Языки мозга». Психофизиологические механизмы кодирования и декодирования информации в нейронных сетях

 

Информационный обмен в центральной нервной системе составляет основную часть информационного потока в организме животного и человека. Определенную информацию несут гормоны, гормоноиды, биологически активные вещества, продукты обмена, но основную связь организма с внешним миром и с внутренними средами организма осуществляет центральная нервная система. Внешний мир мы познаем с помощью сенсорных систем, которые с древних времен называют «органами чувств». Аристотель выделял пять чувств, но в действительности у человека их десять: зрение, слух, два вида химический чувствительности (вкус и обоняние), четыре вида кожной чувствительности (тактильная, болевая, ощущения холода и тепла) и два проприоцептивных чувства (кинестетическое и вестибулярное). Всем органам чувств присуще наличие рецепторных клеток, которые преобразуют воздействие физических раздражителей в нервные импульсы. С этого преобразования и начинается информационный поток, который устремляется по многоканальным и многоэтажным сенсорным системам к стволовым, подкорковым и корковым структурам головного мозга. Кодирование — процесс преобразования информации в услов­ную форму (код), удобную для передачи по каналу связи.

  

Любой тип рецептора в ответ на раздражение формирует рецепторный, а затем генераторный потенциал, который снимается чувствительными нервными окончаниями в виде совершенно одинаковых по форме и амплитуде нервных импульсов. Универсальный двоичный код позволяет миллиардам нейронов и триллионам синапсов центральной нервной системы «понимать друг друга».

Сегодня можно говорить о нескольких принципах кодирования в нейронных сетях. Одни из них достаточно просты и характерны для периферического уровня обработки информации, другие — более сложны и характеризуют передачу информации на более высоких уровнях нервной системы, включая кору.

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. В настоящее время так называемы «основной психофизический закон», описывающий зависимость величины ощущения от величины раздражителя, имеет более сложную структуру и включает в себя несколько вариантов: логарифмический (Фехнера), степенной (Стивенса), обобщенные (Бэрда, Экмана, Забродина и др.). Наибольшую степень обобщения имеет закон Ю.Забродина, который учитывал тот факт, что характер зависимости между ощущениями и воздействующими раздражителями обусловлен осведомленностью человека о процессах ощущения. Исходя из этого, Ю. Забродин ввел в формулу закона С. Стивенса показатель z, характеризующий степень осведомленности: И хотя даже в этом варианте закон не может охватить все существующее многообразие психофизических функций, в целом Ю. Забродин разработал системно-динамический подход к анализу сенсорных процессов.

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.

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. 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. Тонотопическая 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. При смещении сигнала относительно рецепторной поверхности максимум возбуждения перемещается по элементам карты коры. Сам же элемент карты представляет локальный детектор, избирательно отвечающий на раздражение определенного участка рецепторной поверхности. Детекторы локальности, обладающие точечными рецептивными полями и избирательно реагирующие на прикосновение к определенной точке кожи, являются наиболее простыми детекторами. Совокупность детекторов локальности образует карту кожной поверхности в коре. Детекторы работают параллельно, каждая точка кожной поверхности представлена независимым детектором.

Сходный механизм передачи сигнала о стимулах действует и тогда, когда стимулы различаются не местом приложения, а другими признаками. Появление локуса возбуждения на детекторной карте зависит от параметров стимула. С их изменением локус возбуждения на карте смещается. Для объяснения организации нейронной сети, работающей как детекторная система, Е.Н. Соколов предложил механизм векторного кодирования сигнала.

Таким образом, вся информация или значительная ее часть, передаваемая в нервной системе от одного отдела к другому, заключена в пространственном и временном распределении импульсных потоков. Процесс передачи сенсорного сообщения сопровожда­ется многократным перекодированием и завершается высшим анализом и синтезом, который происходит в корковом отделе сенсорных систем. После этого уже происходит выбор или разра­ботка программы ответной реакции организма.
Универсальным кодом нервной системы являются нервные импульсы, которые распрост­раняются по нервным волокнам. При этом содержание информа­ции определяется не амплитудой импульсов (они подчиняются закону «Все или ничего»), а частотой импульсов (интервалами 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, т.е. различ­ных медиаторов. Для хранения информации в ЦНС кодирование осуществляется с помощью структурных изменений в нейронах (ме­ханизмы памяти).

Кодируемые характеристики раздражителя. В сенсорных системах кодируются качественная характеристика раздражителя (на-1ример, свет, звук), сила раздражителя, время его действия, а так же пространство, т. е. место действия раздражителя и локализация его в окружающей среде. В кодировании всех характеристик Раздражителя принимают участие все отделы сенсорной системы.

В периферическом отделе сенсорной системы кодирование ка­чества раздражителя (вид) осуществляется за счет специфичнос­ти рецепторов, т.е. способности воспринимать раздражитель оп­ределенного вида, к которому он приспособлен в процессе эво­люции, т.е. к адекватному раздражителю. Так, световой луч воз­буждает только рецепторы сетчатки, другие рецепторы (обоня­ния, вкуса, тактильные и т.д.) на него обычно не реагируют.

