристики раздражите­ля. В анализаторах кодируются качественная характеристика раздражителя (вид, напри­мер, свет, звук), сила раздражителя, время его действия, а также пространство, т.е. место действия раздражителя на организм и лока­лизация его в окружающей среде. В кодиро­вании всех характеристик раздражителя при­нимают участие все отделы анализатора.

Б. В периферическом отделе анализатора кодирование качества раздражителя осущест­вляется за счет специфичности рецепторов — это их способность воспринимать раздражи­тель только определенного вида. Так, свето­вой луч возбуждает только рецепторы сетчат­ки, другие рецепторы (обоняния, вкуса, так­тильные и др.) на него обычно не реагируют.

Сила раздражителя кодируется изменени­ем частоты импульсов в возбужденных ре­цепторах при изменении силы раздражителя. Это так называемое частотное кодирование. При этом с увеличением силы стимула обыч­но возрастает число импульсов, возникаю­щих в рецепторах, и наоборот. При измене­нии силы раздражителя может изменяться и число возбужденных рецепторов; кроме того, кодирование силы раздражителя может осу­ществляться различной величиной латентно­го периода и временем реакции. Обычно сильный раздражитель уменьшает латентный период, увеличивает число импульсов и уд­линяет время реакции.

Пространство на теле кодируется величи­ной площади, на которой возбуждаются ре­цепторы, — пространственное кодирование. Например, мы легко определяем, острым или тупым концом карандаш касается поверхнос­ти кожи. Некоторые рецепторы легче возбуж­даются при действии на них раздражителя под определенным углом (тельца Пачини, ре­цепторы сетчатки, волосковые рецепторы вестибулярного аппарата при отклонении в одну сторону возбуждаются, в другую — тор-

мозятся. Локализация действия раздражителя на поверхности тела кодируется тем, что воз­буждаются только те рецепторы, на кото­рые действует раздражитель, причем, рецеп­торы различных участков тела посылают им­пульсы в определенные зоны коры большого мозга.

Время действия раздражителя на рецеп­тор кодируется тем, что он начинает возбуж­даться с началом действия раздражителя и прекращает возбуждаться сразу после выклю­чения действия раздражителя (временное ко­дирование). Следует, однако, заметить, что время действия раздражителя кодируется не­достаточно точно во многих рецепторах вследствие быстрой их адаптации и прекра­щения возбуждения при постоянно дейст­вующей силе раздражителя. Эта неточность частично компенсируется за счет наличия on-, off- и on-off-рецепторов, возбуждающих­ся соответственно при включении, выключе­нии, а также при включении и выключении раздражителя. При длительно действующем раздражителе, когда происходит адаптация рецепторов, теряется некоторое количество информации о стимуле — его силе и продол­жительности, но при этом повышается чувст­вительность — развивается сенситизация ре­цептора к изменению силы этого стимула. Усиление стимула действует на адаптирован­ный рецептор как новый раздражитель, что также отражается в изменении частоты им­пульсов, идущих от рецепторов.

В. В проводниковом отделе анализатора кодирование осуществляется только на «стан­циях переключения», т.е. при передаче сигна­ла от одного нейрона к другому, где происхо­дит смена кода. В нервных волокнах инфор­мация не кодируется, они исполняют роль проводов, по которым передается информа­ция, закодированная в рецепторах и перера­ботанная в центрах нервной системы.

Импульсы в отдельном нервном волокне формируются в «пачки», между ними могут быть различные интервалы, в «пачках» — различное число импульсов, между отдель­ными «пачками» могут быть различные ин­тервалы. Все это отражает характер закодиро­ванной в рецепторах информации. В нерв­ном стволе при этом может изменяться также число возбужденных нервных волокон, что определяется изменением числа возбужден­ных рецепторов или нейронов на предыду­щем переходе сигнала с одного нейрона на другой. На станциях переключения, напри­мер в зрительном бугре, информация кодиру­ется, во-первых, за счет изменения объема им-пульсации на входе и на выходе, а во-вторых,

за счет пространственного кодирования, т.е. связи определенных нейронов с определен­ными рецепторами. В обоих случаях чем сильнее раздражитель, тем большее число нейронов возбуждается.

