Человек в состоянии ощущать и воспринимать объективный мир благодаря особой деятельности мозга. Именно с мозгом связаны все органы чувств. Каждый из этих органов реагирует на определенного рода стимулы: органы зрения — на световое воздействие, органы слуха и осязания — на механическое воздействие, органы вкуса и обоняния — на химическое.
Однако сам мозг не в состоянии воспринимать эти виды воздействий. Он «понимает» только электрические сигналы, связанные с нервными импульсами. Для того чтобы мозг отреагировал на раздражитель, в каждой сенсорной модальности сначала должно произойти преобразование соответствующей физической энергии в электрические сигналы, которые затем своими путями следуют в мозг. Этот процесс перевода осуществляют специальные клетки в органах чувств, называемые рецепторами.
Рецепторы (лат. receptor — принимающий) — чувствительные, или, как еще выражаются, сенсорные клетки, т. е. специальные образования, которые принимают, преобразуют и передают информацию о раздражении — будь оно внешним или внутренним — в нервную систему. Они могут быть представлены свободными окончаниями нервных волокон, окончаниями, покрытыми особой капсулой, а также специализированными клетками в сложно организованных образованиях, таких как сетчатка глаза.
Рецепторы делят на внешние и внутренние. Первые расположены на внешней поверхности тела животного или человека и воспринимают раздражения из внешнего мира (световые, звуковые, термические и др.), вторые находятся в различных тканях и внутренних органах (сердце, лимфатические и кровеносные сосуды, легкие и т. д); воспринимают раздражители, сигнализирующие о состоянии внутренних органов (висцероцепторы), а также о положении тела или его частей в пространстве (вестибулоцепторы).
Недавно (2002 г.) в мозге подростков обнаружили особый рецептор, который обусловливает наклонность к самоубийству. Было исследовано 30 препаратов мозга подростков, покончивших с жизнью или погибших от других причин. Доктор Г. Пандей и его коллеги из Университета Иллинойса (США) выяснили, что в мозге у самоубийц наблюдается более высокий уровень специфических рецепторов серотонина —вещества, передающего сигналы от одной клетки мозга к другой Они обнаружили, что количество этого вещества заметно повышено в мозге взрослых самоубийц. Серотин проявил себя только в двух областях головного мозга — темен но-лобной коры и гиппокампа, которые участвуют в формировании эмоций, стресса и таких психических процессов, как восприятие и мышление. Возможно, что речь идет о генетической предрасположенности к самоубийству. Исследователи говорят, что на основании этого открытия можно создать тест, выявляющий потенциальную наклонность к самоубийству. Присутствие рецептора в крови позволит использовать этот тест наравне с другими анализами крови.
Рецепторы отличаются высокой чувствительностью к адекватным раздражителям, которая измеряется величиной абсолютного порога, или минимальной интенсивностью раздражения, способного привести рецепторы в состояние возбуждения. Так, например. 5—7 квантов света, падающего на рецепторы глаза, вызывают снеговое ощущение, а для возбуждения отдельного фоторецептора достаточно 1 кванта. Известно, что женщины страдают от физической боли в большей степени, чем мужчины, к тому же женская боль сильнее и продолжительнее. Новое исследование показало одну из причин неравенства полов. Доктор Б. Вильхельми, член Американского общества пластических хирургов, в 2005 г. обнаружил, что женщины имеют больше нервных рецепторов, из-за которых боль ощущается сильнее. Так, на коже лица женщины имеют в среднем 34 нервных волокна на квадратный сантиметр. У мужчин волокон вдвое меньше — только 17. Так как женщины имеют больше рецепторов и потому острее чувствуют боль, для них требуются отличные от «мужских» методы лечения.
Кожа — это тонкая прочная ткань, покрывающая все тело и обеспечивающая его защиту и непроницаемость. Она очень тонкая в некоторых местах, например на веках (0,5 мм толщиной), и более толстая на ладонях и подошвах (до 5 мм). Кожа состоит из трех слоев: эпидермиса, дермы и подкожной жировой клетчатки. В коже имеется около 3 млн потовых желез. Если их расположить в ряд, они образуют непрерывную линию длиной 48 км.
Таким образом, рецептор — это анатомическое образование (чувствительное нервное окончание или специализированная клетка), преобразующее воспринимаемое раздражение в нервные импульсы. Деятельность рецепторов регулируется центральной нервной системой, осуществляющей их настройку в зависимости от потребностей организма. Образное восприятие мира связано преимущественно с информацией, идущей с внешних рецепторов.