Кодирование качества. Различение действующих на организм внешних раздражителей по их физической и химической природе происходит уже при первой встрече с ними соответствующих рецепторов. Это различение достигается избирательной чувствительностью рецепторов к определенному виду энергии и очень низкими порогами возбуждения. Глаз, например, возбуждается светом, но не реагирует на звук, а ухо чувствительно к звуку, но безразлично к свету и т. д.

Сенсорный проводящий путь состоит из ряда модально-специфических нейронов, которые соединены синапсами. Такой принцип организации получил название меченой линии или топической организации. Суть этого принципа заключается в пространственно упорядоченном расположении нейронов на различных уровнях сенсорных систем соответственно характеристикам их рецептивных полей.

Для равномерно следующих импульсов сигнальными признаками могут служить число импульсов в пачке или продолжительность пачек, а также интервалы между ними и периодичность их следования. Такое кодирование открывает безграничные возможности, т. к. вероятны самые разнообразные вариации с пачками импульсов. Пространственно-временное распределение электрической активности нервных волокон называют паттернами. Разнообразные качества стимулов, согласно этой теории, отображаются характерными «узорами» паттернов. Нейроны способны расшифровать эти сигналы и в зависимости от их структуры формировать ощущение, которое соответствует раздражителю, кодируемого определенными паттернами.

Нейрон, по-разному реагируя на различные паттерны, может участвовать в выполнении нескольких функций. Каждый оттенок качества ощущения возникает в результате деятельности комплекса нейронов, образующих динамические ансамбли, формирование которых зависит от характера паттернов, приходящих от рецепторов.

Для каждой модальности имеется своя форма кодирования информации в соответствии с физическими свойствами различаемых стимулов. Одни качества распознаются сенсорными системами, функционирующими по принципу топической организации, другие кодируются паттернами. Например, распознавание многих качеств зрительных образов осуществляется меченными линиями, а вкусовые раздражители кодируются паттернами.

Кодирование интенсивности. Так как частота афферентной импульсации зависит от амплитуды рецепторного потенциала, которая в свою очередь пропорциональна интенсивности раздражения, то кодирование интенсивности стимула осуществляется посредством изменения частоты следования нервных импульсов от рецепторов в нервные центры. Увеличение интенсивности раздражителя кодируется увеличением частоты импульсной активности.

Сила раздражителя может кодироваться изменением частоты импульсов, генерируемых рецепторами при изменении силы раз­дражителя, что определяется общим количеством импульсов в еди­ницу времени. 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. Сильный раздражитель уменьшает латентный период, увеличивает число импульсов и удлиняет время реакции.

Между интенсивностью стимула и частотой потенциалов действия существует логарифмическая зависимость — ощущение увеличивается пропорционально логарифму интенсивности раздражения. Эта зависимость получила название закона Вебера-Фехнера, описавших ее. «Для того, чтобы интенсивность ощущения росла в математической прогрессии, интенсивность раздражения должна расти в геометрической прогрессии».

Пространственное кодирование. В некоторых сенсорных системах естественная стимуляция рецепторов характеризуется тем или иным распределением локальных стимулов. Способность определять место или конфигурацию стимулов называется пространственным различением. В зрительной и слуховой системах выделены афферентные каналы, пространственно разнесенные в центральных структурах и связанные с обработкой информации о локализации источника раздражения, его перемещении, хроматических и частотных качествах сигнала.

Пространство кодиру­ется величиной площади, на которой возбуждаются рецепторы, это 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), что является оценкой направления действия раздражителя на рецептор. Локализация действия раздражителя ко­дируется тем, что рецепторы различных участков тела посылают импульсы в определенные зоны коры большого мозга.

Временное кодирование. Способность оценки времени неотделима от других аспектов кодирования. Частота нервных разрядов — это универсальная переменная величина, которая изменяется во времени. Кодирование информации осуществляется группой равномерно следующих импульсов. В качестве сигнальных признаков используются такие временные параметры выходных сигналов, как частота импульсации или продолжительность межимпульсных интервалов. Для временного различия двух раздражителей необходимо, чтобы нервные процессы, вызванные этими раздражителями, не сливались во времени.

Таким образом, уже на уровне рецепторов осуществляется первичное кодирование качества стимулов и их количественных характеристик — переход из присущей им формы физической и химической энергии в форму нервных импульсов. Преобразованная информация поступает на следующий уровень сенсорной системы, где подвергается дальнейшим преобразованиям, приводящим к изменению кода. Ни на одном уровне сенсорной системы не происходит восстановления стимула в его первоначальной форме, т. е. декодирование. Это основное отличие физиологического кодирования от большинства технических систем связи, где сообщение, как правило, восстанавливается в первоначальном, декодированном виде.

В проводниковом отделе сенсорной системы кодирование осу­ществляется только на «станциях переключения», т.е. при передаче сигнала от одного нейрона к другому, где происходит смена кода.

B нервных волокнах информация не кодируется, они исполняют роль проводов, по которым передается информация, закодиро­ванная в рецепторах и переработанная в центрах нервной системы.

В корковом отделе сенсорной системы происходит частотно-пространственное кодирование, нейрофизиологичеекой основой которого является пространственное распределение ансамблей спе­циализированных нейронов и их связей с определенными видами рецепторов. Импульсы поступают от рецепторов в определенные зоны коры с различными временными интервалами. Поступающая в виде нервных импульсов информация перекодируется в структурные и биохимические изменения в нейронах (механизмы памяти). В коре мозга осуществляются высший анализ и синтез поступившей информации.

