Глава 4. Анатомия, физиология и гигиена сенсорных систем

Ощущение - психический процесс отражения отдельных элементарных свойств действительности, непосредственно воздействующих на наши органы чувств.

На ощущениях основаны более сложные познавательные процессы: восприятие, представление, память, мышление, воображение. Ощущения являются как бы «воротами» нашего познания.

Ощущением называется простейший, далее не разложимый психический процесс. Например, говоря об ощущении цвета, мы имеем в виду совершенно однородный цвет, отвлекаясь от величины и формы предмета.

Ощущения - это чувствительность к физическим и химическим свойствам среды.

Ощущения и возникшие на их основе восприятия и представления есть и у животных, и у человека. Однако ощущения человека отличаются от ощущений животных. Ощущения человека опосредованы его знаниями, т.е. общественно-историческим опытом человечества. Выражая то или иное свойство вещей и явлений в слове («красный», «холодный»), мы тем самым осуществляем элементарные обобщения этих свойств. Ощущения человека связаны с его знаниями, обобщенным опытом индивида.

В ощущениях отражаются объективные качества явлений (цвет, запах, температура, вкус и др.), их интенсивность (например, более высокая или более низкая температура) и продолжительность. Ощущения человека так же взаимосвязаны, как взаимосвязаны различные свойства действительности.

Ощущение - превращение энергии внешнего воздействия в акт сознания. Они обеспечивают чувственную основу психической деятельности, предоставляют сенсорный материал для построения психических образов.

Отдельные свойства предметов и явлений, оказывающие воздействие на наши органы чувств, называются раздражителями, а процесс этого воздействия - раздражением.

Нервный процесс, возникший в результате раздражения, называется возбуждением.

Органы чувств, получая воздействие от раздражителей, превращают энергию внешнего раздражения в нервный импульс.

Каждый орган чувств (глаз, ухо, чувствительные клетки кожи, вкусовые сосочки языка) специализирован на приеме и переработке различных специфических внешних воздействий. Основной частью любого органа чувств являются окончания чувствующих нервов. Они называются рецепторами (от лат. «recipere» - принимать).

От рецептора возникший в нем нервный импульс по центростремительным (афферентным; от лат. «afferentis» - приносящий) нервным путям попадает в соответствующие участки мозга.

Рецепторы, проводящие нервные пути и соответствующие участки в коре головного мозга, назваются анализаторами. Для возникновения ощущения необходима работа всего анализатора в целом, следовательно, нельзя сказать, что зрительные ощущения возникают в глазу. Только анализ нервного импульса, поступающего от глаза в соответствующие участки коры головного мозга (затылочная часть), приводит к возникновению зрительного ощущения.

Деятельность анализаторов условно-рефлекторна. Сформированный в коре головного мозга нервный импульс по центробежным (эфферентным (от лат. «efferentis» - выносящий) нервным путям, поступая на двигательные или секреторные механизмы, приводит к той или иной ответной реакции, вызывает соответствующую настройку чувствительности рецептора. Мозг, получая обратный сигнал о деятельности рецептора, непрерывно регулирует его работу.

Органы чувств неразрывно связаны с органами движения. Например, в процессе зрительных ощущений глаз совершает непрерывные движения, как бы ощупывая предмет. Неподвижный глаз практически слеп.

Таким образом, процесс ощущений - это не одноактное пассивное отражение того или иного свойства, а активный процесс, сложнейшая деятельность анализаторов, имеющая определенную структуру. Деятельность различных анализаторов взаимосвязана. Совокупность всех анализаторов называется сенсорной сферой психики человека.

Ощущения не только несут информацию об отдельных свойствах явлений и предметов, но и выполняют активирующую мозг функцию. (Известны случаи, когда у больного оставался действующим лишь один орган чувств - глаз, и, когда больной закрывал этот глаз, единственный канал, связывающий его с окружающим миром, он немедленно засыпал.)

В зависимости от расположения рецепторов все ощущения делятся на три группы.

К первой группе относятся ощущения, которые связаны с рецепторами, находящимися на поверхности тела: зрительные, слуховые, обонятельные, вкусовые и кожные ощущения. Это экстерорецептивные ощущения.

Ко второй группе относятся интерорецептивные ощущения, связанные с рецепторами, находящимися во внутренних органах.

К третьей группе относятся кинестезические (двигательные) и статические ощущения, рецепторы которых находятся в мышцах, связках и сухожилиях - проприорецептивные ощущения (от лат. «proprio» - собственный).

