Чувствительность — способность реагиро­вать на сигнальные раздражения.

 

Усложнение психики и увеличение приспособительных возможностей прямо связано с развитием в ходе эволюции нервной системы. Существует прямая зависимость между уровнем развития нервной системы живого существа и сложностью его взаимодействия с внешним миром (Гаврилов В., 1997). В опытах рыб и обезьян учили различать геометрические фигуры. Оказалось, что рыбы не хуже, чем обезьяны, могут учиться отличать квадрат от треугольника — они быстро плывут к той картинке, около которой им нужно дернуть за бусинку, чтобы получить награду (корм). Но если экспериментатор изменял цвет геометрической фигуры с черного на красный, то все обучение нужно было начинать сначала. Для рыбы черный и красный квадраты — это совершенно разные фигуры! Для собаки же все квадраты объединены в класс «квадрат», все треугольники — в класс «треугольник». Даже щенок, который едва научился ходить, так же хорошо различает фигуры, как и взрослая собака. Строение мозга у рыбы и собаки отличается весьма существенно — мозг собаки имеет борозды, извилины и кору, мозг рыбы остановился на уровне промежуточных структур (рис. 3-1).

 

 

Нервная система прошла в своем раз­витии путь от сети, волокна которой со­единяют чувствительные клетки с сокра­тительной тканью, до сверхсложной структуры мозга современного человеке (Вилли К., 1966). Наиболее древней яв­ляется сетевидная нервная система (рис 3-2, а). Этот тип нервной системы имеют кишечнополостные животные, например гидра. Возбуждение «разбегается» по нервной системе гидры во всех направле­ниях. Поэтому реакции ее неточные, как бы приблизительные. Если уколоть ее щупальце иглой, она вся сожмется, тогда как более развитое животное могло бы просто отдернуть щупальце. Сетевидная не­рвная система обеспечивала ответ живого существа без всяких альтернатив, а более сложный вариант предусматривал «выбор» ответа, потому что связь чувствительных клеток с сократительной тканью про­исходила через специализированные двигательные клетки. Такова, например, не­рвная система медузы, у которой в зависимости от локализации раздражения и его силы, по-видимому, возможна и градация ответной реакции.

Более сложная нервная система — узловая (рис. 3-2, б). Нервные узлы располага­ются в основном на головном конце тела животного. Узловая нервная система возни­кает уже у плоских червей. Возбуждение у них передается уже не во все стороны, а в определенном направлении. Это дает выигрыш в быстроте и точности ответных ре­акций.

И наконец, наиболее сложным уровнем развития нервной системы является мозг — объединение многих слившихся нервных узлов (рис. 3-2, в). У млекопитающих, в осо­бенности у человека, развитие мозга достигает самой высокой ступени (рис. 3-1).

Формирование органов чувств. Мы живем в мире, границы которого определя­ются возможностями наших органов чувств. Например, существуют звуки, лежащие за пределами возможностей нашего слуха, или же недоступные нашему восприятию запахи и световые лучи. Сенсорные системы человека сформировались в процессе филогенеза. Чтобы понять особенности их функционирования, рассмотрим эволю­цию органов чувств на примере зрения.

Для человека зрение — самое важное чувство, мы даже мыслим зрительными об­разами и не в состоянии наглядно представить, как можно воспринимать мир на ос­нове звуков, подобно летучей мыши, или запахов, подобно собаке. Причину такой зависимости от зрения, по-видимому, нужно искать в истории происхождения человека.

Реакция на свет обнаружена уже у одноклеточных. На самой ранней стадии раз­вития психики органы чувствительности живых существ постепенно начинают диф­ференцироваться, обособляться от остальных тканей тела и формировать особые об­ласти. Например, у низших животных имеются клетки, служащие чувствительными к свету рецепторами. Они способны различать лишь свет и тьму. Эти клетки могут быть рассеяны по всей коже или группироваться, чаще всего выстилая впадины или углубления, которые дали начало настоящему глазу, создающему изображение. Простейший вид opraна зрения мы встречаем у дождевого червя. Весьма вероятно, что фоторецепторы первоначально скрывались в углублениях, потому что там они оказывались защищенными от яркого света, который уменьшал способность улавливать движущую тень, предупреждающую об опасности. По этой причине чувствительность к изменению уровня освещенности была выражена весьма слабо (чувствительность клеток достигается тем, что они содержат зерна светочувствительных пигментов, так что под влиянием изменения светового потока в этих веществах начинают происходить биохимические реакции — они начинают выцветать). Однако даже такой примитивный «глаз» в корне изменяет жизнь живого существа — изменился уровень освещения, значит, во внешнем мире что-то произошло, например, появился враг, от которого упала тень, или же, наоборот, появилась пища, за которой нужно начинать охоту. Иными словами, это — сигнал, и животное должно ответить на него адекватно. Таким образом возникает поведение, которое должно быть эффективным, чтобы выжить. А поведение, как замечательно сказал зоопсихолог Н. Тинберген, эффективно, если оно «возникает в нужный момент и в нужном месте» (Тинберген Н., 1969).

