Адаптация органов чувств

АДАПТАЦИЯ ОРГАНОВ ЧУВСТВ.

Хотя  наши органы чувств и ограничены в  возможностях восприятия сигналов, тем  не менее, они находятся под непрерывным  воздействием раздражителей. Мозгу, который  должен перерабатывать получаемые сигналы, нередко угрожает перегрузка информацией, и он не успевал бы ее “сортировать и упорядочивать”, если бы не было регулирующих механизмов, которые поддерживают количество воспринимаемых раздражителей на более  или менее постоянном приемлемом уровне. Этот механизм, называемый сенсорной адаптацией, действует в самих рецепторах. Сенсорная адаптация, или приспособление – это изменение чувствительности органов чувств под влиянием действия раздражителя. Она уменьшает их чувствительность к повторяющимся или длительно (слабо, сильно) воздействующим стимулам. Различают три разновидности этого явления.1. Адаптация как пол ное исчезновение ощущения в процессе продолжительного действия раздражителя. В случае действия постоянных раздражителей ощущение имеет тенденцию к угасанию. Например, легкий груз, лежащий на коже, вскоре перестает ощущаться. Обычным фактом является и отчетливое исчезновение обонятельных ощущений вскоре после того, как мы попадаем в атмосферу с неприятным запахом. Интенсивность вкусового ощущения ослабевает, если соответствующее вещество в течение некоторого времени держать во рту, и наконец ощущение может угаснуть совсем. Полной адаптации зрительного анализатора при действии постоянного и неподвижного раздражителя не наступает. Это объясняется компенсацией неподвижности раздражителя за счет движений самого рецепторного аппарата. Постоянные произвольные и непроизвольные движения глаз обеспечивают непрерывность зрительного ощущения. Эксперименты, в которых искусственно создавались условия стабилизации изображения относительно сетчатки глаз, показали, что при этом зрительное ощущение исчезает спустя 2-3 секунды после его возникновения, т.е. наступает полная адаптация (стабилизация в эксперименте достигалась при помощи специальной присоски, на которой помещалось изображение, двигавшееся вместе с глазом). 2. Адаптацией называют также другое явление, близкое к описанному, которое выражается в притуплении ощущения под влиянием действия сильного раздражителя. Например, при погружении руки в холодную воду интенсивность ощущения, вызываемого холодовым раздражителем, снижается. Когда мы из полутемной комнаты попадаем в ярко освещенное пространство (например, выходя из кинотеатра на улицу), то сначала бываем ослеплены и не способны различать вокруг какие-либо детали. Через некоторое время чувствительность зрительного анализатора резко снижается, и мы начинаем нормально видеть. Это понижение чувствительности глаза при интенсивном световом раздражении называют световой адаптацией. Описанные два вида адаптации можно назвать негативной адаптацией, поскольку в результате их снижается чувствительность анализаторов. Негативная адаптация – вид сенсорной адаптации, выражающийся в полном исчезновении ощущения в процессе продолжительного действия раздражителя, а также в притуплении ощущения под влиянием действия сильного раздражителя. 3. Наконец, адаптацией называют повышение чувствительности под влиянием действия слабого раздражителя. Этот вид адаптации, свойственный некоторым видам ощущений, можно определить как позитивную адаптацию. Позитивная адаптация – вид повышения чувствительности под влиянием действия слабого раздражителя. В зрительном анализаторе – это адаптация к темноте, когда увеличивается чувствительность глаза под влиянием пребывания в темноте. Аналогичной формой слуховой адаптации является адаптация к тишине. В температурных ощущениях позитивная адаптация обнаруживается тогда, когда предварительно охлажденная рука чувствует тепло, а предварительно нагретая - холод при погружении в воду одинаковой температуры. Вопрос о существовании негативной болевой адаптации долгое время был спорным. Известно, что многократное применение болевого раздражителя не обнаруживает негативной адаптации, а напротив действует все сильнее с течением времени. Однако новые факты свидетельствуют о наличии полной негативной адаптации к уколам иглы и к интенсивному горячему облучению. Исследования показали, что одни анализаторы обнаруживают быструю адаптацию, другие - медленную. Например, тактильные рецепторы адаптируются очень быстро. По их чувствующему нерву при воздействии какого-либо длительного раздражения пробегает лишь небольшой “залп” импульсов в начале действия раздражителя. Сравнительно медленно адаптируется зрительный рецептор (время темповой адаптации достигает нескольких десятков минут), обонятельный и вкусовой. Адаптационное регулирование уровня чувствительности в зависимости от того, какие раздражители (слабые или сильные) воздействуют на рецепторы, имеет огромное биологическое значение. Адаптация помогает (посредством органов чувств) улавливать слабые раздражители и предохраняет органы чувств от чрезмерного раздражения в случае необычайно сильных воздействий. Явление адаптации можно объяснить теми периферическими изменениями, которые происходят в функционировании рецептора при продолжительном воздействии на него раздражителя. Так, известно, что под влиянием света разлагается (выцветает) зрительный пурпур, находящийся в палочках сетчатки глаза. В темноте же, напротив, зрительный пурпур восстанавливается, что приводит к повышению чувствительности. Для того чтобы человеческий глаз  смог полностью адаптироваться к темноте после дневного света, т.е. для того чтобы его чувствительность приблизилась к абсолютному порогу требуется 40 минут. За это время зрение меняется по своему физиологическому механизму: от колбочкового, характерного для дневного освещения, в течение 10 минут глаз переходит к палочковому зрению, типичному для ночи. При этом исчезают ощущения цвета, им на смену приходят черно-белые тона, свойственные ахроматическому зрению. Применительно к другим органам чувств пока не доказано, что в их рецепторных аппаратах имеются какие-либо вещества, химически разлагающиеся при воздействии раздражителя и восстанавливающиеся при отсутствии такого воздействия.

