Ответы к ситуационным задачам по разделу III «Физиология сенсорных систем»

1. Скорость распространения звуковой волны зависит от упругих свойств среды, от ее плотности. Плотность воды намного больше плотности воздуха. Поэтому в воде скорость звука в несколько раз быстрее, чем в воздухе. Система «бинауральный слух», позволяющая определить местоположение источника звука, анализирует разницу между временем прихода звука в левое и правое ухо. В зависимости от результата этого анализа мы поворачиваем голову до тех пор, пока мозг перестанет улавливать разницу. В этом случае мы будем смотреть прямо на источник звука. В воде скорость звука настолько велика, что отмеченная разница уменьшается и мозг не может определить ее с достаточной точностью.

2. Боковое зрение обеспечивается палочками, а центральное – колбочками, расположенными в центре сетчатки. Более чувствительны к свету палочки, поэтому благодаря им человек может видеть и относительно слабо светящиеся звезды. Таким образом, используя боковое зрение (периферические зоны сетчатки), можно увидеть больше звезд, чем только центральным зрением.

3. Чтобы лучи от двух максимально сближенных точек воспринимались раздельно (это и характеризует остроту зрения), необходимо, чтобы они попали на разные колбочки, разделенные хотя бы одной невозбужденной. По условию задачи возможности для этого уменьшились бы и, следовательно, острота зрения снизилась.

4. Свет по-разному действует на глаз, находящийся в обычном состоянии и при надавливании на глазное яблоко, так как в последнем случае глазное яблоко деформировано. Если одно глазное яблоко деформировано, или деформированы оба, но в разной степени, то лучи, идущие от одной и той же точки, попадают на неидентичные (диспарантные) точки обеих сетчаток. В естественных условиях это имеет место, если лучи идут от разных точек. Поэтому при надавливании и возникает ощущение двух предметов. Без надавливания лучи от одной и той же точки попадают на идентичные элементы обеих сетчаток и в мозгу мы получаем изображение одной точки.

5. При постоянном воздействии тактильного раздражителя происходит адаптация рецепторов и раздражение перестает восприниматься, поэтому мы и не ощущаем кольца. Прикосновение же лапок мухи, хотя и слабое, но внезапное. Порог для такого раздражения пока еще весьма низок, поэтому оно вызывает ощущение.

6. Частотная модуляция состоит в том, что при передаче разной информации изменяется не только суммарное количество импульсов, но и их распределение в каждой пачке. Например, одно и тоже количество патронов за одну минуту можно израсходовать, стреляя и длинными, и короткими очередями, и «вперемешку», следовательно, утверждение задачи неправомерно.

7. Система ощущения вкуса может быть представлена следующими элементами: 1) вкусовое вещество во рту; 2) растворение вещества слюной; 3) проникновение растворенных частиц вещества к вкусовым рецепторам; 4) раздражение вкусовых рецепторов; 5) ощущение вкуса. Если сравнить спокойное состояние человека с сильным эмоциональным возбуждением, то прежде всего необходимо обратить внимание на второй элемент: растворение вещества слюной. Известно, что при сильном эмоциональном возбуждении слюноотделение тормозится, что обусловлено эффектом норадреналина (медиатора постганглионарного звена симпатического отдела вегетативной нервной системы). Поэтому в сухой полости рта вкусовые ощущения будут заметно ослаблены.

8. Когда мы смотрим на предметы прямо, свет проходит вдоль оптической оси глаза и падает на сетчатку в центральной ямке. Когда мы смотрим не прямо, свет падает на периферические участки сетчатки. Именно в них находятся палочки, обладающие более высокой чувствительностью к слабому свету.

9. Природа зрительной системы лягушки устроена так, что неподвижный предмет на сетчатку ее глаза не действует и никаких потенциалов действия в ней при этом не возникает. Значит надо заставить двигаться кусочки мяса. Ученые придумали специальную кормушку в виде небольшой вращающейся карусели, по периметру которой были размещены кусочки мяса. Лягушки увидели пищу.

10. Ситуация аналогична предыдущей задаче, с той разницей, что, если предмет неподвижен, то двигаться должен глаз. Действительно, глазное яблоко постоянно совершает очень мелкие, саккадические скачки, благодаря чему изображение неподвижной светящейся точки все время попадает на различные элементы сетчатки. Эта задача является иллюстрацией принципа адаптивности, проявляющегося в том, что если не удается устранить затруднение, связанные с принципиальными особенностями какого либо механизма, то создается дополнительный механизм, позволяющий компенсировать эти затруднения.

