Кодирование информации в нервной системе

Контрольная работа

Вся информация или значительная ее часть, передаваемая от одного отдела нервной системы к другому, заключена в пространственном и временном распределении импульсных потоков. Передача информации от одного нейрона к другому производится с помощью различных нейронных кодов.

Кодирование – это процесс преобразования информации в условную форму (код), удобную для передачи по каналу связи. Любое преобразование информации в отделах нервной системы является кодированием.

Так, в слуховом анализаторе механическое колебание перепонки и других звукопроводящих элементов на первом этапе преобразуется в рецепторный потенциал, который обеспечивает выделение медиатора в синаптическую щель и возникновение генераторного потенциала. В результате этих процессов в афферентном волокне возникает нервный импульс. ПД достигает следующего нейрона, в синапсе которого электрический сигнал снова превращается в химический, и, таким образом, многократно меняется код. Следует отметить, что на всех уровнях анализатора стимул не восстанавливается в его первоначальной форме. Этим физиологическое кодирование отличается от технического кодирования, где первичное сообщение восстанавливается в своем первоначальном виде.

Универсальным кодом нервной системы является нервный импульс, который распространяется по нервным волокнам. Передача сигнала от одной клетки к другой осуществляется с помощью химического кода – медиатора. Для хранения информации в ЦНС кодирование осуществляется с помощью биохимических процессов и структурных изменений в нейронах.

Одним из простых способов кодирования информации признается специфичность рецепторов, избирательно реагирующих на определенные параметры стимуляции, например колбочки с разной чувствительностью к длинам волн видимого спектра, рецепторы давления, болевые, тактильные и др. Другой способ передачи информации получил название частотного кода. Наиболее явно он связан с кодированием интенсивности раздражения. Частотный способ кодирования информации об интенсивности стимула, включающего операцию логарифмирования, согласуется с психофизическим законом Г. Фехнера о том, что величина ощущения пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя. Однако позже закон Фехнера был подвергнут серьезной критике. С. Стивене на основании своих психофизических исследований, проведенных на людях с применением звукового, светового и электрического раздражения, взамен закона Фехнера предложил закон степенной функции. Этот закон гласит, что ощущение пропорционально показателю степени стимула, при этом закон Фехнера представляет лишь частный случай степенной зависимости. Анализ передачи сигнала о вибрации от соматических рецепторов показал, что информация о частоте вибрации передается с помощью частоты, а ее интенсивность кодируется числом одновременно активных рецепторов.

12 стр., 5524 слов

Современные способы кодирования информации в вычислительной технике. ...

... информацию можно представить с помощью различных кодов. Например, запись разговора можно зафиксировать посредством русских букв или специальных стенографических значков. По мере развития техники появлялись разные способы кодирования информации. ... аналоговой информацией, а вычислительная техника, наоборот, в основном, работает с цифровой информацией. Человек воспринимает информацию с помощью органов ...

В качестве альтернативного механизма к первым двум принципам кодирования — меченой линии и частотного кода — рассматривают также паттерн ответа нейрона. Устойчивость временного паттерна ответа — отличительная черта нейронов специфической системы мозга. Система передачи информации о стимулах с помощью рисунка разрядов нейрона имеет ряд ограничений. В нейронных сетях, работающих по этому коду, не может соблюдаться принцип экономии, так как он требует дополнительных операций и времени по учету начала, конца реакции нейрона, определения ее длительности. Кроме того, эффективность передачи информации о сигнале существенно зависит от состояния нейрона, что делает данную систему кодирования недостаточно надежной. Идея о том, что информация кодируется номером канала, присутствовала уже в опытах И.П. Павлова с кожным анализатором собаки. Вырабатывая условные рефлексы на раздражение разных участков кожи лапы через «касалки», он установил наличие в коре больших полушарий сомато топической проекции. Раздражение определенного участка кожи вызывало очаг возбуждения в определенном локусе соматосенсорной коры. Пространственное соответствие места приложения стимула и локуса возбуждения в коре получило подтверждение и в других анализаторах: зрительном, слуховом. Тоно топическая проекция в слуховой коре отражает пространственное расположение волосковых клеток кортиевого органа, избирательно чувствительных к различной частоте звуковых колебаний. Такого рода проекции можно объяснить тем, что рецепторная поверхность отображается на карте коры посредством множества параллельных каналов — линий, имеющих свои номера.