Явление адаптации объясняется и процессами, протекающими в центральных отделах  анализаторов. При длительном раздражении  кора головного мозга отвечает внутренним охранительным торможением, снижающим  чувствительность. Развитие торможения вызывает усиленное возбуждение  других очагов, что способствует повышению  чувствительности в новых условиях (явление последовательной взаимной индукции).

Другой  регулирующий механизм находится в  основании мозга, в ретикулярной формации. Он вступает в действие в  случае более сложной стимуляции, которая хотя и улавливается рецепторами, но не столь важна для выживания  организма или для той деятельности, которой он в данное время занят. Речь идет о привыкании, когда определенные раздражители становятся настолько  привычными, что перестают влиять на активность высших отделов мозга: ретикулярная формация блокирует передачу соответствующих импульсов для  того, чтобы они не “загромождали” наше сознание. Например, зелень лугов  и листвы после долгой зимы сначала  кажется нам очень яркой, а  через несколько дней мы к ней  так привыкаем, что просто перестаем  замечать. Подобное явление наблюдается  у людей, живущих вблизи аэродрома  или автодороги. Они уже “не  слышат” шума взлетающих самолетов  или проезжающих грузовиков. То же самое происходит и с горожанином, который перестает ощущать химический привкус питьевой воды, а на улице  не чувствует запаха выхлопных газов  автомашин или не слышит автомобильных  сигналов.

Благодаря этому полезному механизму (механизму  привыкания) человеку легче заметить любое изменение или новый  элемент в окружающей обстановке, легче сконцентрировать на нем свое внимание, а в случае необходимости  и противостоять ему. Подобного  же рода механизм позволяет нам сосредоточивать  все  внимание на какой-то важной задаче, игнорируя привычные шумы и суету вокруг нас.

               ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ И ЕЕ ИЗМЕРЕНИЕ.

Различные органы чувств, дающие нам сведения о состоянии окружающего нас  внешнего мира, могут быть более  или менее чувствительны к  отображаемым ими явлениям, т. е. могут  отображать эти явления с большей  или меньшей точностью. Для того чтобы в результате действия раздражителя на органы чувств возникло ощущение, необходимо, чтобы вызывающий его стимул достиг определенной величины. Эта величина называется нижним абсолютным порогом  чувствительности. Нижний абсолютный порог чувствительности - минимальная сила раздражителя, вызывающая едва заметное ощущение. Это порог сознательного опознания раздражителя. Однако существует и другой, более “низкий” порог – физиологический. Этот порог отражает предел чувствительности каждого рецептора, за которым уже не может наступить возбуждение (см. рисунок 3). Так, например, одного фотона может быть достаточно для того, чтобы возбудить рецептор в сетчатке глаза, но необходимо 5-8 таких порций энергии для того, чтобы наш мозг воспринял светящуюся точку. Вполне понятно, что физиологический порог ощущений определен генетически и может изменяться только в зависимости от возраста или других физиологических факторов. Порог восприятия (сознательного опознания), напротив, гораздо менее стабилен. Он, кроме названных факторов, зависит также и от уровня бодрствования мозга, от внимания мозга к сигналу, который преодолел физиологический порог.

Зависимость ощущения от величины стимула

Рис. 3

Между этими двумя порогами существует зона чувствительности, в которой  возбуждение рецепторов влечет за собой  передачу сообщения, но оно не доходит  до сознания. Несмотря на то, что окружающая среда в любой момент посылает нам тысячи всевозможных сигналов, мы можем уловить лишь небольшую  часть из них. В то же время, будучи не осознаваемыми, находясь за нижним порогом чувствительности, эти раздражители (субсенсорные) способны оказывать влияние на осознаваемые ощущения. С помощью такой чувствительности может, например, изменяться наше настроение, в некоторых случаях они влияют на желания и интерес человека к определенным объектам действительности.

