Системы восприятия человеком состояния среды обитания. Органы чувств

Датчиками анализаторов являются специальные окончания нервных волокон, называемые рецепторами, которые преобразуют внешнюю энергию различных видов раздражителей в особую активность нервной системы. Часть из них воспринимает изменения в окружающей среде (экстероцепторы), а другая часть - во внутренней среде нашего организма - интероцепторы.

В зависимости от природы раздражителя, на который они настроены, рецепторы подразделятся на:

- механорецепторы, к ним относятся слуховые, вестибулярные, гравитационные, тактильные рецепторы кожи и опорно-двигательного аппарата, барорецепторы сердечно-сосудистой системы;

- терморецепторы, воспринимающие температурные изменения как внутри организма, так и окружающей организм среде, они объединяют рецепторы кожи и внутренних органов, а также центральные термочувствительные нейроны в коре мозга;

- хеморецепторы, реагирующие на воздействие химических веществ, к ним относятся

-рецепторы вкуса и обоняния, сосудистые и тканевые рецепторы (например, глюкорецепторы, реагирующие на изменение уровня сахара в крови);

- фоторецепторы, настроенные на восприятие света;

- болевые рецепторы, объединяются в особую группу, так как они могут возбуждаться механическими, химическими, электрическими и температурными раздражителями.

По характеру вызываемых у человека ощущений различают зрительные, слуховые, обонятельные, осязательные рецепторы, рецепторы боли, рецепторы положения тела в пространстве. Чаще всего рецепторы представляют собой клетку, снабженную подвижными волосками или ресничками (подвижными антеннами), обеспечивающими чувствительность рецепторов.

Информация, полученная рецепторами, передается по нервным путям в центральные отделы головного мозга для переработки и принятия решения и только затем направляется к соответствующим исполнительным органам. Иногда поступающая информация сразу направляется с рецептора на исполнительные органы, минуя центральную нервную систему (ЦНС). Такой принцип передачи информации заложен в основу многих безусловных рефлексов (врожденных, наследственно передающихся). Например, сокращение мышц конечностей, раздражаемых электрическим током, теплотой или химическими веществами, приводит к отстранению конечности от раздражителя. Совокупность нескольких безусловных рефлексов составляет инстинкт.

Условные рефлексы непостоянны, вырабатываются на базе безусловных и формируются на основе приобретенного опыта, при длительном воздействии раздражителя.

Человек обладает рядом органов чувств, обеспечивающих восприятие действующих на организм раздражителей из окружающей среды. К ним относятся органы зрения, слуха, обоняния, вкуса и осязания. Не надо смешивать понятие «орган чувств» и «рецептор», воспринимающий раздражение. Например, глаз -это орган зрения, а сетчатка--фоторецептор, один из важных компонентов органа зрения. Кроме сетчатки, в состав органа зрения входят оптические среды глаза, различные его оболочки, мышечный аппарат. Понятие «орган чувств» является весьма условным, так как он сам по себе не может обеспечить ощущение. Для возникновения субъективного ощущения необходимо, чтобы возбуждение, возникшее в рецепторах, поступило в ЦНС - специальные отделы коры больших полушарий.

Органы зрения играют исключительно важную роль в жизни человека. Благодаря зрению мы познаем форму, величину, цвет предмета, направление и расстояние, на котором он находится. Зрительный анализатор - это глаза, зрительные нервы и зрительный центр, располагающийся в затылочной доле коры головного мозга.

Глаз - это сложная оптическая система. Глазное яблоко имеет форму шара с тремя оболочками: наружная, называется склерой, а ее передняя прозрачная часть - роговицей. Внутрь от склеры расположена вторая - сосудистая оболочка. Ее передняя часть, лежащая за роговицей, называется радужкой, в центре которой имеется отверстие - зрачок. Позади радужной оболочки, напротив зрачка, расположен хрусталик, который можно сравнить с двояковыпуклой линзой.

За хрусталиком, заполняя всю полость глаза, находится стекловидное тело.

Лучи света, попадая в глаз, проходят через роговицу, хрусталик и стекловидное тело, т. е. через три преломляющие, оптические, прозрачные среды и попадают на внутреннюю оболочку глаза - сетчатку. Она выстилает только заднюю половину глаза, в ней находятся светочувствительные рецепторы -палочки (130 млн. шт.) и колбочки (7 млн. шт.). Функции палочек и колбочек различны. Колбочки обеспечивают так называемое «дневное» зрение, они позволяют четко различать мелкие детали. Цветное зрение осуществляется исключительно через колбочки. Палочки цвета не воспринимают и дают черно-белое изображение.