В зависимости от модальности анализатора различаются следующие виды ощущений: зрительные, слуховые, кожные, обонятельные, вкусовые, кинестезические, статические, вибрационные, органические и болевые. Различаются также контактные и дистантные ощущения.

Работа каждого анализатора имеет свои специфические закономерности. Наряду с этим все виды ощущений подчинены общим психофизиологическим закономерностям.

Для возникновения какого-либо ощущения раздражитель должен иметь определенную величину интенсивности. Минимальная величина раздражения, которая вызывает едва заметное ощущение, называется абсолютным нижним порогом ощущения. Способность ощущать эти самые слабые раздражения называется абсолютной чувствительностью. Она всегда выражается в абсолютных числах. Например, для возникновения ощущения давления достаточно воздействия 2 мг на 1 кв.мм поверхности кожи.

Верхний абсолютный порог ощущения - максимальная величина раздражения, дальнейшее увеличение которой вызывает исчезновение ощущения или болевое ощущение. Например, сверхгромкий звук вызывает боль в ушах, а сверхвысокий (по частоте колебаний свыше 20000 Гц) - вызывает исчезновение ощущения (слышимый звук переходит в ультразвук). Давление 300 г/кв.мм вызывает боль.

Наряду с абсолютной чувствительностью следует различать относительную чувствительность - чувствительность к различению интенсивности одного воздействия от другого. Относительная чувствительность характеризуется порогом различения.

Порог различения, или дифференциальный порог, - едва ощущаемое минимальное различие в силе двух однотипных раздражителей.

Порог различения - это относительная величина (дробь), которая показывает, какую часть первоначальной силы раздражителя надо прибавить (или убавить), чтобы получить едва заметное ощущение изменения в силе данных раздражителей.

Так, если взять груз в 1 кг и затем прибавить еще 10 г, то этой прибавки никто ощутить не сможет; чтобы почувствовать увеличение прибавки веса необходимо добавить 1/30 часть первоначального веса, т.е. 33 г. Таким образом, относительный порог различения силы тяжести равен 1/30 части силы первоначального раздражителя.

Относительный порог различения яркости света равен 1/100; силы звука - 1/10; вкусовых воздействий - 1/5. Эти закономерности открыты Бугером и Вебером (закон Бугера-Вебера).

Закон Бугера-Вебера относится только к средней зоне интенсивности раздражителей. Иначе говоря, относительные пороги теряют значение при очень слабых и очень сильных раздражителях. Это было установлено Фехнером.

Фехнер установил также, что если интенсивность раздражителя увеличивать в геометрической прогрессии, то ощущение будет увеличиваться лишь в арифметической прогрессии. (Закон Фехнера).

Нижние и верхние абсолютные пороги ощущений (абсолютная чувствительность) характеризуют пределы человеческой чувствительности. Но чувствительность каждого человека изменяется в зависимости от различных условий.

Так, входя в плохо освещенное помещение, мы вначале не различаем предметы, но постепенно под влиянием данных условий чувствительность анализатора повышается.

Находясь в накуренном помещении или в помещении с какими-либо запахами, мы через некоторое время перестаем замечать эти запахи (понижается чувствительность анализатора).

Когда из плохо освещенного пространства мы попадаем в ярко освещенное, то чувствительность зрительного анализатора понижается.

Изменение чувствительности анализатора в результате его приспособления к действующим раздражителям называется адаптацией.

Разные анализаторы имеют различную скорость и различный диапазон адаптации. К одним раздражителям адаптация происходит более быстро, к другим - медленнее. Более быстро адаптируются обонятельные и тактильные анализаторы. Полная адаптация к запаху йода наступает через одну минуту. Через три секунды ощущение давления отражает только 1/5 силы раздражителя (поиск очков, сдвинутых на лоб, - один из примеров тактильной адаптации). Еще медленнее адаптируются слуховой, вкусовой и зрительный анализаторы. Для полной адаптации к темноте необходимо 45 мин. После этого периода зрительная чувствительность увеличивается в 200 000 раз (самый высокий диапазон адаптации).

Явление адаптации имеет целесообразное биологическое значение. Оно содействует отражению слабых раздражителей и предохраняет анализаторы от чрезмерного воздействия сильных раздражителей.

Чувствительность зависит не только от воздействия внешних раздражителей, но и от внутренних состояний.

Повышение чувствительности анализаторов под влиянием внутренних (психических) факторов называется сенсибилизацией. Так, например, слабые вкусовые ощущения повышают зрительную чувствительность. Это объясняется взаимосвязью данных анализаторов, их системной работой.