Основная масса процесса кодирования происходит в сенсорных системах. В кодировании характеристик раздражителя принимают участие все отделы анализатора. К числу кодируемых характеристик относят силу раздражителя, вид раздражителя (качественная характеристика), время его действия, пространство, в котором находится раздражитель, а также место его действия на организм. Весь процесс кодирования можно разделить в соответствии с отделами анализатора на несколько этапов.

Кодирование информации в нервной системе.

Кодирование качества (вида) раздражителя осуществляется за счет специфичности рецепторов, то есть способности воспринимать раздражитель определенного вида.

Сила раздражителя кодируется в рецепторе изменением величины рецепторного потенциала при изменении силы раздражителя и общим количеством импульсов, возникающих в нервном волокне (частотное кодирование).

При этом с увеличением силы стимула обычно возрастает рецепторный потенциал и число импульсов в нервных волокнах. При изменении силы раздражителя может изменяться и число возбужденных рецепторов. Кодирование силы раздражителя может осуществляться также за счет изменения величины латентного периода (латентное кодирование).

13 стр., 6150 слов

Нейроны. Общая характеристика. Строение. Функции. Нейросекреторные нейроны

... характеристики, строения, функций нейронов, а также подробное рассмотрение одних из особых типов нервных клеток — нейросекркторных нейронов. Глава 1. Общая характеристика нейронов Нейроны — специализированные клетки, способные принимать, обрабатывать, кодировать, передавать и хранить информацию, организовывать ...

Обычно, чем сильнее раздражитель, тем короче латентное время возбуждения рецептора.

Кодирование пространства. Локализация действия раздражителя кодируется тем, что возбуждаются только те рецепторы, на которые действуют раздражители, при этом рецепторы, различных участков тела посылают импульсы в определенные зоны коры больших полушарий, — в этом и заключается пространственное кодирование. Пространство на теле организма кодируется также величиной площади, на которой возбуждаются рецепторы, и величиной угла действия на рецептор. Для раздельного восприятия двух раздражителей необходимо, чтобы между возбужденными рецепторами находился хотя бы один невозбужденный.

Время действия раздражителя на рецепторы кодируется тем, что они начинают возбуждаться с началом действия раздражителя и прекращают возбуждаться сразу после выключения раздражителя (временное кодирование).

Но время действия раздражителя кодируется недостаточно точно, так как рецепторы быстро адаптируются к действию раздражителя. Эта неточность частично компенсируется за счет on-рецепторов, off-рецепторов и on-off-рецепторов, которые возбуждаются соответственно при включении, выключении и включении-выключении действия раздражителя. Усиление стимула воспринимается адаптированным рецептором как новый раздражитель. Импульсы, поступающие последовательно один за другим, не должны превышать лабильность нервных элементов, иначе они будут попадать в рефрактерную фазу этих образований.

В конечном итоге рецепторы периферического отдела анализатора обеспечивают формирование структуры ответа, который поступает в проводниковый отдел.

Кодирование в проводниковом отделе анализатора осуществляется на «станциях переключения», то есть 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 или поступающая от различных нейронов в ЦНС к другим клеткам. Импульсы в отдельном нервном волокне формируются в пакеты – паттерны, – между которыми могут быть различные интервалы, в паттернах – различное число импульсов, между отдельными паттернами – различные интервалы. В нервном стволе, состоящем из множества волокон, может изменяться количество возбужденных волокон – это зависит от количества возбужденных рецепторов или нейронов на предыдущем звене следования сигнала и при переходе его с одного нейрона на другой. На «станциях переключения», например, в таламусе, информация кодируется, во-первых, за счет изменения объема импульсации на входе и выходе, а во-вторых, за счет пространственного кодирования, то есть связи определенных нейронов с определенными рецепторами. По мере поступления импульсов к вышележащим отделам ЦНС уменьшается частота разрядов нейронов и длительная импульсация превращается в короткие пакеты импульсов. Продолжительность разряда большинства нейронов уже не соответствует длительности стимула. В таламусе начинают формироваться ощущения, что является началом субъективного анализа и синтеза действующих на организм раздражителей. В проводниковом отделе анализатора имеются нейроны, возбуждающиеся не только при появлении стимула, но и при его выключении, что связано с активностью рецепторов и результатом взаимодействия самих нейронов, а также нейроны, которые частично отражают свойства стимула (нейроны-детекторы).

11 стр., 5195 слов

Анализаторы строение, значение, физиология

... раздражителя могут затрагивать не только сами рецепторы, но и другие образования в органах чувств. ... вокруг них вторичные поля (периферия анализаторов) получают от первичных полей результаты обработки ... нейроном и точкой приложения раздражителя (например, фоторецепторы глаза). Главным свойством рецепторов является их избирательная чувствительность к адекватным раздражителям. Большинство рецепторов ...

