Психология: учебник для гуманитарных вузов

коллектив авторов 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 органа 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 их способность улавливать движущуюся тень, предупреждающую об опасности. По этой причине чувствительность к изменению уровня освещенности была выражена весьма слабо (чувствительность клеток достигается тем, что они содержат зерна свето-чувствительных 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.

Рис. 3-3. Рецептивное поле коры выделяет линии строго определенного наклона

Эксперименты показывают, что каждый нейрон зрительной системы имеет на сетчатке свое представительство в виде рецептивного поля. Нейроны каждого уровня 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 фонарик. Эти рецептивные поля обнаружены у всех млекопитающих, на которых были проведены эксперименты, – у кошек, обезьян, кроликов, сусликов, бурундуков.

Рис. 3-4. Вживление электродов для регистрации электрической активности отдельных нейронов у кролика ( Ю. И. Александров)

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 клеток, 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 простые и сложные рецептивные поля одинаковой ориентации. В дальнейшем обобщение 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, что 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 минут, 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 помещенный в чашку Петри, реагирует на изменение освещенности.) Оказывается, в эпифизе происходит превращение серотонина в гормон мелатонин, а это именно то вещество, которое связано с учетом времени и световыми циклами.

3.2. Нейрофизиологические механизмы высшей нервной деятельности

Ветвь наук о жизни, связанных с анатомией, физиологией, биохимией, молекулярной биологией нервной ткани и имеющих отношение к поведению и обучению, называется нейронаукой. Основные составляющие нейронауки – нейробиология, психофизиология, нейрофизиология.

Нейробиология – общее название науки, занимающейся изучением на многих уровнях (начиная с молекулярного и кончая поведенческим) нервной системы и мозга как ее главного органа. Специалисты в этой области пытаются проникнуть в молекулярные, клеточные, биохимические механизмы нервных процессов. Психофизиология, или психобиология, – область знаний о биологических механизмах психических явлений. Цель ее заключается в том, чтобы понять, как из работы мозга, которая может быть представлена в виде результатов объективных измерений, возникает то, что составляет мир психических явлений. Нейрофизиология изучает тонкие механизмы работы нервных клеток мозга.

Структурной и функциональной единицей мозга является нервная клетка – нейрон. Тела нервных клеток образуют серое вещество мозга, а их отростки, из которых формируются проводящие пути и нервы, – белое вещество. Воздействие раздражителя на рецепторы трансформируется нейронами в электрические процессы. Это – общее правило для любого из органов чувств и для любых сигналов, поступающих извне в нервную систему живого существа: все воздействия из внешнего и внутреннего мира «написаны» языком электрических процессов. Эти процессы могут отражать события разного уровня: например, электрическую активность отдельных нервных клеток, определенных мозговых структур, всего мозга или даже отдельных ионных каналов (микроскопических пор мембраны нейронов) (Экклз Дж., 1965).