В настоящее  время существует гипотеза, что в  зоне под уровнем сознания – в  подпороговой зоне – сигналы, воспринятые органами чувств, возможно, обрабатываются низшими центрами нашего мозга. Если это так, то ежесекундно должны существовать сотни сигналов, которые проходят мимо нашего сознания, но тем не менее регистрируются на более низких уровнях. Такая гипотеза позволяет найти объяснение многим спорным явлениям. Особенно, когда речь идет о перцептивной защите, подпороговом и экстрасенсорном восприятии, об осознании внутренней реальности в условиях, например, сенсорной изоляции или в состоянии медитации. То, что раздражители меньшей силы (подпороговые) не вызывают возникновения ощущений является биологически целесообразным. Кора в каждый отдельный момент из бесконечного количества импульсов воспринимает лишь жизненно важные, задерживая все остальные, в том числе импульсы от внутренних органов. Нельзя представить себе жизнь организма, у которого кора больших полушарий одинаково воспринимала бы все импульсы и обеспечивала на них реакции. Это привело бы организм к неминуемой гибели. Именно кора больших полушарий “стоит на страже” жизненных интересов организма и, повышая порог своей возбудимости, превращает неактуальные импульсы в подпороговые, избавляя тем самым организм от ненужных реакций. Однако, подпороговые импульсы не безразличны для организма. Подтверждением этому служат многочисленные факты, полученные в клинике нервных болезней, когда именно слабые, подкорковые раздражители из внешней среды создают в коре больших полушарий доминантный очаг и способствуют возникновению галлюцинаций и “обмана чувств”. Подпороговые звуки могут восприниматься больным как сонм навязчивых голосов при одновременном полном безразличии к настоящей человеческой речи; слабый, еле заметный луч света может вызвать галлюцинаторные зрительные ощущения различного содержания; еле заметные тактильные ощущения - от контакта кожи с одеждой - ряд всевозможных острых кожных ощущений. Переход от невоспринимаемых стимулов, не вызывающих ощущения, к воспринимаемым происходит не постепенно, а скачкообразно. Если воздействие уже почти достигло порогового значения, то бывает достаточно  слегка изменить величину действующего стимула, чтобы он из полностью невоспринимаемого превратился в полностью воспринимаемый. Вместе с тем, даже весьма значительные изменения величины стимулов в пределах допорогового диапазона не порождают никаких ощущений, за исключением рассмотренных выше субсенсорных стимулов и соответственно субсенсорных ощущений. Точно так же существенные изменения значения уже достаточно сильных, запороговых стимулов тоже могут не вызывать никаких изменений в уже имеющихся ощущениях. Итак, нижний порог ощущений определяет уровень абсолютной чувствительности данного анализатора, связанной с сознательным опознанием стимула. Между абсолютной чувствительностью и величиной порога существует обратная зависимость: чем меньше величина порога, тем выше чувствительность данного анализатора. Это отношение можно выразить формулой:

Е – 1/Р,

где: Е - чувствительность, а Р - пороговая величина раздражителя.

Наши  анализаторы обладают различной  чувствительностью. Так, порог одной  обонятельной клетки человека для соответствующих  пахучих веществ не превышает 8 молекул. Однако, чтобы вызвать вкусовое ощущение, требуется по крайней мере в 25000 раз больше молекул, чем для создания обонятельного ощущения. Очень высока чувствительность зрительного и слухового анализатора. Человеческий глаз, как показали опыты С.И.Вавилова (1891—1951), способен видеть свет при попадании на сетчатку всего 2-8 квантов лучистой энергии. Это значит, что мы способны были бы видеть в полной темноте горящую свечу на расстоянии до 27 километров. В то же время, для того чтобы мы ощутили прикосновение, необходимо в 100–10000000 раз больше энергии, чем при зрительных или слуховых ощущениях.

Для каждого  вида ощущений существуют свои пороги. Некоторые из них в представлены в таблице 2.

Таблица 2

Средние значения абсолютных порогов возникновения  ощущений для разных органов чувств человека

Абсолютная  чувствительность анализатора характеризуется  не только нижним, но и верхним порогом  ощущения. Верхним абсолютным порогом чувствительности называется максимальная сила раздражителя, при которой еще возникает адекватное действующему раздражителю ощущение. Дальнейшее увеличение силы раздражителей, действующих на наши рецепторы, вызывает в них лишь болевое ощущение (например, сверхгромкий звук, слепящий свет).