Свет, попавший в глаз, воздействует на фотохимическое вещество палочек и колбочек и разлагает его. При определенной концентрации продукты распада раздражают нервные окончания, расположенные в палочках и колбочках. Возникающие при этом импульсы по волокнам зрительного нерва поступают в головной мозг, и мы видим цвет, форму и величину предметов.

Глаз чувствителен к видимому диапазону спектра электромагнитных колебаний (380...770 нм), что соответствует восприятию цвета, начиная с фиолетового до красного.

Слух- способность организма воспринимать и различать звуковые колебания, которая осуществляется слуховым анализатором. Человеческому уху доступна область звуков, т. е. механических колебаний с частотой от 16 до 20000 Гц. Граница слышимости в отдельных случаях может быть шире, до 25 000 Гц.

Ухо- орган слуха представляет собой воспринимающую часть звукового анализатора. Оно имеет три отдела: наружное, среднее и внутреннее ухо. Наружное ухо состоит из ушной раковины и наружного слухового прохода, затянутого упругой барабанной перепонкой, отделяющей среднее ухо. Ушная раковина и слуховой проход служат для улучшения приема высоких частот. Они способны усиливать звук с частотой от 2000 до 5000 Гц на 10...20 дБ и это определяет повышенную опасность звуков указанного диапазона частот.

В полости среднего уха находятся так называемые слуховые косточки: молоточек, наковальня и стремечко, связанные между собой. Они передают звуковые колебания от барабанной перепонки во внутреннее ухо, где находится кортиев орган, воспринимающий звук. Среднее ухо сообщается с носоглоткой с помощью евстахиевой трубы, по которой во время глотания воздух проходит в полость среднего уха для выравнивания давления.

Внутреннее ухо имеет наиболее сложное строение. Оно состоит из трех частей: мешочков преддверия, улитки и трех полукружных каналов. Улитка, в которой располагается кортиев орган, воспринимает звуковые сигналы, а мешочки преддверия и полукружные каналы - раздражений, возникающие от перемены положения тела в пространстве.

Звуковые волны попадают в слуховой проход, приводят в движение барабанную перепонку и через цепь слуховых косточек передаются в полость улитки внутреннего уха. Колебания жидкости в канале улитки передаются волокнам основной перепонки кортиева органа в резонанс тем звукам, которые поступают в ухо. Нервный импульс, возникающий при этом, передается в соответствующий отдел головного мозга, где синтезируется соответствующее слуховое представление.

Ухо воспринимает далеко не все звуки окружающей среды. Звуки, близкие к верхнему и нижнему пределам слышимости, вызывают слуховое ощущение лишь при большой интенсивности и поэтому обычно почти не слышны. Очень интенсивные шумы могут вызвать боль в ухе и даже повредить слух.

Обоняние- способность воспринимать запахи, осуществляется благодаря обонятельному анализатору, рецепторами которого являются нервные клетки, расположенные в слизистой оболочке носа. Эти клетки преобразуют энергию раздражителя в нервное возбуждение и передают его обонятельному центру. Для этого требуется непосредственный контакт рецептора, с молекулой пахучего вещества. Эти моле-, осаждаясь на небольшом участке мембраны обонятельного рецептора, вызывают местное изменение ее проницаемости для отдельных ионов. В результате развивается рецепторный потенциал - начальный этап нервного возбуждения. Человек обладает различной чувствительностью к пахучим веществам, к некоторым веществам она особенно высокая. Например, этилмеркаптан ощущается при его содержании в количестве, равном 0,00019 мг и 1 л воздуха. Полный диапазон воспринимаемых концентраций может охватывать 12 порядков.

При длительном действии пахучих веществ чувствительность к запаху снижается, причем настолько, что человек перестает его ощущать, даже если это очень неприятный запах, например, сероводород. Когда запахи отсутствуют, чувствительность восстанавливается. Некоторые запахи могут подавлять другие, сливаться с ними, компенсировать друг друга. Однако механизм их действия до конца пока не раскрыт.

Запахи способны вызывать отвращение к пище, обострять чувствительность нервной системы, способствовать состоянию подавленности, повышенной раздражительности. Сероводород, бензин и другие вещества могут вызвать отрицательные реакции вплоть да тошноты, рвоты, обморока. Например, обнаружено, что запах бензола, и герантиола обостряет слух, а индол притупляет слуховое восприятие, запахи пиридина и толуола обостряют зрительную функцию в сумерках, запах камфары повышает чувствительность зрения к зеленому цвету, снижает - к красному.