11. Если хрусталик не может в значительной степени изменять свою форму, то нарушится аккомодация. Для шаровидного хрусталика это означает, что не удастся получить на сетчатке резкое изображение удаленных предметов. Но вода по сравнению с воздухом является средой мутной и на большом расстоянии в ней и так ничего не удается рассмотреть. Поэтому рыбы не испытывают неприятностей по поводу невозможности хрусталика существенно менять свою форму.

12. Если вам знакомы принципы фотографии, то должно быть понятно, что для увеличения глубины резкости, то есть обеспечения отчетливого изображения и близких, и удаленных предметов, объектив диафрагмируют, то есть суживают его диаметр. В данной задаче нужно смотреть на текст через небольшое отверстие в бумаге или через окошко, образованное большими и указательными или средними пальцами обеих рук.

13. При болевом воздействии возникают субъективные и объективные реакции. Субъективные – это ощущение боли и вызываемое им поведение. Такие реакции можно подавлять усилием воли. Но объективные реакции связаны с возбуждением симпатического отдела вегетативной нервной системы, что проявляется в расширении зрачков, а с этим Камо ничего не мог сделать. Боли как будто не ощущал, а зрачки расширялись.

14. Обработка информации – это выделение из общего ее потока какой то части, наиболее важной для системы, воспринимающей информацию. Мозг обрабатывает информацию – мы видим и слышим только то, что нас интересует. На фотопленке же фиксируется все без исключения и, следовательно, обработки информации не происходит.

15. Причиной дальнозоркости может быть или слишком короткая продольная ось глаза, или ослабление аккомодации в пожилом возрасте. Поэтому вопрос должен звучать так: «Носили ли вы очки в молодости?».

16. Для решения данной задачи необходимо учитывать, что реакция физиологической системы на какое либо воздействие зависит не только от параметров этого воздействия, но и от функционального состояния системы в этот момент. В свою очередь это состояние во многом зависит от предшествующих воздействий. В данной задаче конечные воздействия одинаковы – вода с температурой 20 градусов. Почему же у испытуемых возникали разные ощущения? Значит, неодинаковыми были предшествующие воздействия. Первый испытуемый сначала держал руку в холодной воде, а второй – в горячей. Это связано с адаптацией сенсорных систем. Аналогичная ситуация имеет место, если войти в одну и ту же комнату с ярко освещенной солнцем улицы, или из подвального помещения: в первом случае комната покажется темной, а во втором – светлой.

17. Восприятие звуков может происходить за счет воздушной и костной проводимости. При тугоухости ухудшается воздушная проводимость, например, за счет нарушения нормальной подвижности слуховых косточек, однако может сохраниться костная проводимость. Что бы в этом убедиться, нужно поставить на сосцевидный отросток звучащий предмет. Его колебания будут передаваться не только по воздуху, но и костям черепа, а от них к слуховым рецепторам, расположенным во внутреннем ухе, и звук может быть услышан. Камертон следует приставлять к кости его ножкой.

18. При поднятии на высоту атмосферное давление снижается. Это приводит к тому, что стенки евстахиевых труб спадаются и давление на барабанную перепонку со стороны наружного уха не уравновешиваются давлением со стороны среднего уха. Чтобы избавиться от неприятных ощущений, связанных с этим, необходимо попытаться восстановить проходимость евстахиевых труб. Для этого повышают давление в полости рта, делая усиленные глотательные движения. Хинин – классический пример горького вещества. Рецепторы, воспринимающие горький вкус, находятся в области корня языка. Их раздражение обычно происходит при проглатывании горького вещества. Следовательно, общим между ощущением горького вкуса хинина и борьбой с «закладыванием» ушей в самолете является акт глотания.

19. При ощупывании букв необходимо четко определить взаиморасположение выпуклых точек. Это связанно с пространственным порогом различения. Чтобы быстро определить расположение близко расположенных точек, порог различения должен быть достаточно низким. Это и наблюдается у слепых людей, у которых тактильная чувствительность значительно повышается, частично компенсируя утрату зрения.

20. Глаз нужно увлажнять какой-либо жидкостью. В конъюнктивальную полость подшивают проток околоушной железы, вследствие чего в глаз поступает слюна. На этот способ выдан патент. Несмотря на то, что во время еды такой человек будет «плакать», но глаз его спасен.