Количество нейронов-детекторов возрастает на каждом последующем уровне анализатора, поэтому структура ответа в нейронах не соответствует структуре ответа в рецепторе. В то же время на каждом последующем уровне анализатора имеются нейроны, которые дублируют свойства нейронов предыдущего отдела, что создает основу надежности функции анализатора. Наряду с возбуждением в сенсорных ядрах происходит и торможение. Тормозные процессы осуществляют фильтрацию и дифференциацию сенсорной информации. Они обеспечивают также контроль сенсорной информации, тем самым устраняют избыточные несущественные сигналы. Такой механизм реализуется за счет латерального и возвратного торможения в процессе восходящих и нисходящих влияний. Таким образом, вследствие переработки информации на «станциях переключения» проводникового отдела анализатора в корковый отдел поступает сильно измененная в количественном и качественном отношении импульсация. Нейроны проводникового отдела анализатора распознают вид раздражителя и структуру ответа, зависящую от характера раздражителя.

Рефлексы продолговатого мозга : вегетативные, соматические.

Продолговатый мозг является жизненно важным отделом нервной системы, где замыкаются дуги целого ряда соматических и вегетативных рефлексов. При участии ядер продолговатого мозга осуществляются цепные рефлексы, связанные с жеванием и проглатыванием пищи. Так, например, при акте жевания координированная деятельность жевательных мышц, языка, щек, нёба и дна полости рта обеспечивается функцией моторных ядер тройничного и подъязычного нервов. Когда пищевой комок касается нёба, основания языка или задней стенки глотки, возникает цепной рефлекс глотания. От рецепторов задней трети языка, слизистой оболочки глотки возбуждение по чувствительным волокнам языкоглоточного нерва поступает в продолговатый мозг к центру глотательного рефлекса. Из этого центра запрограммированные в нервной системе моторные команды по двигательным волокнам подъязычных, тройничных, языкоглоточных и блуждающих нервов идут к мышцам полости рта, глотки, гортани и пищевода. В результате координированной деятельности этих мышц совершается акт глотания с одновременным перекрытием входов в носоглотку и гортань.

С функцией пищеварительного тракта связаны многие вегетативные рефлексы заднего мозга. К их числу относится, например рефлекторная регуляция секреции слюнных желез, которая осуществляется с участием ядер лицевого и языкоглоточного нервов, содержащих парасимпатические нейроны. Вегетативное, парасимпатическое ядро блуждающего нерва включено в систему рефлекторной регуляции дыхания, деятельности сердца и тонуса сосудов.

Целая группа рефлексов заднего мозга направлена на поддержание полного тонуса. В зависимости от источника рецепторных воздействий тонические рефлексы подразделяются на шейные и вестибулярные, или лабиринтные.

Шейные тонические рефлексы запускаются при возбуждении проприоцепторов мышц шеи. Впервые они описаны голландским физиологом Р. Магнусом на кошках с перерезанным на уровне шатра мозжечка стволом мозга (см. разд. 3.5.2).

7 стр., 3091 слов

Характеристика кризиса новорожденности. Безусловные рефлексы новорожденных

... рождения малыша, врач-неонатолог проверяет врожденные рефлексы и дает оценку развитию нервной системы. Если физиологические рефлексы хорошо развиты и мышечный тонус в норме, значит у ребенка ... мозга и наблюдается у детей с поражением нервной системы. 7. Ладонно-ротовой рефлекс Бабкина При надавливании большим пальцем на ладонь новорожденного, младенец поворачивает голову и открывает рот. Рефлекс ...

В чистом виде шейные .рефлексы можно наблюдать при разрушении вестибулярного аппарата, дающего дополнительную информацию о положении головы в пространстве. Как показали опыты Р. Магнуса, запрокидывание головы кошки назад в сагиттальной плоскости вызывает возрастание тонуса мышц—разгибателей передних конечностей и одновременно ослабление экстензорного тонуса задних (рис. 3.22).

Напротив, наклон головы вниз вызывает обратный процесс, когда тонус разгибателей передних конечностей снижается, а задних — возрастает. Нарушение равновесия за счет поворота головы вправо или влево относительно продольной оси вызывает компенсаторное усиление тонуса разгибателей тех конечностей, в сторону которых повернута голова. Это так называемый рефлекс вращения по Магнусу.