Зрительные рецепторы, например, расположены тонким слоем на внутренней стороне глаза; в каждом зрительном рецепторе есть химическое вещество, реагирующее на свет, и эта реакция запускает ряд событий, в результате которых возникает нервный импульс. Раздражение нервных клеток в сетчатке вызывает образование разных импульсов в соответствии с яркостью света и цветом. Импульсы расшифровываются головным мозгом, в котором и создается зрительный образ, — мы воспринимаем предметы в их естественном положении.
Мы все — рабы того лучшего, что внутри нас, и того худшего, что снаружи.
Б. Шоу
Орган слуха состоит из трех частей: наружного, среднего и внутреннего уха. Кроме восприятия звуков, внутреннее ухо выполняет функцию регуляции положения тела человека в пространстве. Наружное ухо — это сама ушная раковина. Оно отделено от среднего барабанной перепонкой, колебания которой передаются через три слуховые косточки (молоточек, наковальню и стремечко) во внутреннее ухо. Основную функцию слуха выполняет улитка — спирально закрученный костный канал внутреннего уха.
Слуховые рецепторы представляют собой тонкие волосяные клетки, расположенные глубоко в ухе; вибрации воздуха, являющиеся звуковым стимулом, изгибают эти волосяные клетки, в результате чего и возникает нервный импульс. Аналогичные процессы происходят и в других сенсорных модальностях.
Рецептор — это специализированная нервная клетка, или нейрон; будучи возбужденной, она посылает электрический сигнал промежуточным нейронам. Этот сигнал движется, пока не достигнет своей рецептивной зоны в коре головного мозга, причем у каждой сенсорной модальности имеется своя рецептивная зона. Где-то в мозге — может, в рецептивной зоне коры, а может, в каком-то другом участке коры — электрический сигнал вызывает осознанное переживание ощущения. Так, когда мы ощущаем прикосновение, это ощущение «происходит» у нас в мозге, а не на коже. При этом электрические импульсы, которые прямо опосредуют ощущение касания, сами были вызваны электрическими импульсами, возникшими в рецепторах осязания, которые расположены в коже. Сходным образом ощущение горького вкуса рождается не в языке, а в мозге; но мозговые импульсы, опосредующие ощущение вкуса, сами были вызваны электрическими импульсами вкусовых рецепторов языка.
В зависимости от расположения рецепторов все ощущения делятся на три группы.
К первой группе относятся ощущения, которые связаны с рецепторами, находящимися на поверхности тела: зрительные, слуховые, обонятельные, вкусовые и кожные ощущения. Это экстеро-рецептивные ощущения.
Ко второй группе относятся интерорецептивные ощущения, связанные с рецепторами, находящимися во внутренних органах.
К третьей группе относятся кинестезические (двигательные) и статические ощущения, рецепторы которых находятся в мышцах, связках и сухожилиях, — проприорецептивные ощущения (от лат. proprio — собственный).
В зависимости от модальности анализатора различаются следующие виды ощущений: зрительные, слуховые, кожные, обонятельные, вкусовые, кинестезические, статические, вибрационные, органические и болевые. Различаются также контактные и дистантные ощущения.
Физиологи утверждают, что за ощущениями света и звука стоят физические реальности — электромагнитные и воздушные волны, которые совершенно не похожи ни на цвет, ни на звук. Сегодня экспериментально установлен объективный физиологический механизм самого распространенного субъективного переживания — ощущения. Суть этого механизма — синтез двух потоков информации: поступающего из внешнего мира и извлекаемого из памяти. Известно, что любое ощущение возникает не сразу, а где-то спустя 100 миллисекунд (1 мс = 1/1000 с) после стимула, т. е. значительно позднее прихода в кору идущих от органов чувств импульсов.
Человеческий глаз представляет сложную систему, главной цепью которой является наиболее точное восприятие, первоначальная обработка и передача информации, содержащейся в электромагнитном излучении видимого света. В сетчатке каждого глаза насчитывается около 130 млн папочек и 7 млн колбочек. В условиях достаточно яркого освещения в работу включаются колбочки, аппарат папочек выключается. При слабой освещенности в работу включаются только папочки.
Центральная нервная система человека обладает способностью классифицировать распределение световой энергии, попадающей в глаз. Глаз чувствителен к участку электромагнитного спектра от 300 до 700 нм (нанометров). Длина волны 680 нм дает ощущение красного; 580 — желтого; 520 — зеленого; 430 — синего; 390 — фиолетового цветов. Цвет — это психическое явление, а не свойство электромагнитной энергии, это ощущение человека, вызываемое различной энергией.
