Измерительные преобразователи и информационные поля

Измерение физических величин в биодатчиках осуществляется с огромной информационной избыточностью за счет использования множества первичных преобразователей: от нескольких десятков у примитивных животных до десятков миллионов у млекопитающих. Первичными измерительными преобразователями (ИП) являются рецепторные клетки. Они воспринимают изменения, происходящие с чувствительным элементом под действием измеряемой физической величины, и преобразуют их в экви­валентный нормированный сигнал биотока частотно-импульсной модуляции. Большинство рецепторов у разных видов животных имеет принципиально одинаковое строение.

В качестве примера рассмотрим строение наиболее распространенных в живых организмах ИП - механорецепторов, которые преобразуют перемещения чувствительного элемента в биотоки (рис. 9). Такие рецепторы имеются во всех биодатчиках вестибулярного аппарата, в слуховом, тактильном и проприоцепторном анализаторах. Механорецептор имеют один упругий чувствительный волосок и 40..50 опорных волосков. Упругий волосок длинный, обладает высокой чувствительностью к растяжениям, а его конец прикрепляется к чувствительному элементу биодатчика, воспринимающему внешнее воздействие. Опорные волоски выходят пучком и распола­гаются в 6...7 параллельных рядов.

а) б)

Рис. 9. Строение первичных измерительных преобразователей (механорецепторов).

Направ­ление измерительной оси механорецептора определяется взаимным расположением упругого и опорных волосков. В одних рецепторах упругий волосок располагается на периферии пучка опорных волосков, вследствие чего такие рецепторы способны реагировать только на строго определенное направление смещения чувствительного элемента. В других рецеп­торах упругий волосок проходит внутри пучка опорных волосков и может растяги­ваться при любых направлениях смещения чувствительного элемента.

Чувствительность рецепторов к измеряемому воздействию определяется количеством и размерами опорных волосков в пучке. ИП направленного действия обладают чрезвычайно высокой чувствительностью, а ИП ненаправленного дей­ствия имеют меньшую чувствительность.

Во всех органах чувств у всех видов живых существ одновременно используются не­сколько видов рецепторов, которые отличаются формой и динамическими свойст­вами. Наиболее часто встречается два вида ИП: первые, имеющие форму колбочки, генерируют пропорциональные сигналы в течение всего времени действия раздражите­ля (усилительными ИП). Рецепторы второго вида имеют цилиндрическую форму и реа­гируют только на изменение уровня входного воздействия (адаптивные ИП). Исследование структуры нервных путей биодатчиков показывает, что нервные волокна, идущие от клеток первого и вто­рого вида, в различных комбинациях объединяются в узлы, где осуществляется первич­ная обработка информации.

Рецепторы в биодатчиках распределяется не случайным образом, а образуют строго определенную структуру, то есть каждый биологический измеритель об­ладает информационным полем, в котором плотность распределения ре­цепторов, ориентация их осей чувствительности и характеристики преобразования опре­деляются условиями обитания животного, характером его перемещений в пространстве, способами добывания пищи и другими особенностями, то есть, обусловлены спецификой решаемой задачи информационного обеспечения.

Нервные волокна, идущие от рецепторов, в различных комбинациях объединяются в отдельных нейронах или нейронных узлах, вследствие чего образуются нейронные сети биодатчиков, в кото­рых осуществляется первичная обработка измерительной информации.