Николай Курчанов - Поведение: эволюционный подход

Дифференциальная чувствительность рецепторов выражается в способности замечать различия действующих раздражителей. Она измеряется порогом реакции. Порог реакции– это минимальная интенсивность раздражителя, вызывающая реакцию в рецепторах. Чем выше чувствительность, тем ниже порог реакции. В физиологии разработаны строгие формулы ее расчета (законы Вебера, Фехнера, Стивенса). Обычно чувствительность рецепторов чрезвычайно высока. Так, обонятельные рецепторы способны распознать одну молекулу вещества, а зрительные рецепторы – один квант света. Высокая чувствительность дает возможность дистанционного восприятия, что является важной адаптацией.

Понятие порога реакции можно определить через величину стимула, вероятность восприятия которого равняется 50–75 %. Более низкие значения характеризуются как подпороговые. В подпороговом диапазоне реакция на сверхслабые раздражители есть, но она не осознается. Так, даже если при уменьшении интенсивности света человек уже не может сказать, видел он вспышку или нет, можно зарегистрировать кожно-гальваническую реакцию (КГР) на сигнал. Таким образом, порог реакции – понятие конвенциональное (зависящее от соглашения).

Рассматривая связь рецепторов с мозговыми центрами, необходимо учитывать, что каждая сенсорная система представлена в коре полушарий не одной проекционной зоной. Наиболее полно она представлена в первичной зоне, поражение которой сопровождается самыми грубыми нарушениями функции. Вторичные зоны представляют проекции первичных зон и участвуют в интегративной деятельности мозга, которую мы рассмотрим ниже. Нарушения функционирования вторичных зон не имеют столь глобальных последствий для восприятия сенсорной информации.

Среди сенсорных систем высших позвоночных обычно выделяют зрительную, слуховую, вестибулярную, обонятельную, вкусовую и соматосенсорную системы. Четко анатомически идентифицировать системы терморецепторов, осморецепторов и ноцицепторов затруднительно.

Все классификации сенсорных систем содержат свою долю условности. Поскольку они строятся по функциональному признаку, то разные сенсорные системы могут обладать очень похожими рецепторами (например, слуховая и вестибулярная). Более того, выделяют две самостоятельные обонятельные системы (основная и вомероназальная) независимого происхождения.

Вначале кратко рассмотрим работу зрительнойсенсорной системы, имеющей наибольшее значение для человека. Ее периферический отдел представлен особыми сенсорными клетками – фоторецепторами сетчатки, входящей в структуру глаза. Глаз – это один из наиболее сложных органов чувств, но все его структуры предназначены обслуживать сетчатку. Сетчатку рассматривают как часть мозга, выдвинутую на периферию, как « аванпост головного мозга » (Николс Дж. [и др.], 2008).

Среди фоторецепторов выделяют палочки , воспринимающие интенсивность света, и колбочки , способные воспринимать цвет. Мембраны фоторецепторов содержат зрительные пигменты, которые при поглощении фотонов активируют G-белки, запускающие биохимический каскад. Роль вторичного мессенджера выполняет в фоторецепторах ц-ГМФ.

Передачу и модуляцию сигнала осуществляют другие клетки сетчатки: биполярные, горизонтальные, амакриновые, ганглиозные. Ганглиозные клетки , которые способны генерировать ПД, являются последним этапом сетчатки. Их аксоны формируют зрительный нерв, по которому сигнал передается в латеральное коленчатое тело таламуса , а оттуда – в кору полушарий. В таламусе формируются М– и Р-тракты, ведущие в различные области коры, где отдельно анализируются цвет и движение.

Анализ зрительной информации начинается в первичной зрительной зоне затылочной области коры, но не завершается там. Исследование мозга показало, что у приматов имеется около 30 участков коры, связанных с анализом зрительной информации. Хотя высшим уровнем анализа сенсорной информации считаются ассоциативные зоны, такое большое число задействованных областей представляет собой не строгую иерархию, а сложную переплетающуюся сеть. Однако, несмотря на большой объем знаний относительно функционирования зрительной сенсорной системы, на полное ее понимание остается лишь надеяться в будущем.

Соматосенсорнуюсистему необходимо рассмотреть для понимания последующего материала о регуляции движения. Она включает в себя рецепторы осязания и проприорецепторы, которые обеспечивают своими сигналами соматосенсорную зону коры.

Проприорецепторы, к которым относятся мышечные веретена, сухожильные органы Гольджи и суставные рецепторы , стоят несколько особняком среди других интерорецепторов. Часто проприорецепторы выделяют в отдельную группу. Они воспринимают позу и движение тела, напряжение мышц и сухожилий, являясь источником информации о состоянии двигательного аппарата и положении тела в пространстве. Ч. Шеррингтон, которому принадлежит термин «проприорецепция», сравнивал ее с «шестым чувством», подразумевая под этим словом непрерывный, неосознаваемый поток ощущений. Проприорецепторы есть у всех наземных позвоночных, но отсутствуют у рыб и водных амфибий.

Функцию осязания в коже млекопитающих выполняют многочисленные свободные и инкапсулированные нервные окончания: тельце Мейснера, тельце Пачини, тельце Руффини, диски Меркеля, рецепторы волосяных фолликулов. Развитие волос у млекопитающих, вероятно, объясняется именно рецепторной ролью: первоначально они возникают как усилители механорецепции, а функцию терморегуляции приобретают лишь вторично (Савельев С. В., 2005).

Вся информация, поступающая из кожи и проприорецепторов, проходит различными путями через дорсальные столбы спинного мозга , ядра продолговатого мозга и таламус . Перед таламусом расположена специфическая мозговая структура – медиальный лемниск , поэтому весь путь получил название лемнискового пути. На этом пути между рецептором и корой имеется всего три синапса.

В соматосенсорной зоне коры каждый участок представляет проекцию тела, причем чем больше плотность рецепторов кожи, тем большей площадью проекции представлена эта область. Закономерная последовательность таких участков впервые была обнаружена знаменитым канадским ученым, основателем нейрохирургии У. Пенфилдом (1891–1976). У человека она получила образное название «сенсорного гомункулуса». Особенно обширны у людей области, представляющие большие пальцы рук и язык.

Теперь рассмотрим одни из самых удивительных сенсорных механорецепторов, которые сформировались в царстве животных, – волосковые клетки позвоночных. Они выстилают мембранный лабиринт внутреннего уха, формируя там периферические отделы слуховойи вестибулярнойсистем. У водных позвоночных они лежат в основе другой системы – органов боковой линии. Эта система, отсутствующая у наземных групп, определяет вибрации окружающей воды. Вероятно, внутреннее ухо развивается в процессе эволюции из органов боковой линии. Первоначально ухо формируется как орган равновесия, а детектирование звуков, лежащее в основе слуховой сенсорной системы, является более поздним добавлением. И сейчас мембранный лабиринт позвоночных морфологически представляет собой единое целое, формируя отделы слуховой (улитка) и вестибулярный (маточка, мешочек, полукружные каналы) систем.