По мере поступления импульсов к выше­лежащим отделам ЦНС наблюдаются умень­шение частоты разрядов нейронов и превра­щение длительной импульсации в короткие «пачки» импульсов. Продолжительность раз­ряда большинства нейронов уже не соответ­ствует длительности стимула. Имеются ней­роны, возбуждающиеся не только при появ­лении стимула, но и при его выключении, что также связано с активностью рецепторов и результатом взаимодействия самих нейро­нов. Нейроны, получившие название «детек­торов», избирательно реагируют на тот или иной параметр стимула, например на стимул, движущийся в пространстве, или на светлую либо темную полоски, расположенные в оп­ределенной части поля зрения. Количество нейронов, которые лишь частично отражают свойства стимула, возрастает на каждом пос­ледующем уровне анализатора. Но в то же время на каждом последующем уровне ана­лизатора имеются нейроны, дублирующие свойства нейронов предыдущего отдела, что создает основу надежности функции анали­заторов. Наряду с возбуждением в сенсорных ядрах происходит и торможение. Тормозные процессы осуществляют фильтрацию и диф­ференциацию сенсорной информации. Эти процессы обеспечивают контроль сенсорной информации, который позволяет устранять несущественные, неприятные, избыточные сигналы, т.е. снижает шум и изменяет соот­ношение спонтанной и вызванной активнос­ти нейронов. Такой механизм реализуется за счет разновидностей торможения (латераль­ное, возвратное) в процессе восходящих и нисходящих влияний.

Г. В корковом конце анализатора имеет место частотно-пространственное кодирова­ние. Нейрофизиологической основой его яв­ляется пространственное распределение ан­самблей специализированных нейронов и их связей с определенными видами рецепторов. Импульсы поступают от рецепторов в опре­деленные зоны коры с определенными вре­менными интервалами. Поступающая в виде нервных импульсов информация перекоди­руется в структурные и биохимические изме­нения в нейронах. В коре мозга осуществля­ются высший анализ и синтез поступившей информации.

Анализ заключается в том, что с помощью возникающих ощущений мы различаем дей-

ствующие раздражители (качественно — свет, звук и др.) и определяем силу, время и место, т.е. пространство, на которое действу­ет раздражитель, а также его локализацию (источник звука, света, запаха).

Синтез реализуется в узнавании известно­го предмета, явления или в формировании образа, впервые встречаемого предмета, яв­ления.

Узнавание явления или предмета в целом по совокупности восприятия отдель­ных характеристик раздражителя достигается в результате сличения поступающей в дан­ный момент информации со следами памяти. Без сличения ощущений со следами памяти узнавание невозможно. Известны случаи сле­пых от рождения, зрение у которых появи­лось в подростковом возрасте. Так, девушка, которая обрела зрение лишь в 16 лет, не могла с помощью зрения узнать предметы, которыми она многократно пользовалась ранее. Но стоило ей взять этот предмет в руки, как она с радостью называла его. Ей пришлось, таким образом, практически зано­во изучать окружающий ее мир с участием зрительного анализатора, что подкреплялось функцией других анализаторов, в частности тактильного. При этом тактильные ощуще­ния оказались решающими. Об этом свиде­тельствует, например, и давний опыт Стра-тона.

Известно, что изображение на сетчатке глаза является уменьшенным и переверну­тым. Новорожденный видит мир именно таким. Однако в раннем онтогенезе ребенок все трогает руками, сопоставляет и сличает зрительные ощущения с тактильными. По­степенно взаимодействие тактильных и зри­тельных ощущений ведет к восприятию рас­положения предметов, каким оно является в реальной действительности, хотя на сетчатке изображение остается перевернутым. Стра-тон надел очки с линзами, которые перевер­нули изображение на сетчатке в положение, соответствующее реальной действительности. Наблюдаемый окружающий мир перевернул­ся «вверх ногами». Однако в течение 8 дней Стратон с помощью сравнения тактильных и зрительных ощущений снова стал восприни­мать все вещи и предметы как обычно. Когда экспериментатор снял очки-линзы, мир снова «перевернулся», нормальное воспри­ятие вернулось через 4 дня.

Если информация о предмете или явлении поступает в корковый отдел анализатора впервые, то формируется образ нового предме­та, явления благодаря взаимодействию не­скольких анализаторов. Но и при этом идет

сличение поступающей информации со сле­дами памяти о других подобных предметах или явлениях. Поступившая в виде нервных импульсов информация кодируется с помо­щью механизмов долговременной памяти.

Итак, процесс передачи сенсорного сооб­щения сопровождается многократным пере­кодированием и завершается высшим анали­зом и синтезом, которые происходят в корко­вом отделе анализаторов. После этого реали­зуется выбор или разработка программы от­ветной реакции организма.