Повсюду в животном мире в основе восприятия света лежит один и тот же процесс — в рецепторах при помощи химической реакции энергия света трансформируется в электрическую. Эффективность работы достигается при помощи различных вспомогательных приспособлений — хрусталика, радужки, зрачка, мышц. Центральный процесс — восприятие света — осуществляется высокоспециализированными клетками, которые называются фоторецепторами. Интересно, что даже внешнее устройство глаза позволяет получать различающиеся по характеристикам качества «картинки». И это на первом этапе создания зрительного образа, когда сетчатка еще не приступила к таинству создания «внутреннего» изображения и работает как фотокамера! Сложнейшие внутренние связи нервных клеток на высших ступенях обработки зрительной информации, по-видимому, создают еще более разнообразные зрительные миры.

 

 

Эксперименты показывают, что каждый нейрон зрительной системы имеет на сетчатке свое представительство в виде рецептивного поля. Нейроны каждого ypoвня зрительной системы имеют характерную структуру рецептивных полей, а таких уровней у высших животных не менее трех: сетчатка, латеральное коленчатое тело (структура среднего мозга) и зрительная кора.

 

Рецептивные поля ганглиозных клеток имеют концентрическую форму и состоят из зон возбуждения и торможения. Кортикальные нейроны «замечают» только тем­ные или светлые полоски, имеющие определенный наклон. Рецепторы сетчатки под­ключены к клетке коры мозга через множество промежуточных клеток, так что ко­нечная клетка реагирует на элементарное изображение — выделяет его. Д. Хьюбел и Т. Визел ввели в зрительные области головного мозга кошки микроэлектрод диамет­ром около 0,001 мм. Им удалось обнаружить в зрительной коре нейроны, к которым сходилась информация от многих тысяч фоторецепторов сетчатки (Хьюбел Д., 1990). Эти нейроны имели рецептивные поля, которые получили названия «простые», «сложные» и «сверхсложные». Зрительные объекты (вернее, их элементы), попада­ющие в рецептивное поле нейрона, вызывают его максимальный ответ в виде нервных импульсов только в том случае, если их характеристики соответствуют «требовани­ям» нейрона. Например, простые поля адекватны полоскам, имеющим определенный угол наклона и расположение (рис. 3-3). «Сверхсложные» поля выделяют не просто линии, а линии строго определенной длины.

Фактически во всем диапазоне углов наклона линии от 0 ° до 180 ° были обнаруже­ны специфические нейроны, имевшие для идентификации этих линий рецептивные поля с определенной организацией возбудительных и тормозных областей. Напри­мер, существуют поля, которые «видят» только горизонтальную линию, движущуюся вверх-вниз, а на вертикальную, гуляющую вправо-влево, не реагируют. Зрительных кортикальных нейронов с рецептивными полями разной сложности насчитываются тысячи, сотни тысяч и миллионы. Их рецептивные поля перекрывают друг друга и позволяют зрительному аппарату с помощью одних и тех же рецепторов оценивать и элементы контура, и яркость, и цвет, причем могут делать это сразу по всему полю зрения. В области наиболее четкой видимости — в центральной ямке сетчатки — сосре­доточены поля формы. Ближе к краям — поля яркости и движения, так что даже боковым зрением удается заметить мчащийся автомобиль или вспыхнувший фонарь. Эти рецептивные поля обнаружены у всех млекопитающих, на которых были проведены эксперименты, — у кошек, обезьян, кроликов, сусликов, бурундуков.

Исследователи, изучая рецептивные поля, показывали животным всевозможные линии и кружочки: большие и маленькие, горизонтальные, вертикальные, наклонные, черные, белые и цветные. В зрительной коре всегда отыскивался нейрон, который реагировал только на эту линию и ни на какую другую. Интересно, что клетки настроенных на выделение какой-то определенной линии, можно было обнаружить множество: для этого требовалось продвигать микроэлектрод строго перпендикулярно к поверхности коры, и такие клетки встречались одна за другой. Так в опытах были найдены колонки зрительной коры, которые образованы нейронами, имеющими пустые и сложные рецептивные поля одинаковой ориентации. В дальнейшем oбoбщение этих результатотв привело к формулированию принципа колонковой организации зрительной коры (Хьюбел Д., 1990). Некоторые нейроны отвечали только при действии объекта сразу на два глаза — это нейроны бинокулярно управляемые. Часть таких клеток обеспечивает стереоскопическое зрение.

Интересно, что у некоторых существ функцию различения света и темноты выполняет эндокринная железа. Это — перерожденный «третий глаз». У позвоночных этот орган существует только как эпифиз, или шишковидное тело, внутри мозга. Вес эпифиза взрослого человека равен 100-200 мг и по форме напоминает сосновую шишку. С прошлого столетия началось гистологическое изучение эпифиза. Оказалось, многие черты этой железы позволяют считать ее атрофированным органом зрения. В развитом виде третий, или теменной, глаз есть только у ящериц, однако показано, что и у других животных эпифиз реагирует на свет. Если головастика подержать в темноте 30 мин, он резко посветлеет, но если предварительно удалить у него эпифиз, цвет животного не изменится.

Современные исследования дают повод предположить участие эпифиза в биологических часах организма,так как получены данные, демонстрирующие влияние уровня освещенности на его активность (Блум Ф., Лайзерсон Л., Хофстедтер Л., 1988). Например, у птиц восприятие света осуществляется как через глаза, так и прямо через череп именно благодаря эпифизу. (Эпифиз, удаленный у курицы и помещен в чашку Петри, реагирует на изменение освещенности.) Оказывается, в эпифизе исходит превращение серотонина в гормонмелатонин, а это именно то вещество которое связано с учетом времени и световыми циклами.