Сенсибилизация, обострение чувствительности, может быть вызвано не только взаимодействием ощущений, но и физиологическими факторами, введением в организм тех или иных веществ. Например, для повышения зрительной чувствительности существенное значение имеет витамин А.

Чувствительность повышается, если человек ожидает тот или иной слабый раздражитель, когда перед ним выдвигается специальная задача различения раздражителей. Чувствительность отдельного человека совершенствуется в результате упражнения. Так, дегустаторы, специально упражняя вкусовую и обонятельную чувствительность, различают разнообразные сорта вин, чая и могут даже определить, когда и где изготовлен продукт.

У людей, лишенных какого-либо вида чувствительности, осуществляется компенсация (возмещение) этого недостатка за счет повышения чувствительности других органов (например, повышение слуховой и обонятельной чувствительности у слепых).

Взаимодействие ощущений в одних случаях приводит к сенсибилизации, к повышению чувствительности, а в других случаях - к ее понижению, т.е. к десенсибилизации. Сильное возбуждение одних анализаторов всегда понижает чувствительность других анализаторов. Так, повышенный уровень шума в «громких цехах» понижает зрительную чувствительность.

Одним из проявлений взаимодействия ощущений является контраст ощущений.

Контраст ощущений - это повышение чувствительности к одним свойствам под влиянием других, противоположных свойств действительности. Например, одна и та же фигура серого цвета на белом фоне кажется темной, а на черном - светлой.

Иногда ощущения одного вида могут вызвать добавочные ощущения. Например, звуки могут вызвать цветовые ощущения, желтый цвет - ощущение кислого. Это явление называется синестезией.

Зрительные ощущения - ощущения цвета и света (перепадов яркости).

Для зрительных ощущений необходимо воздействие электромагнитных волн на зрительный рецептор - сетчатку глаза.

Ощущаемые человеком цвета делятся на хроматические (от греч. «chroma» - цвет) и ахроматические - бесцветные (черный, белый и промежуточные оттенки серого цвета).

В центральной части сетчатки преобладают нервные клетки - колбочки, чувствительные к различным зонам светового спектра. Световые (электромагнитные) лучи разной длины вызывают разные цветовые ощущения.

Глаз чувствителен к участку электромагнитного спектра от 300 до 700 нм (нанометров). Длина волны 680 нм дает ощущение красного; 580 - желтого; 520 - зеленого; 430 - синего; 390 - фиолетового цветов. Смешение всех воспринимаемых электромагнитных волн дает ощущение белого цвета. Центральная нервная система человека обладает способностью классифицировать распределение световой энергии, попадающей в глаз. Цвет - это психическое явление, а не свойство электромагнитной энергии, это ощущение человека, вызываемое различной энергией.

Существует трехкомпонентная теория цветного зрения, согласно которой все многообразие цветовых ощущений возникает у нас в результате работы лишь трех цветовоспринимающих рецепторов - красного, зеленого и синего (колбочки делятся на группы этих трех цветов). В зависимости от степени возбуждения трех вышеуказанных цветорецепторов возникают различные цветовые ощущения. Если все три цветорецептора возбуждены в одинаковой мере, то возникает ощущение белого цвета.

К различным участкам спектра наш глаз имеет неодниковую чувствительность. Чувствительность к синему цвету значительно меньше, чем к зеленому и желтому цветам.

Глаз наиболее чувствителен к световым лучам с длиной волны 555 - 565 нм.

Чувствительность зрительного анализатора в условиях сумерек перемещается в сторону более коротких ноли - 50O нм (синий цвет).Эти лучи начинают казаться более светлыми (явление Пуркине).

Ближе к краю сетчатки расположены нервные окончания в виде палочек, приспособленные к отражению переадов яркости цвета - это инструмент сумеречного зрения.

В сетчатке каждого глаза насчитывается около 130 млн. палочек и 7 млн. колбочек.

В условиях достаточно яркого освещения в работу включаются колбочки, аппарат палочек выключается. При слабой освещенности в работу включаются только палочки. (Вот почему при сумеречном освещении мы не различаем хроматические цвета, т.е. цветовую окраску предметов.)

Зрительный анализатор имеет исключительно высокую чувствительность.

Для возникновения едва заметного светового ощущения достаточно нескольких квантов световой энергии.

Корковой частью зрительного анализатора является 17-е поле затылочной области коры головного мозга, которая построена по экранному принципу, т.е. разные точки сетчатки имеют проекцию в разных точках коры. Здесь же имеются нервные клетки, объединяющие зрительные возбуждения.