Анализ заключается в том, что с помощью возникающих ощу­щений мы различаем действующие раздражители (качественно — свет, звук и т.д.) 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.

Известны случаи, когда у слепых от рождения зрение появля­лось только 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 предмет в руки, как она с радостью называла его. Ей пришлось, таким образом, практически заново изучать окружаю­щий ее мир с участием зрительной сенсорной системы, подкреп­лением информацией от других сенсорных систем, в частности от тактильной. 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 такому восприятию расположения предметов, каким оно является в реальной действительности, хотя на сетчатке изобра­жение остается перевернутым. Стратон 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 он 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 сенсорной системы впервые, то формируется образ но­вого предмета, явления благодаря взаимодействию нескольких сен­сорных систем. 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.

Выполнение сложных функций центральной нервной системы возможно только при её чёткой координированной деятельности, согласованной работе нейронов центральной нервной системы основанной на их взаимодействии между собой. Только при этом условии осуществляется точное выполнение строго определенной функции (рефлекторного акта), происходит согласованная работа центров различных рефлексов, осуществляется сложная рефлекторная деятельность, имеет место взаимодействие рядом расположенных нервных центров.

Координированная деятельность центральной нервной системы основывается на нескольких принципах:

· Принцип конвергенции (схождения).

При возбуждении большого количества рецепторов импульсы сходятся к одним и тем же нейронам центральной нервной системы. Относительная конвергенция - в спинном и стволовом мозге - конвергенция импульсов от различных рецепторных полей одного и того же рефлекса. Абсолютная конвергенция - в коре головного мозга имеются полимодальные (полисенсорные) нейроны, к ним сходятся импульсы от различных рецепторов. Принцип конвергении обеспечивается за счет изменения частотных характеристик нервных импульсов, идущих от объединяющего нейрона. На каждом из нейронов ЦНС конвергирует (сходятся) различные афферентные волокна. Таких афферентных входов для большинства нейронов много десятков и даже тысяч. Так, на мотонейронах заканчиваются в среднем 6000 коллатералей аксонов, которые поступают от периферических рецепторов и различных структур мозга, образуя возбуждающие и тормозные синапсы. Это такое универсальное явление, можно говорить о принципе конвергенции в нейронах и их связях. Благодаря этому явлению в один и тот же нейрон одновременно поступают многочисленные и разнообразные потоки возбуждений, которые затем подлежат сложной обработке и перекодируются и формируются в единое возбуждение - аксонноу, что идет к следующему звену нервной сетки. Конвергенция возбуждения на нейроне является универсальным фактором его интегративной деятельности.

· Принцип дивергенция (расхождение) возбуждения - способность одиночного нейрона устанавливать в многочисленных синаптических связях с различными нервными клетками. Например, афферентные волокна периферических рецепторов, входя в спинной мозг в составе задних корешков, дальше разветвляются на многочисленные коллатерали, которые идут к спинальным нейронам. Благодаря дивергенции одна и та же нервная клетка может принимать участие в организации различных реакций и контролировать большое количество нейронов. Одновременно каждый нейрон может обеспечивать широкое перераспределение импульсов, что ведет к иррадиации возбуждения. Конвергенция и дивергенция взаимно связаны.

· Принцип иррадиации возбуждения - активное распространение возбуждения в ЦНС, особенно при сильном и длительном раздражении, получило название иррадиации. Возможность иррадиации в ЦНС обусловлена наличием в ней многочисленных ответвлений отростков (аксонов, дендритов) нервных клеток и цепей интернейронов, которые соединяют между собой различные нервные центры (благодаря этому возбуждение распространяется определенными путями и с определенной последовательностью). Важную роль в иррадиации возбуждения в структурах мозга играет ретикулярная формация.

Усиление раздражения или повышение возбудимости ЦНС сопровождается усилением иррадиации возбуждения в ней. Тормозные нейроны и синапсы препятствуют иррадиации возбуждения или ограничивают ее. При введении стрихнина, блокирующего постсинаптическое торможение, возникает сильное возбуждение ЦНС, которое сопровождается судорогами всех скелетных мышц. Иррадиация может стать патологической в связи с возникновением сильного очага возбуждения и с изменением свойств нервной ткани, усиливает распространение возбуждения. Это бывает при эпилепсии. Иррадиация объясняется с анатомических позиций наличием ветвящихся отростков в пределах центральной нервной системы, наличием вставочных нейронов, наличием ретикулярной формации. В ретикулярную формацию поступают импульсы и распространяются по всей коре головного мозга. Распространение возбуждения зависит от силы наносимых раздражений (прямопропорционально), до определенных пределов из-за наличия тормозных нейронов. За счет иррадиации обеспечивается дивергенция (расхождение) возбуждения в центральной нервной системе.

