Биологические ИИК беспозвоночных животных.

Паукообразные. Паукообразные – небольшие беспозвоночные животные, ползающие по земле и растениям, а значит решающие задачи пространственной ориентации на плоскости. В биоИК этих животных динамические параметры определяют инерциальные биодатчики и развитая сеть проприоцепторов. Счисление пути эти животные, по-видимому, осуществляют путем измерения длины шага и их числа.

Оптический обзор местности для паукообразных затруднен, поскольку неров­ности рельефа, растительность и другие преграды являются существенной по­мехой для светового излучения. В качестве ОСС они используют геоакустиче­ские органы, приемники которых расположены на их восьми ногах. Вследствие этого паук “видит” объект только в том случае, если он издает аку­стические сигналы. Поэтому поиск до­бычи продолжается в несколько этапов, каждому из кото­рых обязательно предшествует период неподвижности, немедленно нарушаю­щийся при новом колебании песка "под ногами" жертвы.

Способность этих животных во время “пауз” держать направление на цель говорит о нали­чии “памяти” в их биоИК, что возможно при существовании в мозге животного хоть и примитивной, но модели воспринимаемого пространства и отражения в ней относительного расположения цели. Для построения такой модели необходима совместная обработка сигналов инерциальных и геоакустических органов чувств.

Плавающие кишечнополостные. Животные этого типа, как правило, ведут стационарный образ жизни, однако среди них есть и довольно подвижные хищные животные, активно пла­вающие в толще воды – медузы. Отличительной особенностью этих животных является то, что у них отсутствуют органы зрения, слуха и обоняния, однако они ориентируются в трехмерном пространстве: выполняют целенаправленные перемещения на значительные расстояния как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях, распознают объекты, спасаются от врагов, ловят добычу, дистанционно контролируют изменения окружающих условий, при приближении шторма заблаговременно уходят вглубь океана и совершают другие действия. Для решения этих задач у них также существует биоИК, выполняющий функции пространственной ориентации и управления. Этот комплекс включает проприоцепторы и тактильные датчики, измеряющие силовые воздействия мышц, воды и окружающих объектов, а также особенную инерциальную систему, определяющую не только динамические параметры движения, но и обеспечивающую обзор водного пространства.

Инерциальная система медуз состоит из множества инерциальных датчиков маятникового типа, равномерно распределенных по краю ее тела-зонтика (рис. 33). Рецепторы этих датчиков, как и в органах чувств других животных, имеют разные функции преобразования: одни из них реагируют на статические отклонения маятника, другие – на скорость измене­ния его положения, третьи – на его вибрацию. Нервная система медузы анализ измерительной информации, содержит элементы памяти и программного управления поведением животного.

Измерение статических отклонений маятников и их сравнение дает возможность живот­ному определить: направление вертикали и углы поворота тела относительно нее, линейную скорость движения относительно воды, а также угловые скорость и ускорение тела.

Рис. 33. Определение параметров движений в биоИК медузы.

Чувствительность рецепторов к вибрациям маятников позволяет животному осуществлять гидроакустическую пеленга­цию движущихся объектов. Любой плывущий объект создает перед собой сферическую волну, которая вызывает колебания маятников. Амплитуды, фа­зовые сдвиги и отклонения маятников, возникающие под действием колебаний окружающей воды, зависят от вида объекта, направления его движения и по­ложения относительно медузы. С помощью инерциальных датчиков медузы осу­ществляют также распознавание гидроакустических колебаний. Эта функция обеспечивается различиями их резонансных частот.

Таким образом, распределенная система инерциальных датчиков обеспечивает животного информацией о динамических параметрах дви­жения тела, а также заменяет ему обзорно-сравнительную систему. Избыток инерциальной информации позволяет животному решать все задачи жизнеобеспечения при весьма ограниченном составе органов чувств.

Летающие насекомые. Эти животные обладают высокой маневренностью и совер­шают движения в воздушном пространстве, поэтому имеют совершенные и сверхминиатюрные биоИК. Отметим отличительные особенности информационного обеспечения летающих насекомых:

· горизонтальная система координат моделируется маятниковой курсовертикалью, в качестве которой используется собственное тело, подве­шенное на крыльях, а направление в азимуте задают жужальца; эти датчики также снабжают животное информацией об углах и угловых скоростях пово­ротов тела, о величине и направле­нии результирующей активных сил;

· динамические параметры движения измеряются аэродинамическими органами чувств, воспринимающими силу скоростного напора воздуха в полете, а также развитой структурой про­приоцепторов, определяющих силы действия собственных мышц;

· для обзорно-сравнитель­ных измерений насекомые, летающие в дневное время суток, используют развитые органы зрения, которые обеспе­чивают большой обзор местности в полете, коррекцию погрешностей воз­душного счисления пути и определе­ние скорости движения относительно земной поверхности;

· в качестве дополнительных измерителей, расширяющих возможности про­странственной ориентировки и корректирующих базовое ядро ИК, эти животные применяют позиционные датчики, использующие поляризо­ванный света, химические сигналы и электродинамические “приводные маяки”.