21. На ярком свету работают колбочки, а в сумерках (темноте) – палочки. На свету родопсин распадается, а в темноте синтезируется. Система «глаз» приспосабливается к воздействию элемента «свет после темноты» быстрее, чем к воздействию элемента «темнота после света». Элемент «свет после темноты» взаимодействует со следующими элементами системы «глаз - колбочки с пониженной возбудимостью» (из-за предшествовавшей темноты) и «повышенное количество родопсина» (из-за усиления его синтеза в предшествовавшей темноте). В свою очередь элемент «темнота после света» взаимодействует с элементом «палочки с пониженной возбудимостью» (из-за предшествовавшего яркого света) и «пониженное количество родопсина» (из-за его распада при предшествовавшем ярком освещении). Колбочки повышают свою возбудимость значительно быстрее, чем палочки. А родопсин необходим для восприятия света. Эти два обстоятельства и объясняют, почему темновая адаптация протекает медленнее, чем световая.

22. Питание всех тканей осуществляется через систему капилляров. Но есть структуры, которые должны быть прозрачными и пропускать свет (роговица и хрусталик). Если бы их питание происходило через капилляры, то из-за красного цвета крови мы бы постоянно видели красную пелену. Поэтому прозрачные ткани глаза получают все, что им нужно, не через кровь, а из внутриглазной жидкости, заполняющей переднюю камеру глаза. В нее же удаляются продукты обмена. Все это осуществляется путем диффузии. Такой тип питания менее надежен, чем при помощи кровоснабжения. Поэтому в хрусталике и роговице чаще возникают возрастные нарушения метаболизма, приводящие к их помутнению.

23. Овальное окно передает колебания слуховых косточек перилимфе. Круглое окно обеспечивает возможность смещения перилимфы под влиянием колебаний мембраны овального окна, так как мембрана круглого окна также способна выпячиваться. Если бы обе эти мембраны стали жесткими, то перилимфа не могла бы смещаться, так как жидкость несжимаема. Таким образом, в обоих случаях раздражение волосковых клеток кортиева органа не могло бы происходить и не происходило бы восприятие звука.

24. Действительно, различные участки кортиева органа обеспечивают восприятие звуков разной высоты. Но это еще не говорит о механизме избирательного реагирования основной мембраны на звуковые волны разной частоты. В эндолимфе возникает бегущая волна, параметры которой зависят от частоты звука. В зависимости от характера этой бегущей волны происходит набухание различных частей основной мембраны, что определяется ее упругими свойствами. В результате возбуждаются разные волосковые клетки и возникает ощущение высоты звука. Этот механизм называется пространственным кодированием.

25. При движении в лабиринте кроме зрительной сенсорной системы включается вестибулярная (при прохождении каждого поворота возникают угловые ускорения). Отчасти здесь участвует и сигнализация от проприорецепторов. Нейроны соответствующих отделов коры полушарий большого мозга запоминают последовательность поворотов и их местонахождение. Если дополнительно разрушить у животного вестибулярный аппарат или связанные с ним отделы коры полушарий большого мозга, то ориентация в лабиринте полностью исчезает.

26. При рассматривании мелких предметов зрачок суживается, что способствует концентрации лучей в центре и снимает сферическую аберрацию. Ширина зрачка регулируется вегетативной нервной системой, иннервирующей гладкие мышцы глаза – радиальную и круговую. Парасимпатический отдел вегетативной нервной системы иннервирует круговые мышцы глаза, в результате чего наблюдается сужение зрачка; симпатический отдел вегетативной нервной системы иннервирует радиальную мышцу, сокращение которой вызывает расширение зрачка.

27. Будет снижаться чувствительность рецепторных клеток, локализующихся в области вершины улитки.

28. Это связано с разрушением зрительных пигментов на свету в большом количестве фоторецепторов. Для восстановления зрительных пигментов достаточно закрыть глаза на время, чтобы успел синтезироваться новый пигмент.

29. При возбуждении вестибулярного аппарата возможно появление вестибуло-вегетативных реакций, что связанно с иррадиацией возбуждения от вестибулярного ядра на другие центры, расположенные в ромбовидной ямке (сосудодвигательный, дыхательный, слюноотделительный, рвотный и др.). Иррадиация возбуждения стимулируется интенсивной афферентной стимуляцией к вестибулярному ядру. Для профилактики подобных вегетативных расстройств можно рекомендовать тренировочные упражнения, способствующие адаптации вестибулярного аппарата и снижению его возбудимости.