· Принцип реципрокности (сопряжения) - в центральной нервной системе существует взаимосвязь между центрами противоположных рефлексов. Механизм: при возбуждении афферентных нейронов импульсы поступают в центральную нервную систему, там возникают несколько разветвлений: вызывает возбуждение центра мышц сгибателей; образует синапс на тормозной клетке, а она образует синапс на центре мышц разгибателей; идет на симметричную сторону и вызывает противоположные изменения. В результате - повышается тонус мышц сгибателей на стороне раздражения, там же снижается тонус мышц разгибателей, как следствие - сгибание конечности. На противоположной стороне - разгибательный рефлекс. Наблюдается сопряжение между центрами сгибания и разгибания. При возбуждении одного центра центр противоположного рефлекса тормозится. Одновременно наблюдается сопряжение между нервными центрами обеих сторон.

· Принцип реверберации возбуждения. Циркуляция возбуждения замкнутыми нейронами и их цепями в ЦНС называется реверберацией. Возбуждение одного из нейронов, входящих в эту цепь, передается на другой (или другие), а коллатералям аксонов снова возвращается к нервной клетки и т.д. Реверберация возбуждения наблюдается в так называемом рефлекторном последействии, когда рефлекторный акт заканчивается не сразу после прекращения, а через некоторый (иногда длительный) период, а также играет определенную роль в механизмах кратковременной (оперативной) памяти. Сюда же относится корково-подкорковая реверберация, которая играет важную роль в высшей нервной деятельности (поведении) человека и животных.

· Принцип доминанты. Доминанта - это преобладающий очаг возбуждения в центральной нервной системе, возникающий под действием сильных и сверхсильных раздражителей.

Особенности:

1. доминанта - это нераспространенная форма возбуждения (стационарное возбуждение) - новая форма;

2. повышенная возбудимость в очаге доминанты;

3. инертность (после прекращения действия раздражения очаг продолжает существовать какое-то время);

4. суммация возбуждения и притягивание возбуждения из других центров;

5. тормозит деятельность других нервных центров.

 

Существуют два вида доминант:

1. экзогенного происхождения - вызвана факторами внешней среды, например: чтение за едой;

2. эндогенное происхождение - вызвана факторами внутренней среды.

Доминанта обеспечивает произвольное внимание, участвует в формировании условных рефлексов.

· Принцип общего конечного пути. При раздражении различных рецепторов в ответную реакцию вовлекаются одни и те же органы. В центральной нервной системе афферентных нейронов больше, чем эфферентных, поэтому от нескольких афферентных нейронов импульсы сходятся к одним и тем же эфферентным. Благодаря этому принципу за счет небольшого количества рабочих органов организм реагирует на возбуждение большого количества рецепторов, имеет место конкуренция раздражителей: эффект некоторых тормозится, а других - усиливается. И «победителем» является биологически более важный раздражитель.

· Принцип обратной связи. Обратная связь - поток импульсов от рецепторов в центральную нервную систему, которые несут информацию о происходящем на периферии.

Выделяют 2 вида обратной связи:

1. положительная - вызывает усиление ответной реакции;

2. отрицательная - вызывает торможение ответной реакции.

Значение: саморегуляция деятельности организма.

 

Тема 2. Психофизиология ощущений и восприятия

Информационный поток нервных импульсов, идущий от рецепторных полей сенсорных систем, достигая проекционных полей коры больших полушарий, вызывает ощущение. Ощущения являются простейшими, но очень важными психическими познавательными процессами. Они сигнализируют нам о том, что происходит в данный момент вокруг нас и в нашем собственном организме, дают возможность ориентироваться в окружающих условиях и сообразовывать с ними свои действия и поступки.

Ощущения представляют собой отражение отдельных свойств предметов и явлений при их непосредственном воздействии на рецепторные поля сенсорных систем. Они — начальный источник всех наших знаний о мире. При помощи ощущений мы познаем величину, форму, цвет, плотность, температуру, вкус, запах окружающих нас предметов и явлений, улавливаем различные звуки, постигаем движение и пространство и пр. Именно ощущения дают материал для сложных психических процессов — восприятия, мышления, воображения. Если бы человек был лишен всех ощущений, он никакими способами не мог бы познать окружающий его мир. Так, людям, слепым от рождения, не дано представить, что такое красный или зеленый или любой другой цвет, глухим от рождения — что такое звук человеческого голоса, пение птиц, музыкальные мелодии, шум проезжающих машин и пролетающих самолетов и пр.

Виды ощущений

Ощущения мы получаем при помощи сенсорных систем. Каждая система дает нам свои особые ощущения — зрительные, слуховые, обонятельные, вкусовые и пр.

Зрительные ощущения — это ощущения света и цвета. Все, что мы видим, имеет какой-нибудь цвет. Бесцветным может быть только совершенно прозрачный предмет, который мы не видим. Цвета бывают ахроматические (белый, черный и промежуточные между ними оттенки серого) и хроматические (т. е. различные оттенки красного, желтого, зеленого, синего).

Слуховые ощущения возникают при помощи органа слуха. Различают три вида слуховых ощущений: речевые, музыкальные и шумы. В этих видах ощущений слуховая сенсорная система выделяет четыре качества: силу звука (громкий — тихий), высоту (высокий — низкий), тембр (своеобразие голоса или музыкального инструмента), длительность звука (время звучания), а также темпо-ритмические особенности последовательно воспринимаемых звуков.