Жесткая фиксация органов зрения относительно головы и тела насекомого существенно упрощает задачу преобразования видимой картины из связанной системы координат в горизонтальную, так как ориентация измери­тельных осей омматидий относительно направления маятника курсовертикали сохраняется постоянной в течение всей жизни насекомого.

Нейронные цепи и ядра мозга животного осуществляют преобразование сиг­налов, фильтрацию динамических ошибок, сравнение и анализ измерительной информации, а также содержат элементы памяти и программного управления его поведением.

Таким образом, летающие насекомые обладают весьма развитым биоИК, обеспечивающим измерение всех динамических и кине­матических параметров, необходимых для простран­ственной ориентации в условиях длительного полета. Из-за малых размеров тел насекомых их органы чувств размещены снаружи тела, отличаются высокой прочностью, простотой и миниа­тюрностью конструктивных элементов, малыми массой и габаритными разме­рами и обес­печивают достаточную точность измерений.

Позвоночные животные обладают наиболее развитыми и сложно организованными органами чувств и нервной системой. В отличие от других видов животных у них инерциальные биодатчики достигли высокого совершенства и сосредоточены в отдельном органе чувств – в вестибулярном аппарате. Птицы и млекопитающие имеют кору головного мозга, где осуществляется сложная обработка измерительной информации.

Органы чувств этих животных можно условно разделить на три группы: силовые, скоростные и ориентационные.

Силовые органы чувств воспринимают действие только активных сил. В отличие от техниче­ского ком­плекса в биоИК позвоночных они измеряются не одним, а несколькими раз­личными способами:

· вестибулярный анализатор реализует инерциальные измерения результи­рующего вектора активных сил и моментов;

· проприоцепторный анализатор обеспечивает организм информацией о ве­личине вектора силы мускульной “тяги”, за счет которой животное дви­жется поступательно, и мускульных моментов, вызывающих вращение его тела вокруг центра масс;

· вибриссный (у млекопитающих и птиц) или гидродинамический (у рыб, ам­фибий и рептилий) анализаторы измеряют вектор силы сопротивле­ния среды.

Скоростные органы чувств животных определяют векторы линейных и угловых скоростей движения тела относительно инерциального пространства, окружающей среды и поверх­ности Земли, используя для этого различные способы измерения.

Информация об инерциальных уг­ловой и линейной скоростях движения тела получается путем интегри­рования выходных сигналов вестибулярных датчиков, о чем свидетельствуют результаты исследований. Скорость движения относительно среды обитания определяется с помощью вибрисс­ного или гидродинамического анализаторов по величине силы сопротивления воздушной или водной среды.

Скорости движения относи­тельно поверхности Земли и различных ориен­тиров оцени­вается всеми имеющимися органами чувств (зрительным, слуховым, вибриссным и др. анализаторами), восприни­мающими сигналы раз­личной физической природы от окружающих животное объектов.

Ориентационными измерителями являются практически все органы чувств: вестибулярный, зрительный, слуховой, обонятельный, проприоцептор­ный и другие анализаторы, так как все они участвуют в измерении местоположения и угловой ориентации тела относительно различных ориентиров и систем отсчета. Для восприятия линейных координат в живых организмах реализу­ются все известные в технике методы измерений:

· счисление пути, основанное на интегрировании измеренных параметров скорости;

· обзорно-cравнительная пространственная ориентировка, осуществляемая путем восприятия изображения окру­жающей местности и сопоставления ее с образами, хранимыми в памяти мозга;

· позиционные измерения, позволяющие определить полярные координаты (дальность, курсовой угол и угол визирования) ориентиров, излучающих свет, звук, запах и другие сигналы направленного действия.

В организмах позвоночных животных также можно выделить базовое ядро, в котором динамические составляющие вектора состояния моделирует вестибу­лярный анализатор, а кинематические – обзорно-сравнительный (оптический, акустический, электростатический и др. в зависимости от образа жизни животного). Непрерывно действующий вестибулярный анализатор выполняет роль динами­ческой памяти для других органов чувств и создает благоприятные усло­вия для их функциони­рования, облегчая поиск, обнаружение и опоз­навание ориентиров. Поэтому кратковременные выключения других анализато­ров вследствие действия помех, при отсутствии ориентиров или в целях скрыт­ности не приводит к дезориентации животного.