Корковой частью зрительного анализатора является 17-е поле затылочной области коры головного мозга, которая построена по экранному принципу, т. е. разные точки сетчатки имеют проекцию в разных точках коры. Здесь же имеются нервные клетки, объединяющие зрительные возбуждения.
Ученые обнаружили, что в процессе зрительного восприятия происходит кольцевое движение нервных импульсов. Сигнал от сетчатки вначале попадает в зрительную кору и затем двигается через различные отделы мозга, такие как связанный с кратковременной памятью гиппокамп, с мотивацией — гипоталамус, и наконец, нервные импульсы возвращаются обратно, в зрительную кору, где уже в измененной форме накладываются на следы первичного сигнала. Благодаря кольцевому движению, внешнему сигналу, несущему информацию о физических свойствах стимула, придаются новые черты, основанные на извлеченных из памяти сведениях о его значимости.
Человек не то, чем он хочет быть, но то, чем он не может не быть.
С. Моэм
Нервная система человека устроена таким образом, что каждое полушарие мозга получает информацию главным образом от противоположной стороны тела. Этот принцип контра латеральной проекции относится как к зрению и слуху, так и к движениям тела и тактильным ощущениям. В зрении принцип контралатеральности касается не столько правого и левого глаз, сколько правой и левой сторон поля зрения. В том случае, когда взгляд обоих глаз фиксируется в одной точке, стимулы, появляющиеся справа от точки фиксации, регистрируются левым полушарием; правое же воспринимает все, что появляется слева от точки фиксации. Это разделение и перекрещивание визуальной информации — следствие анатомической организации зрительных анализаторов, нервные волокна которых идут от соответствующих областей обоих глаз.
Любой человек с нормальным зрением может различать черты объектов лишь до определенной степени. Однако если расстояние между линиями становится слишком малым, то человек видит некую размытую картинку.
Раньше исследователи полагали, что причина этого кроется в самом строении глаза; считалось, что сетчатка просто не в состоянии распознавать такие линии по отдельности. Теперь же можно предположить, что по крайней мере некоторые из процессов «размывания» происходят не в глазу, а непосредственно в мозге. Наш мозг не говорит нам обо всем, что видят наши глаза, утверждают ученые. Он почему-то фильтрует видеоинформацию, получаемую сознанием.
Нейропсихологи из Университета штата Миннесота (в США) утверждают, что нейроны того района коры головного мозга, который отвечает за обработку видеоинформации, в состоянии различать объекты чересчур детально — настолько подробно, что нам это даже и не нужно. Исследование, проведенное в городе Миннеаполисе, свидетельствует, что некоторые типы визуальной информации, регистрируемые мозгом, им не осознаются.
Каждый человек воспринимает цвета по-своему, утверждают оптики из Рочестерского университета США. Используя лазерную технологию, первоначально разработанную для астрономических нужд, ученые измерили рельеф живой сетчатки глаза и получили детальные изображения, на которых видны отдельные светочувствительные клетки.
Проведенные по этим изображениям подсчеты показали, что, например, количество колбочек — чувствительных к восприятию цвета клеток сетчатки — у разных людей может различаться в 40 раз. Направив световой поток непосредственно на сетчатку глаза, профессор медицинской оптики лаборатории Университета Рочестера Дэвид Уильяме смог определить колбочки, отвечающие за восприятие света с определенной длиной волны, и, таким образом, найти «цветные» элементы матрицы. Поскольку восприятие цвета — дело субъективное, Уильяме предложил добровольцам самостоятельно настраивать окраску светового потока, получая чистый желтый свет, лишенный красных и зеленых примесей.
Как и ожидалось, каждый испытуемый подобрал для «идеального желтого» свет с практически одной и той же длиной волны. Неожиданность заключалась в том, что количество колбочек, способных отличить желтый цвет от, допустим, красного, сильно отличалось у всех участников эксперимента. То есть восприятие цвета явно зависит не столько от рецепторов, сколько от мозга, обрабатывающего полученные рецептором сигналы.
Это говорит о том, что процесс восприятия цвета далеко не ограничивается реакцией сетчатки, а существенно зависит от обработки полученных сигналов мозгом.
Человек моргает около 10 раз в минуту и не замечает этого. Ученые установили, почему человек не видит темноты при моргании.