Вибрационные ощущения отражают колебания упругой среды. Такие ощущения, например, получает человек при прикосновении рукой к крышке звучащего рояля. Вибрационные ощущения обычно не играют у человека важной роли и развиты очень слабо. Они, однако, достигают весьма высокого развития у многих глухих, которым частично заменяют отсутствующий слух.

Обонятельные ощущения. Наша способность чувствовать запахи называется обонянием. Органами обоняния являются специальные чувствительные клетки, которые находятся в глубине носовой полости. Отдельные частички разнообразных веществ проникают в нос вместе с воздухом, который мы вдыхаем, растворяются в слизи носа и раздражают чувствительные клетки, т. е. рецепторы. Так мы получаем обонятельные ощущения. У современного человека обонятельные ощущения играют сравнительно небольшую роль. Но слепо-глухие люди пользуются обонянием, как зрячие пользуются зрением и слухом: определяют по запахам знакомые места, узнают знакомых людей, получают сигналы об опасности и пр. Родных людей по запаху узнают новорожденные дети.

Вкусовые ощущения возникают при помощи органов вкуса — вкусовых почек, расположенных на поверхности языка, глотки и нёба. Существует четыре вида основных вкусовых ощущений: сладкое, горькое, кислое, соленое. В их пределах возникает целый ряд оттенков, каждый из которых придает вкусовым ощущениям своеобразие.

Кожные ощущения — тактильные (ощущения прикосновения) и температурные (ощущения тепла или холода). На поверхности кожи имеются разные виды нервных окончаний, каждый из которых дает ощущение прикосновения, холода, тепла. Чувствительность разных участков кожи к каждому из этих видов раздражений различна. Прикосновение больше всего ощущается на кончике языка и на кончиках пальцев, спина менее чувствительна к прикосновению. К воздействию тепла и холода наиболее чувствительна кожа тех частей тела, которые обычно прикрыты одеждой: кожа поясницы, живота и груди. Температурные ощущения имеют весьма выраженный эмоциональный тон. Так, средние температуры сопровождаются положительным чувством, хотя характер эмоциональной окраски для тепла и холода различен: холод переживается как бодрящее чувство, тепло как расслабляющее. Высокие показатели температуры как в сторону холода, так и в сторону тепла вызывают отрицательные эмоциональные переживания.

Другая группа ощущений сообщает нам об изменениях, состоянии и движении в нашем собственном теле. К этим ощущениям относятся двигательные, органические, ощущения равновесия, осязательные, болевые. Без них мы ничего бы не знали о самих себе.

Двигательные ощущения — это ощущения движения и положения частей тела. Благодаря деятельности двигательного анализатора человек получает возможность координировать и контролировать свои движения. Рецепторы двигательных, или кинестезических, ощущений расположены в мышцах и сухожилиях, а также в пальцах рук, языке и губах, так как этими органами необходимо осуществлять точные и тонкие рабочие и речевые движения. Проприорецепторы мышц, сухожилий, суставных сумок и связочного аппарата дают нам представление о «схеме» нашего тела, что дает возможность постоянно контролировать его положение, позу, взаиморасположение движущихся частей тела.

Органические ощущения рассказывают нам о работе нашего организма, внутренних органов — пищевода, желудка, кишечника и многих других, в стенках которых и находятся соответствующие рецепторы. Пока мы сыты и здоровы, мы вообще не замечаем никаких органических ощущений. Они появляются только тогда, когда в работе организма что-нибудь нарушается. Например, если человек съел что-то не очень свежее, то нарушится работа его желудка и он сразу это почувствует: появится боль в животе, усиленная перистальтика.

Осязательные ощущения — это сочетание кожных и двигательных ощущений при ощупывании предметов, т. е. при прикосновении к ним движущейся руки.

Органом осязания является рука. Например, слепоглухая О. Скороходова так пишет в стихотворении «К бюсту А. М. Горького»:

Я никогда не видела его,
Мне осязанье зренье заменяет,
Своими пальцами смотрю я на него,
И Горький предо мною оживает...

Маленький ребенок начинает познавать мир с осязания, ощупывания предметов. Это один из основных источников получения информации об окружающих его предметах.

Ощущения равновесия отражают положение, занимаемое нашим телом в пространстве. При изменении положения нашего тела происходит колебание особой жидкости (эндолимфы) в лабиринте внутреннего уха, называемого вестибулярным аппаратом. Органы равновесия тесно связаны с другими внутренними органами. При сильном перевозбуждении органов равновесия наблюдаются тошнота, рвота (так называемая морская или воздушная болезнь). При регулярной тренировке устойчивость органов равновесия значительно возрастает.

Болевые ощущения имеют защитное значение: они сигнализируют человеку о неблагополучии, возникшем в его организме. Если бы ощущение боли отсутствовало, человек не чувствовал бы даже серьезных ранений. Полная нечувствительность к боли — редкая аномалия, и она приносит человеку не радость, а серьезные неприятности. Болевые ощущения имеют различную природу. Во-первых, существуют «точки боли» (специальные рецепторы), расположенные в поверхностных слоях кожи и во внутренних органах и мышцах. Особый интерес представляют болевые рецепторы в виде «обнаженных» нервных окончаний, связанных с мельчайшими сосудами кожи. Механическое повреждение кожи, мышц, заболевания внутренних органов дают ощущения боли. Во-вторых, ощущения боли возникают при действии сверхсильного раздражителя на любой анализатор. Ослепляющий свет, оглушительный звук, сильный холод или тепловое излучение, очень резкий запах вызывают болевое ощущение.