Для зрительных возбуждений характерна некоторая инертность. Это является причиной возникновения последовательных образов - сохранения следа светового раздражения после прекращения воздействия светового раздражителя. (Вот почему мы не замечаем перерывов между кадрами кинофильма. Они оказываются заполненными следами от предшествующего кадра.)

Люди с ослабленным аппаратом колбочек плохо различают хроматические цвета (этот недостаток, описанный английским физиком Дальтоном, называется дальтонизмом). Ослабление работы аппарата палочек затрудняет видение предметов в сумеречном освещении (этот недостаток называется куриной слепотой).

Резкая смена освещенности понижает зрительную чувствительность. На больших расстояниях лучше всего воспринимаются черные объекты на желтом фоне. Цветовая однотипность, как и резкие цветовые контрасты, утомляет зрение.

Наиболее благоприятно гармоничное сочетание цветов. Для рабочей обстановки предпочтительна мягкость тонов, небольшая цветовая насыщенность.

При различении объектов цветовое их сходство может привести к затруднению их дифференцирования. Предметы одного цвета могут быть ошибочно отнесены к однородной группе объектов.

Для наилучшего цветового различения оптимальны объекты с угловой величиной 1-3 град.

Слуховые ощущения. Звуковые волны, действующие на слуховой рецептор, представляют собой сгущения и разряжения воздуха в результате колебания издающих звуки предметов. Эти колебания концентрируются наружным ухом и через слуховой проход воздействуют на барабанную перепонку.

Колебания барабанной перепонки передаются через систему косточек среднего уха (наковальню, молоточек и стремечко) во внутреннее ухо, в котором находится улитка (спиральное костное образование). Улитка заполнена жидкостью. В результате периодических колебаний воздуха возникают колебательные движения жидкости в улитке. Эти колебания и воздействуют на слуховой рецептор - орган Корти. Основной частью этого органа является мембрана, состоящая из 24 тыс.волокон. Длина этих волокон возрастает от основания улитки к вершине. Предполагается, что эти волокна отвечают на внешние звуковые воздействия по принципу резонанса. Резонирующее колебание того или иного волокна трансформируется в нервный импульс, который соответствующим образом интерпретируется в височной области коры головного мозга. Слуховые ощущения отражают высоту, силу и тембр звука. Высота звука определяется числом колебаний источника звука в 1 с. (1 колебание в секунду измеряется в Гц). Орган слуха чувствителен к звукам в пределах от 20 до 20 тыс. колебаний в секунду. Но наибольшая слуховая чувствительность лежит в пределах 2000 – 3000 Гц (это высота звука, соответствующая крику испуганной женщины).

За верхним порогом звуковой чувствительости (т.е. свыше 20 000 Гц), расположены ультразвуки.

Пороги различения звуков по их высоте составляют 1/20 полутона (т.е. различается до 20 промежуточных ступеней между звуками, издаваемыми двумя соседними клавишами рояля). Интенсивость слухового ощущения - громкость - зависит от интенсивности звука, т.е. от амплитуды колебания источника звука и от высоты звука.

Порог слухового ощущения отдельного человека значительно изменяется в зависимости от различных обстоятельств на протяжении небольшого промежутка времени (в пределах 5 дБ). С возрастом происходит понижение чувствительности к звукам высокой частоты.

Кожные ощущения. Кожные ощущения подразделяются на тактильные (ощущение прикосновения и давления), ощущение боли, ощущение тепла и ощущение холода.

Каждый из этих видов кожных ощущений имеет свои рецепторы.

Тактильные ощущения - ощущения прикосновения и давления. Тактильные рецепторы наиболее многочисленны на кончиках пальцев и языка. Если на спине две точки прикосновения воспринимаются раздельно лишь на расстоянии 5 см, то на кончике пальцев и языка они воспринимаются как раздельные на расстоянии 1 мм.

В коре головного мозга наиболее широко представлены рецепторы пальцев рук (это связано со значением рук в труде человека). Температурные ощущения возникают от раздражения терморецепторов кожи. Существуют отдельные рецепторы для ощущения тепла и холода. По поверхности тела эти рецепторы располагаются неравномерно, в одних местах больше, в других меньше. Например, к холоду и боли наиболее чувствительна кожа спины и шеи, а к горячему - кончики пальцев и языка. Различные участки кожного покрова имеют разную температуру.