Человек воспринимает воздействия на себя от себя самого и от внешнего раздражителя по-разному. При внешнем воздействии мозг никогда не отключается, а при внутреннем такое происходит часто. Методом магнитного резонанса исследователи университетского колледжа в Лондоне выяснили, что в тот момент, когда человек моргает, у него отключается одна из областей мозга, ответственная за обработку информации, поступающей от зрения. Мгновенное отключение участка мозга, ответственного за восприятие, позволяет человеку видеть непрерывное гладкое изображение. Отключение части мозга происходит не только в момент моргания, но и когда человек пытается себя пощекотать. Он не чувствует щекотки, потому что отключается участок мозга, ответственный за обработку тактильных ощущений.
Что случится, если человека внезапно ущипнуть за руку или дотронуться до нее горящей сигаретой? Рука непроизвольно отдернется. В коже находятся нервные окончания (рецепторы). Их раздражение посылает импульс в мозг, который дает команду мышцам руки. Происходит это независимо от нашего сознания, мы даже не успеваем понять, что произошло. Так устроила природа — любой раздражитель вызывает ответную реакцию.
Подобные рецепторы находятся и в дыхательных путях. Их возбуждение вызывает ответную мышечную реакцию — кашель, направленный на удаление раздражителя. А раздражитель может поступать с вдыхаемым воздухом (пыль, газы, холодный или горячий воздух) или действовать изнутри (бронхиальная слизь, воспаление). Кашлевые рецепторы расположены не только в бронхах и трахее, но и в глотке, гортани, пищеводе, оболочке легкого — плевре, оболочке сердца — перикарде и даже в слуховом проходе. Так что причина кашля не всегда лежит в бронхах.
Кое-что о носе
Без носа человек — черт знает что: птица не птица, гражданин не гражданин, — просто возьми, да и вышвырни в окошко!
Н. В.Гоголь
Люди не могли бы жить в обществе, если бы не водили друг друга за нос.
Ф. Ларошфуко
Обоняние — это восприятие запахов различных веществ. Это одно из наиболее древних, простых и жизненно важных ощущений. Анатомически орган обоняния расположен у большинства живых существ в наиболее выгодном месте — впереди, в выдающейся части тела. Путь от рецепторов обоняния до тех мозговых структур, где принимаются и перерабатываются получаемые от них импульсы, наиболее короткий. Обонятельные рецепторы находятся в слизистой верхней и частично средней носовых раковин. Нервные волокна, отходящие от обонятельных рецепторов, непосредственно без промежуточных переключений попадают в головной мозг. Повреждение части мозга (например, при травме черепа), которая анализирует запахи, может привести к стойкой утрате обоняния.
Основные рецепторы вкуса расположены в сосочках слизистой языка. Они различают четыре основных вкусовых ощущения — сладкое, кислое, соленое и горькое. Вкус неразрывно связан с обонянием, что позволяет человеку чувствовать не только вкус или запах, но и аромат. И если нарушается обоняние, возникают проблемы и со вкусом.
Осязание — это все кожные ощущения человека. Они передаются по нервам от различных рецепторов, расположенных в коже. Нервные окончания (рецепторы) распределены неравномерно на разных участках тела. Так, вокруг рта и в кончиках пальцев у человека много нервных окончаний, тогда как на спине их совсем мало.
Оно не относится к элементарным, далее не разложимым актам ощущения, но представляет комбинацию четырех других, более простых видов ощущений: давления, боли, тепла и холода, причем для каждого из них существует специфический вид рецепторов, неравномерно расположенных в различных участках кожной поверхности. Специализированность кожных рецепторов до сих пор точно установить не удалось.
Кожные ощущения подразделяются на тактильные (ощущение прикосновения и давления), ощущение боли, ощущение тепла и ощущение холода. Каждый из этих видов кожных ощущений имеет свои рецепторы. Тактильные рецепторы наиболее многочисленны на кончиках пальцев и языка. Если на спине две точки прикосновения воспринимаются раздельно лишь на расстоянии 5 см, то на кончике пальцев и языка они воспринимаются как раздельные на расстоянии 1 мм.
Ученые-нейрофизиологи обнаружили, что механизмы зрительного восприятия у жителей различных стран неодинаковы. Они предъявили несколько изображений 45 добровольцам, среди которых были студенты из США и Китая, и проследили за движениями их глаз. Подробному анализу подвергли ту часть «траекторий» взгляда, которая относилась к первой секунде просмотра: примерно столько нужно, чтобы составить общее представление о фотографии, а затем картина уточняется незначительно. Как и следовало ожидать, результаты разбились на две группы: американские и китайские студенты вели себя при разглядывании неодинаково. Первые уделяли больше времени центральному предмету, тогда как внимание вторых постоянно переключалось между центром и фоном. Найденные различия надо объяснять особенностями мировоззрения, которые закреплены культурной традицией.