Минимальная величина раздражителя, дающая заметное ощущение, называется абсолютным порогом ощущения. Абсолютный порог ощущения может существенно меняться в зависимости от мотивации и внимания. Серьезный мотив, увеличивая произвольное внимание и сосредоточенность животного или человека, может привести к обнаружению очень слабых раздражителей.

Величина абсолютного порога характеризует абсолютную чувствительность органов чувств или их способность реагировать на минимальные воздействия. Чем ниже величина порога ощущения, тем выше абсолютная чувствительность к данным раздражениям.

Абсолютная чувствительность определенных анализаторов у людей различна. В мире нет совершенно одинаковых людей, поэтому и пороги ощущения у всех различаются. Так, один человек слышит очень слабые звуки (например, тиканье часов, находящихся на большом расстоянии от его уха), а другой не слышит. Для того чтобы у последнего возникло слуховое ощущение, необходимо увеличить силу данного раздражителя (например, приближая тикающие часы). Таким образом можно обнаружить, что абсолютная слуховая чувствительность у первого выше, чем у второго, и точно измерить наблюдаемое здесь различие. Или один человек может заметить совсем слабый, тусклый свет, а для другого этот свет должен быть чуть ярче, чтобы его можно было ощутить.

Пороги абсолютной чувствительности не остаются неизменными на протяжении жизни человека. Чувствительность у детей развивается, к юношескому возрасту пороги становятся ниже, а чувствительность достигает оптимального уровня. К старости пороги чувствительности повышаются. Значительное влияние на изменение порогов оказывает деятельность, в процессе которой человек опирается на данные виды чувствительности.

Та наименьшая прибавка к силе действующего раздражителя, при которой возникает едва заметное различие в силе или качестве ощущений, называется порогом чувствительности к различению.

Порог различения имеет постоянную для определенного вида ощущений относительную величину и выражается в виде отношения (дроби). Для зрения порог различения 1/100. Если исходная освещенность зала составляет 1000 Вт, то прибавка должна составлять не менее 10 Вт, чтобы человек ощутил едва заметное изменение в освещенности. Для слуховых ощущений порог различения 1/10. Значит, если к хору в 100 человек прибавить 7—8 таких же певцов, то человек не заметит усиления звука, только 10 певцов едва заметно усилят хор.

Огромное число раздражителей носят подпороговый характер и не дают нам ощущений, однако, это не означает, что они проходят бесследно. Подпороговые раздражители могут суммироваться, могут вызывать местные обменные и вегетативные (например сосудистые) реакции.

Если ощущения отражают лишь отдельные свойства предметов, то синтез множества ощущений объекта создаёт целостную картину, в которой в качестве единицы взаимодействия представлен весь предмет, в совокупности его свойств. Эта картина называется субъективным восприятием объекта.

Восприятие – базирующийся на ощущениях процесс приема и преобразования информации, создающий целостное отражение образов по некоторым, непосредственно воспринимаемым свойствам.

Восприятие, перцепция (от лат. perceptio) — познавательный процесс, формирующий субъективную картину мира. Это психический процесс, заключающийся в отражении предмета или явления в целом при его непосредственном воздействии на рецепторные поверхности органов чувств. Восприятие — одна из биологических психических функций, определяющих сложный процесс приёма и преобразования информации, получаемой при помощи органов чувств, формирующих субъективный целостный образ объекта, воздействующего на анализаторы через совокупность ощущений, инициируемых данным объектом. Как форма чувственного отражения предмета, восприятие включает обнаружение объекта как целого, различение отдельных признаков в объекте, выделение в нём информативного содержания, адекватного цели действия, формирование чувственного образа.

Таким образом, восприятие — одна из психических функций, сложный процесс приёма и преобразования сенсорной информации, формирующий субъективный целостный образ объекта, воздействующего на анализаторы через совокупность ощущений, инициируемых данным объектом.

Как форма чувственного отражения предмета, восприятие включает обнаружение объекта как целого, различение отдельных признаков в объекте, выделение в нём информативного содержания, адекватного цели действия, формирование чувственного образа.

Как вы уже догадались, восприятие включает в себя ощущение и основывается на нем. При этом всякий перцептивный образ включает в себя целый ряд ощущений, так как любой предмет или явление обладают многими и различными свойствами, каждое из которых способно независимо от других свойств вызвать ощущение. Однако было бы ошибочным полагать, что такой процесс (от относительно простых ощущений — к сложному образу восприятия) является простым суммированием отдельных ощущений. На самом деле восприятие (или отражение) целых предметов или ситуаций гораздо сложнее. Помимо ощущений в процессе восприятия задействован предыдущий опыт, процессы осмысления того, что воспринимается, т. е. в процесс восприятия включаются психические процессы еще более высокого уровня, такие как память и мышление. Поэтому восприятие очень часто называют перцептивной системой человека.