Болевые ощущения вызываются механическими, температурными и химическими воздействиями, которые достигают интенсивности, способной к разрушению организма. Болевые ощущения в значительной мере связаны с подкорковыми центрами, которые регулируются корой головного мозга. Они поддаются в некоторой степени торможению через вторую сигнальную систему.

Присущая данному участку кожи температура является физиологическим нулем. Ощущение тепла или холода возникает в зависимости от соотношения температуры воздействия с постоянной температурой данного участка кожи.

Обонятельные ощущения. Обонятельные ощущения возникают в результате раздражения частицами пахучих веществ, находящихся в воздухе, слизистой оболочки носовой полости. где находятся обонятельные клетки. Корковые центры обонятельного анализатора находятся в височной области.

Вещества, раздражающие обонятельные рецепторы, проникают в полость носоглотки как со стороны носа, так и со стороны носоглотки. Это позволяет определить запах вещества как на расстоянии, так и находящегося во рту.

Запахи влияют на формирование ощущения вкуса.

Вкусовые ощущения. Все многообразие вкусовых ощущений состоит из комбинации четырех вкусов: горького, соленого, кислого и сладкого. Вкусовые ощущения вызываются химическими веществами, растворенными в слюне или в воде.

Рецепторами вкусовых ощущений являются нервные окончания, расположенные на поверхности языка, - вкусовые сосочки. Рецепторы вкусовых ощущений расположены на поверхности языка неравномерно. Отдельные участки поверхности языка наиболее чувствительны к отдельным вкусовым воздействиям: кончик языка чувствителен к сладкому, задняя часть языка - к горькому, а края - к кислому. Поверхность языка, так же, как и слизистая оболочка носа, чувствительна к прикосновениям, т.е. участвует в формировании тактильных ощущении.

Корковые центры вкусового анализатора находятся в височной области. В результате голодания значительно повышается чувствительность к сладкому и понижается чувствительность к горькому и кислому. Кинестезические, или двигательные, ощущения - мышечные ощущения (от греч. «kineo» - движение).

В трудовых процессах наиболее существенны ощущения, связанные с движением руки. Особую роль при этом играет большой палец руки, который, противопоставляясь другим пальцам, образует как бы точку отсчета (при восприятии величины и формы осязаемых предметов). Осязание - это комплексное восприятие, состоящее из сочетания двигательных и тактильных ощущений. Особенно важную роль двигательные ощущения играют при формировании образов и в речевой деятельности. Корковыми центрами двигательного анализатора являются области передней центральной извилины. При осуществлении движений в эту область коры поступают импульсы, которые сигнализируют о скорости движения и напряжении мышц.

Двигательные ощущения человека очень точны, на их основе осуществляется постоянная нервная регуляция мышц в каждый момент совершения движения. Если двигательные рецепторы нарушаются, то человек не может осуществить движение без зрительного контроля.

Статические ощущения - ощущение положении тела и пространстве относительно направления силы тяжести, ощущение раиновесия. Рецепторы этих ощущений находятся во внутреннем ухе.

Рецептором вращательных движений тела являются полукружные каналы внутреннего уха, расположенные в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. При ускорении или замедлении вращательного движения жидкость, заполняющая полукружные каналы, оказывает давление (по закону инерции) на чувствительные волоски, которые вызывают соответствующее возбуждение. Перемещение в пространстве по прямой линии отражается в отолитовом аппарате. Он состоит из чувствительных клеток с волосами, над которыми расположены отолиты (подушечки с кристаллическими включениями). Изменение положения кристаллов сигнализирует мозгу направление прямолинейного движения тела. Полукружные каналы и отолитовый аппарат называются вестибулярным аппаратом. Он связан с височной областью коры и мозжечком посредством вестибулярной ветви слухового нерва.

Сильное перевозбуждение вестибулярного аппарата вызывает тошноту, так как этот аппарат связан с внутренними органами.

Вибрационные ощущения возникают в результате отражения колебаний от 15 до 1500 Гц в упругой среде. Эти колебания отражаются всеми частями тела. Вибрационная чувствительность повышается у людей, потерявших зрение.

Для человека крайне утомительны и даже болезненны вибрации порядка 5 Гц.

Органические ощущения - ощущения, связанные с интерорецепторами, расположенными во внутренних органах. К ним относятся ощущения сытости, голода, удушья, тошноты, боли и т.д.

Интерорецепторы связаны с корой через подкорковые образования - гипоталамус. Органические ощущения не дают точной локализации, а иногда носят подсознательный характер. Сильные отрицательные органические ощущения могут дезорганизовать сознание человека.