30. Дальнозоркость (1-4 диоптрии) обусловлена относительно небольшим размером глазных яблок при их шарообразной форме и короткой переднезадней осью глаза; поэтому, несмотря на то, что роговица и хрусталик у новорожденного более выпуклые, фокусная точка находится за сетчаткой. Преобладание гиперметропии сохраняется в грудном, раннем детском и дошкольном возрасте. В 9-12 лет глаз становится эмметропическим.

31.Это объясняется тем, что колбочки, расположенные в центре сетчатки, обладают малой чувствительностью к свету. Они приходят в состояние возбуждения только под влиянием сильного света, излучаемого крупными звездами. Палочки, расположенные по периферии сетчатки, как более чувствительные, возбуждаются и малой силой света. Поэтому периферия зрения обеспечивает восприятие большего количества звезд разной яркости и величины.

32.Явление это называется темновой адаптацией. Темновая адаптация – приспособление зрительного анализатора к малой силе видимого светового раздражения. Этот процесс осуществляется постепенно и требует длительного времени. В первые 10 минут чувствительность зрительного анализатора к слабому свету возрастает в 50-80 раз. Затем, в течение часа – во много десятков тысяч раз. Прежде всего, происходят изменения в зрительных пигментах, находящихся в рецепторах сетчатки, главным образом, родопсине палочек. В темноте происходит ресинтез родопсина из опсина и ретиналя. Светочувствительность глаза возрастает. Темновая адаптация зависит от процессов, происходящих в нервных клетках сетчатки. Увеличивается рецептивное поле ганглиозных клеток. К каждой ганглиозной клетке подключается больше рецепторов, а каждый рецептор связывается с несколькими ганглиозными элементами. Это осуществляется с помощью горизонтальных и амакриновых клеток сетчатки. Горизонтальные клетки сетчатки соединяют своими отростками несколько биполярных клеток в единый комплекс, а волокна амакриновых клеток связывают между собой ганглиозные клетки. Благодаря увеличению этих связей в результате суммации возбуждений, возрастает рецепторный потенциал, вызывающий множественные разряды импульсов в ганглиозных клетках и волокнах зрительного нерва. В темновой адаптации принимает участие и симпатическая нервная система. Выделяемый окончаниями симпатического нерва адреналин повышает чувствительность зрительного анализатора к малой силе светового раздражения. Кроме того, симпатический нерв иннервирует мышцу, расширяющую зрачок, благодаря чему в глаз попадает больше света, что способствует различению предметов.

33.Поврежден спиральный орган у вершины и в средней части улитки. У здорового человека в возрасте 55 лет диапазон восприятия звуков 16 – 18000 Гц.

34.Снижение слуха в условиях гипоксии может быть связано с нарушением окислительных процессов в сосудистой полоске, что ведет к снижению потенциала эндолимфы, а это, в свою очередь, влияет на критический уровень деполяризации волосковых клеток, снижая их чувствительность. Кроме того, гипоксия нервных клеток нарушает восприятие звуковых сигналов в нервных центрах слухового анализатора.

35.Это связано с адаптацией рецепторов. При воздействии шума повышается порог чувствительности волосковых клеток, постепенно возникает тугоухость. Для того, чтобы эти люди могли слушать сами себя, они вынуждены говорить громче.

36.Резкое увеличение интенсивности естественного освещения (в период полярного дня) ведет к повышению тонуса зрительной зоны коры (в результате афферентной импульсации от рецепторного отдела зрительного анализатора), это возбуждение иррадиирует на другие нервные центры, но при длительном и непрерывном световом раздражении возбуждение переходит в состояние охранительного торможения. В период полярной ночи уменьшение интенсивности естественного освещения приводит к противоположным результатам (снижение тонуса нервных центров за счет ограниченной афферентной импульсации).

37.Сохранение равновесия и положения тела в пространстве обеспечивают статокинетические рефлексы в ответ на возбуждение вестибулярного анализатора. Эти рефлексы выражаются в перераспределении мышечного тонуса между различными группами мышц; основные центры этих рефлексов находятся в среднем и продолговатом мозге. Афферентное звено данных рефлексов – вестибулярный анализатор.

38.Увеличение латентного периода зрительно-моторной реакции свидетельствует о снижении возбудимости зрительного анализатора и об его утомлении.

39.Нарушение периферического зрения связано, в основном, с поражением палочек, а центрального – колбочек, в соответствии с расположением этих фоторецепторов на сетчатке.