Вкус - ощущение, возникающее при воздействии некоторых раздражителей на определенные рецепторы, расположенные на поверхности языка. Вкусовое ощущение формируется из восприятия четырех основных видов вкуса - кислого, соленого, сладкого и горького; вариации вкуса складываются из комбинации основных перечисленных ощущений. Различные участки языка имеют неодинаковую чувствительность к вкусовым веществам: кончик языка более чувствителен к сладкому, края языка - к кислому, кончик и края - к соленому и корень языка наиболее чувствителен к горькому. Установить достаточно строгое соответствие вкуса с химической или физической характеристикой вещества пока не удается. Однако известно, что кислый вкус представлен в основном кислотами. Соленым в чистом виде является только хлорид натрия - поваренная соль, никакие другие хлориды или натриевые соединения не дают такого ощущения. Сладкими являются сахара, спирты, альдегиды, кетоны, амиды, эфиры, аминокислоты, а также некоторые соли бериллия и свинца. Горьким вкусом обладают самые разнообразные вещества- это соли калия, магния, аммония, некоторые органические соединения--хинин, кофеин, никотин и др.

Механизм восприятия вкусовых веществ определяется специфическими химическими реакциями на границе вещество - вкусовой рецептор. Вкусовые луковицы, в состав которых входят рецепторы, расположены на сосочках языка и в значительно меньших количествах в слизистой неба, глотки, гортани, миндалин. Вкусовые рецепторы живут недолго, меняя при этом и место расположения, и нервные связи, и форму, и свойства. Очень важным условием возникновения ощущения является растворение вкусового вещества на поверхности языка. Интересным представляется явление вкусового контраста, заключающегося в усилении одних вкусовых ощущений после действия других. Например, вкус сладкого вещества становится го-раздо интенсивнее, если перед этим во рту было что-то соленое, а сладкое повышает чувствительность к кислому. Горечи обостряют чувствительность практически ко всем другим веществам.

Осязание- сложное ощущение, возникающее при раздражении рецепторов кожи, слизистых оболочек и мышечно-суставного аппарата. Основная роль в осязании принадлежит тактильной чувствительности - прикосновению и давлению.

Кожа - внешний покров тела, представляющий собой самый большой орган с очень сложным строением, который выполняет ряд важных жизненных функций. Кожа защищает организм от вредных внешних воздействий, выполняет рецепторную, секреторную, обменную функции, играет значительную роль в терморегуляции и др.

В коже выделяют три слоя: наружный (эпителиальный -эпидермис), средний, состоящий из соединительной ткани (собственно кожа - дерма) и внутренний --подкожная жировая клетчатка. В коже расположено большое число кровеносных и лимфатических сосудов, а также многочисленных пронизывающих дерму нервных волокон.

Одной из основных функций кожи является защитная, т. е. кожа - орган защиты. Так, растяжение, давление, ушибы обезвреживаются упругой жировой подстилкой и эластичностью кожи. Нормальный - роговой слой предохраняет глубокие слои кожи от высыхания и весьма устойчив по отношению к различным химическим веществам. Пигмент меланин, поглощающий ультрафиолетовые лучи, предохраняет кожу от воздействия солнечного света. Большое значение имеют стерилизующие свойства кожи и устойчивость к различным микробам; неповрежденный роговой слой непроницаем для инфекций, а кожное сало и пот создают кислую среду с рН5,5, неблагоприятную для многих микробов. Окисление происходит в роговом слое, поэтому так важен достаточный приток кислорода для профилактики кожных заболеваний. Кожа «дышит», например, если покрыть человека лаком, он начинает задыхаться.

Важной функцией кожи является ее участие в терморегуляции (поддержании нормальной температуры тела), так как 80 % всей теплоотдачи организма осуществляется кожей. При высокой температуре внешней среды кровеносные сосуды кожи расширяются и теплоотдача конвекцией усиливается. При низкой температуре - сосуды суживаются, кожа бледнеет, теплоотдача снижается. Секреторная функция обеспечивается сальными и потовыми железами. С кожным салом могут выделяться некоторые лекарственные вещества (йод, бром), продукты промежуточного обмена веществ, микробных токсинов и эндогенных ядов.

Обменная функция кожи заключается в участии в процессах регуляции общего обмена веществ в организме, особенно водного, минерального и углеводного. Ниже приведены максимальные скорости передачи информации, принимаемой человеком с помощью различных органов чувств в кору больших полушарий головного мозга.