Восприятие — нечто значительно большее, нежели передача нервной системой нейронных импульсов в определенные участки мозга. Восприятие также предполагает осознание субъектом самого факта стимулирования и определенные представления о нем, а чтобы это произошло, сначала необходимо ощутить «ввод» сенсорной информации, т. е. испытать ощущение. Иными словами, восприятие есть процесс осмысления стимуляции сенсорных рецепторов. Есть основания взглянуть на восприятие как на задачу, которая заключается в сосредоточении на сенсорном сигнале, анализе и интерпретации для создания осмысленного представления об окружающем мире.

Факторы восприятия:

Внешние

· Размер

· Интенсивность (в физическом или эмоциональном плане)

· Контрастность (противоречие с окружением)

· Движение

· Повторяемость

· Новизна и узнаваемость

Внутренние

· Установка восприятия — ожидание увидеть то, что должно быть увидено по прошлому опыту.

· Потребности и мотивация — человек видит то, в чём нуждается или что считает важным.

· Опыт — человек воспринимает тот аспект стимула, которому научен прошлым опытом.

·  Я-концепция — восприятие мира группируется вокруг восприятия себя.

·  Личностные особенности — оптимисты видят мир и события в позитивном свете, пессимисты, напротив, — в неблагоприятном.

Три механизма селективности восприятия:

· Принцип резонанса — соответствующее потребностям и ценностям личности воспринимается быстрее, чем несоответствующее.

· Принцип защиты — противостоящее ожиданиям человека воспринимается хуже.

· Принцип настороженности — угрожающее психике человека распознаётся быстрее прочего.

Формы и принципы восприятия

· Фигура — фон — восприятие выделяет фигуру из фона.

· Константность — объекты длительное время воспринимаются одинаково.

· Группировка — однообразные стимулы группируются в структуры.

 

Принципы группировки:

· Близость — расположенное рядом воспринимается вместе.

· Подобие — схожее по каким-то признакам воспринимается вместе.

· Замкнутость — человек склонен заполнять пробелы в фигуре.

· Целостность — человек склонен видеть непрерывные формы, а не сложные комбинации.

· Смежность — близкое во времени и пространстве воспринимается как одно.

· Общая зона — стимулы, выявленные в одной зоне воспринимаются как группа.

Результат восприятия

Результатом процесса восприятия становится построенный образ.

Образ — субъективное видение реального мира, воспринимаемого при помощи органов чувств.

Получив образ, человек (или другой субъект) производит определение ситуации, то есть оценивает её, после чего принимает решение о своём поведении. Распознание образа – сложный процесс. В настоящее время принято выделять в процессе распознавания объектов несколько этапов, одни из которых предварительные, другие — завершающие. На предварительных этапах перцептивная система использует информацию с сетчатки глаза и описывает объект на языке элементарных составляющих, таких как линии, края и углы. На завершающих этапах система сравнивает это описание с описаниями форм разного рода объектов, хранящихся в зрительной памяти, и выбирает наилучшее ему соответствие. Причем при распознавании большая часть обработки информации как на предварительных, так и на завершающих этапах распознавания недоступна сознанию.

(Маклаков А. Общая психология)

В общем случае, процесс осмысления воспринимаемой информации может быть представлен структурно-логической схемой. На первом этапе процесса восприятия происходит выделение комплекса стимулов изпотока информации и принятие решения о том, что они относятся к одному и тому же определенному объекту. На втором этапе происходит поиск в памяти аналогичного или близкого по составу ощущений комплекса признаков, по которым можно идентифицировать объект. На третьем этапе происходит отнесение воспринятого объекта к определенной категории с последующим поиском дополнительных признаков, подтверждающих или опровергающих правильность принятого решения. И наконец, на четвертом этапе формируется окончательный вывод о том, что это за объект, с приписыванием ему еще не воспринятых свойств, характерных для объектов одного с ним класса. Таким образом, восприятие — это в значительной степени интеллектуальный процесс.

Восприятие во многом зависит от особенностей личности. Наши знания, интересы, привычные установки, эмоциональное отношение к тому, что воздействует на нас, влияют на процесс восприятия объективной реальности. Поскольку все люди различаются как по своим интересам и установкам, так и по целому ряду других характеристик, мы можем утверждать, что существуют индивидуальные различия в восприятии.

По мнению Б. М. Теплова, признаки предметного восприятия у ребенка начинают проявляться в раннем младенческом возрасте (два-четыре месяца), когда начинают формироваться действия с предметами. К пяти-шести месяцам у ребенка отмечается возрастание случаев фиксации взора на предмете, которым он оперирует. Однако на этом развитие восприятия не останавливается, а, наоборот, только начинается. Так, по мнению А. В. Запорожца, развитие восприятия осуществляется и в более позднем возрасте. При переходе от преддошкольного к дошкольному возрасту под влиянием игровой и конструктивной деятельности у детей складываются сложные виды зрительного анализа и синтеза, включая способность мысленно расчленять воспринимаемый объект на части в зрительном поле, исследуя каждую из этих частей в отдельности и затем объединяя их в одно целое.

В процессе обучения ребенка в школе активно происходит развитие восприятия, которое в этот период проходит несколько этапов. Первый этап связан со становлением адекватного образа предмета в процессе манипуляции этим предметом. На следующем этапе дети знакомятся с пространственными свойствами предметов при помощи движений рук и глаз. На следующих, более высоких ступенях психического развития дети приобретают способность быстро и без каких-либо внешних движений узнавать определенные свойства воспринимаемых объектов, отличать их на основе этих свойств друг от друга. Причем в процессе восприятия уже не принимают участия какие-либо действия или движения.

Можно спросить, что является важнейшим условием развития восприятия? Таким условием является труд, который у детей может проявляться не только в форме общественно полезного труда, например по выполнению своих домашних обязанностей, но и в форме рисования, лепки, занятия музыкой, чтением и др., т. е. в форме разнообразной познавательной предметной деятельности. Не менее важно для ребенка участие в игре. В процессе игры ребенок расширяет не только свой двигательный опыт, но и представление об окружающих его предметах.

Следующий, не менее интересный вопрос, который мы должны задать себе — это вопрос о том, как и в чем проявляются особенности детского восприятия в сравнении с взрослым человеком? Прежде всего, ребенок совершает большое количество ошибок при оценке пространственных свойств предметов. Даже линейный глазомер у детей развит значительно хуже, чем у взрослого. Например, при восприятии длины линии ошибка ребенка может быть примерно в пять раз больше, чем у взрослого человека. Еще большую трудность представляет для детей восприятие времени. Ребенку очень трудно овладеть такими понятиями, как «завтра», «вчера», «раньше», «позже».

Определенные затруднения возникают у детей при восприятии изображений предметов. Так, рассматривая рисунок, рассказывая, что на нем нарисовано, дети дошкольного возраста часто совершают ошибки в узнавании изображенных предметов и называют их неправильно, опираясь на случайные или малосущественные признаки.

Важную роль во всех этих случаях играет недостаточность знаний ребенка,. небольшой его практический опыт. Этим же обусловливается и ряд других особенностей детского восприятия: недостаточное умение выделить основное в том, что воспринимается; пропуск многих деталей; ограниченность воспринимаемой информации. Со временем эти проблемы устраняются, и к старшему школьному возрасту восприятие ребенка практически не отличается от восприятия взрослого.

На основе восприятия и памяти формируются более сложные мыслительные процессы, такие как представление, интуиция, абстрактное мышление.

Представление – воссоздание образа предмета или явления в данный момент не воспринимаемого, но зафиксированного памятью (появление которой обусловлено развитием мозга сверх пределов, необходимых для простой координации функций отдельных органов), а так же (на последнем этапе развития познания), образ, созданный продуктивным воображением, опирающимся на абстрактное мышление (например, визуальное изображение ни разу не виденной солнечной системы из одного лишь рассудочного знания).

 

Интуиция – высшая форма чувственного познания, являясь инстинктивной формой мышления, не просто отражает непосредственные ощущения подобно восприятию, но и, опираясь на опыт, ассоциативные и индуктивные связи, преобразует их в новое, непосредственно не следующее из ощущений, знание. Служа переходным звеном к абстрактному мышлению, она, по сути, является непосредственным мышлением, оперирующим чувственными образами.

Поскольку все формы чувственного познания непосредственно связаны с ощущениями, то дают лишь фрагментарное, полностью субъективное и, от того, зачастую, искаженное отражение действительности (так, человек может чувствовать голод, не испытывая реальной потребности в еде или испытывать страх, не имея на то внешних причин). Более объективное абстрактное мышление призвано внести порядок в хаос ощущений и исключить субъективные искажения.

 

Абстрактное мышление позволяет целостно отражать действительность путем анализа продуктов иных форм познания, получая знание не подлежащие чувственному восприятию, а так же, опираясь на воображение, активно его преобразовывать. Его отличительная черта – абстракция – процесс мысленного выделения одних и отвлечения от других свойств и связей, в результате которого, выделенные свойства представляются обособленно не только от других свойств, но и от их носителей. Это позволяет глубже проникать в их природу и находить сходства там, где чувственное познание обнаруживает лишь различие или различия, где чувственное познание обнаруживает лишь сходство.

По этому, мыслить – значит, прежде всего, не блуждать взглядом по поверхности, а, углубляясь во внутрь, находить суть явлений и определять их взаимосвязь, не ограничиваясь ощущениями и образами. И если кто-то способен различать лишь внешнюю форму, то это означает, что он не способен здраво мыслить.

Благодаря абстракции мышления формируется понятие, отражающее существенные признаки ряда предметов и, чем оно шире, тем меньше в нем заключено конкретной информации; детализированность, в свою очередь, сужает объем понятий вплоть до единичных фактов.

С учетом того что, слишком большое количество информации осложняет ее обработку и хранение, для правильного мышления необходимо уметь произвольно менять объем понятий, иначе знание окажется лишь бессмысленным набором бесчисленного количества разрозненных фактов и не находящих практического применения абстракций.

Понятие, по своей природе тождественно определению и, так же, как определение, раскрывает смысл термина, указывая на предмет, явление, свойство или действие, которое он означает. Переход от чувственной ступени познания к логическому мышлению характеризуется прежде всего как переход от восприятий, представлений к отражению в форме понятия. Понятие — это необразное, выраженное в слове отражение действительности. Оно обретает своё реальное мыслительно-речевое бытие лишь в развёртывании определений, в суждениях, в составе определённой теории.

Будучи отражением объективной реальности, понятия столь же пластичны, как и сама действительность, обобщением которой они являются.

Тема 2. Практикум