Информационная функция нервной системы

Процесс восприятия сигнала

Процесс восприятия сигнала, обработка его и посылка к исполнительной системе свя­заны с кодированием, «шифрованием» информации. Это происходит уже   на   уровне   отдельной   нервной   клетки,   особенностью   которой является то, что  она функционирует как кодирующая и декодиру­ющая система.

Кодированиеописание события с использованием того или иного алфавита, понятного для системы, воспринимающей сигнал. Перевод описания события на другой алфавит называется перекоди­рованием,  расшифровка сообщения — декодированием.

Способы кодирования информации

Способы кодирования информации на любом уровне нервной системы разделяют на две группы:

    • Неимпульсные,
    • Импульсные (раз­ряд нервной клетки) коды.

Кроме этих способов кодирования, су­ществуют другие, использующие различные формы изменения ак­тивности нервной системы:

    • пространственно-временное кодирование,
    • кодирование мечеными линиями.

Неимпульсные способы кодирования получаемой информации выражаются в изменении уровня рецепторного синаптического, мем­бранного потенциала. Так, между амакриновыми нервными клетками сетчатки глаза существует передача информации о раздражении в форме деполяризации соседних нейронов. В эволюции неимпульсное кодирование совершенствуется за счет повышения чувствительности воспринимающих элементов и специализации рецепторов, а, следо­вательно,  их отношения  к отдельным видам  энергии.

Импульсная форма кодирования, которая доминирует над безимпульсной, осуществляется частотным, интервальным кодированием, латентным периодом, длительностью реакции, вероятностью появле­ния  импульса,  вариабельностью частоты  импульсации  (рис. 15.3).
15.3.
Рис. 15.3. Формы кодирования информации импульсными разрядами нейрона:

  • (а) — изменением латентного периода появления импульса,
  • (б) — количеством  импульсов,
  • (в) — временем импульсной реакции,
  • (г) — временным узором распределения импульсов в ответе.
  • 1 и 2 — различаемые раздражители,
  • стрелка — момент на­несения раздражения.

Частотное кодирование наиболее широко распространено в нервной системе для кодирования силы раздражения. Оно определяется коли­чеством импульсов в единицу времени, а не временем появления очередного импульса. Частотный код используется как в афферентных, так и в эфферентных системах мозга. Примером значения кодирования частотой импульсов является опыт с раздражением мотонейрона: его раздражение одной частотой вызывает сокращение определенной группы волокон, раздражение того же мотонейрона другой частотой вызывает сокращение другой группы  мышечных волокон.

Интервальное кодирование — это такой способ кодирования сиг­налов, при котором средняя частота импульсов в единицу времени постоянна, но временные интервалы между очередными импульсами меняются. Показано, что острота зрения у человека улучшается при нерегулярной чрезкожной стимуляции зрительного нерва. Точно так же мышцы сокращаются во много раз сильнее, если нерв раздра­жается импульсным потоком, состоящим из импульсов, идущих с разными интервалами. При выработке условного рефлекса кодиро­вание сигнала клетками коры головного мозга осуществляется не частотой импульсов в единицу времени, а распределением во вре­мени  межимпульсных интервалов,   «узором»  импульсного  потока.

Кодирование ин­формации о силе и качестве раздражения

Существует несколько способов кодирования нервной клеткой ин­формации о силе и качестве раздраженияОно может происходить за счет изменения: латентного периода появления разряда нервной клет­ки, числа импульсов и времени реакции нейрона.

Так, при большей силе раздражения латентный период уменьшается, в то же время число импульсов может оставаться одним и тем же. В другом случае латент­ный период появления разряда может быть одинаковым, а число импульсов на большую силу раздражения увеличивается. Наконец, большая интенсивность раздражения может кодироваться длительнос­тью времени, в течение которого появляются разряды нейрона. Все эти способы кодирования редко выступают в чистом виде. Как пра­вило, более сильный раздражитель уменьшает латентный период, уве­личивает число импульсов,   удлиняет время реакции.

Кодирование качества раздражения может осуществляться

    • интер­вальным,
    • пространственно-временным кодированием и
    • кодированием мечеными линиями.

Интервальное кодирование. Так, интенсивность вкусового раздражения коди­руется средней частотой импульсации, а его качество — интервальным кодированием. Одинаковые по силе, но разные по качеству стимулы вызывают у нейрона ответы, отличающиеся спецификой распределения интервалов между очередными импульсами.

Пространственное и про­странственно-временное кодирование представляет собой кодирование информации путем формирования специфической пространственной и временной мозаики из возбужденных и заторможенных нейронов.

Кодирование мечеными линиями предполагает, что сенсорные рецеп­торы избирательно чувствительны к раздражению одного качества, и поэтому их центральные проекции в коре организованы так, что любая информация, идущая от данного рецептора, оценивается как сообще­ние именно  об этом качестве.

Ско­рость и надежность передачи информации

Для процесса передачи информации большое значение имеет ско­рость ее передачи. В эволюции скорость передачи возбуждения по нервным структурам, за исключением синаптической, возрастает. Важное значение в передаче информации имеет также надежность.

Для обеспечения надежности передачи информации в нервной сис­теме   используется  принцип   структурной  и  функциональной   избыточности. Структурная избыточность выражается в дублировании каналов связи, дублировании элементами, реагирующими на данный сигнал, дублировании системами, включающимися в реакцию. Функ­циональная избыточность обеспечивается «излишним» числом им­пульсов в разряде нервной клетки, существенным повышением воз­будимости  нервных  структур  и др.

Количество информации

Считают, что нервные импульсы передают информацию двоичным кодом (наличие импульса — отсутствие импульса). Из такого пред­ставления следует, что количество информации определяется числом импульсов в единицу времени. Принимая за сообщение класс меж­импульсных интервалов, выявляемый по гистограмме, можно изме­рить количество  информации,  используя  формулу:

где H — количество информации, n — число классов межимпульсных интервалов в анализируемой гистограмме, P —вероятность появления i-гo класса среди всех других.

Для характеристики канала связи передачи информации используют понятие избыточности, которая определяет степень недоиспользования информационной емкости канала связи и вычисляется по формуле:

где D — избыточность, Н — количество информации, С — мак­симальная  пропускная  способность нервного канала  связи.

Пропускная способность исчисляется на основании оценки плот­ности  расположения импульсов в потоке.

Перечисленные характеристики информационных процессов в нервной системе дают представление о суммарном количестве сигналов, проходящих по нервным каналам связи. В то же время среди этих сигналов есть более или менее важные для управления опре­деленной функцией организма. Поэтому, чтобы охарактеризовать импульсные потоки передаваемой информации по значимости для получателя сообщения, используют понятие ценности передаваемой информации как познавательной — семантическая информация, и как руководство к действиям —  прагматическая  информация.

Иисус Христос объявил: Я есмь Путь, и Истина, и Жизнь. Кто же Он на самом деле ?

Жив ли Христос? Воскрес ли Христос из мертвых? Исследователи изучают факты

РЕКЛАМА