Величина  абсолютных порогов,  – как нижнего, так и верхнего, – изменяется в зависимости от различных условий: характера деятельности и возраста человека, функционального состояния рецептора, силы и длительности раздражения и т.п. Ощущение возникает не сразу, как только нужный стимул начал действовать. Между началом действия раздражителя и появлением ощущения проходит определенное время. Оно называется латентным периодом. Латентный (временной) период ощущения – время от начала действия раздражителя до возникновения ощущения. Во время латентного периода происходит преобразование энергии воздействующих стимулов в нервные импульсы, их прохождение по специфическим и неспецифическим структурам нервной системы, переключение с одного уровня нервной системы на другой. По длительности латентного периода можно судить об афферентных структурах центральной нервной системы, через которые, прежде чем попасть в кору головного мозга, проходят нервные импульсы. С помощью органов чувств мы можем не только констатировать наличие или отсутствие того или иного раздражителя, но и различать раздражители по их силе и качеству. Минимальное различие между двумя раздражителями, вызывающее едва заметное различие ощущений, называется порогом различения, или разностным порогом. Немецкий физиолог Э. Вебер (1795-1878), проверяя способность человека определять более тяжелый из двух предметов в правой и левой руке, установил, что разностная чувствительность относительна, а не абсолютна. Это значит, что отношение добавочного раздражителя к основному должно быть величиной постоянной. Так, если на руке лежит груз в 100 граммов, то для возникновения едва заметного ощущения увеличения веса необходимо добавить около 3,4 грамма. Если же вес груза составляет 1000 граммов, то для возникновения ощущения едва заметного различия нужно добавить около 33,3 грамма. Таким образом, чем больше величина первоначального раздражителя, тем больше должна быть и прибавка к ней. С разностным порогом связан и оперативный порог различимости сигналов – та величина различия между сигналами, при которой точность и скорость различения достигают максимума. Порог различения для различных органов чувств различен, но для одного и того же анализатора он представляет собой постоянную величину. Для зрительного анализатора эта величина представляет собой отношение приблизительно 1/100, для слухового - 1/10, для тактильного - 1/30. Экспериментальная проверка этого положения показала, что оно справедливо только для раздражителей средней силы. Сама постоянная величина, выражающая отношение того приращения раздражителя к его исходному уровню, которое вызывает ощущение минимального изменения раздражителя, получила название константы Вебера. Ее значения для некоторых органов чувств человека приведены в таблице 3.

Таблица 3

Значение  константы Вебера для разных органов  чувств

Этот  закон постоянства величины приращения раздражителя был установлен, независимо друг от друга, французским ученым  П.  Бугером и немецким ученым  Э.  Вебером и получил название закона Бугера-Вебера. Закон Бугера-Вебера – психофизический закон, выражающий постоянство отношения приращения величины раздражителя, породившего едва заметное изменение силы ощущения к его исходной величине:

DI / I = К,

где:  I - исходная величина раздражителя, DI — его приращение, К - константа.

Другая  выявленная закономерность ощущений связана  с именем немецкого физика Г. Фехнера (1801-1887). Из-за  частичной слепоты, вызванной наблюдением за солнцем, он занялся изучением ощущений. В центре его внимания – давно известный факт различий между ощущениями в зависимости от того, какова была первоначальная величина вызывающих их раздражителей. Г. Фехнер обратил внимание на то, что подобные эксперименты за четверть века до этого проводил Э. Вебер, который ввел понятие “едва заметного различия между ощущениями”. Оно не всегда одинаково для всех видов ощущений. Так появилось представление о порогах ощущений, то есть о величине раздражителя, вызывающего или меняющего ощущение. Исследуя зависимость, которая существует между изменениями силы воздействующих на органы чувств человека раздражителей и соответствующими изменениями величины ощущений и, учитывая экспериментальные данные Вебера, Г. Фехнер выразил зависимость интенсивности ощущений от силы раздражителя следующей формулой:

S = K lg J + C,

где: S - интенсивность ощущения, J - сила раздражителя, K и С - константы.

Согласно  этому положению, которое носит  название основного психофизического закона, интенсивность ощущения пропорциональна логарифму силы раздражителя. Иначе говоря, при возрастании силы раздражителя в геометрической прогрессии интенсивность ощущения увеличивается в арифметической прогрессии. Это отношение получило название закона Вебера-Фехнера, а книга Г. Фехнера “Основы психофизики” имела ключевое значение для развития психологии как самостоятельной экспериментальной науки.

Существует  также и закон Стивенса - один из вариантов основного психофизического закона, предполагающий наличие не логарифмической, а степенной функциональной зависимости между величиной стимула и силой ощущения: