Сенсорные карты - Sensory maps
Сенсорные карты - это области мозга, которые реагируют на сенсорную стимуляцию и пространственно организованы в соответствии с некоторыми особенностями сенсорной стимуляции. В некоторых случаях сенсорная карта - это просто топографическое изображение сенсорной поверхности, такой как кожа , улитка или сетчатка . В других случаях он представляет другие свойства стимула, являющиеся результатом нейронных вычислений, и обычно упорядочивается таким образом, чтобы отражать периферию. Примером может служить соматосенсорная карта, которая представляет собой проекцию поверхности кожи в головном мозге, которая организует обработку тактильных ощущений. Этот тип соматотопической карты является наиболее распространенным, возможно, потому, что он позволяет физически соседним областям мозга реагировать на физически похожие стимулы на периферии или потому, что он позволяет лучше контролировать моторику.
Соматосенсорная кора находится рядом с первичной моторной корой, которая отображается аналогичным образом. Сенсорные карты могут играть важную роль в облегчении двигательных реакций. Другими примерами организации сенсорной карты может быть то, что соседние области мозга связаны близостью рецепторов, которые они обрабатывают, как на карте улитки в головном мозге, или что аналогичные функции обрабатываются, как на карте детекторов признаков или ретинотопных map, или что временные коды используются в организации, как в картах чувства направления совы через межуральную разницу во времени между ушами. Эти примеры существуют в отличие от шаблонов обработки без отображения или случайного распределения. Примером системы обработки сенсорной информации без отображения является обонятельная система, в которой неродственные запахи обрабатываются бок о бок в обонятельной луковице. В дополнение к обработке без отображения и отображения стимулы могут обрабатываться на нескольких картах, как в зрительной системе человека.
Нейробиология
Сенсорные карты создаются в основном в соматосенсорной коре, также называемой сенсорной корой. Центральная нервная система связана с этой корой и всеми другими частями тела. И соматосенсорная кора, и центральная нервная система состоят из нейронов, которые создают связи друг с другом для передачи электрических импульсов по всему телу.
Центральная нервная система, узнавая о различных раздражителях вне тела, посылает сигналы в мозг. Эти сигналы посылаются различными частями тела, например слуховой системой, системой, использующей прикосновения, и зрительной системой. Каждая система создает различные сенсорные карты, которые связаны для более тщательного анализа окружающей среды. Для одной сенсорной системы существует несколько карт, анализирующих раздражитель. Эти карты работают вместе, чтобы извлекать из окружающей среды пространственную, характеристическую информацию и информацию о действиях. Затем организм действует на основе информации, которую он получает и уже имеет. Ученые предполагают, что эти нервные связи все больше увеличиваются в течение жизни организма, а также генетически передаются более ранним поколениям.
Функции
Отображенные области обработки сенсорной информации - сложное явление и поэтому должны служить адаптивным преимуществом, поскольку в противном случае очень маловероятно, что сложные явления проявятся. Сенсорные карты также очень старые в эволюционной истории, поскольку они почти повсеместны у всех видов животных и обнаруживаются почти для всех сенсорных систем. Динамическая природа нейронов, которые собирают сенсорную информацию для создания этих карт, позволяет различным стимулам изменять карты, созданные другими сенсорными нейронами в прошлом. Кроме того, для одной сенсорной системы может быть несколько разных карт, работающих вместе для анализа различных аспектов стимула. Некоторые преимущества сенсорных карт были выяснены научными исследованиями:
- Адаптация: карты могут быть скорректированы с помощью стимулов, выходящих за рамки их первоначального создания. Например: если сенсорная карта была составлена с помощью визуальной стимуляции, слуховые стимулы, которые выражают иную информацию, чем видели раньше, могут скорректировать сенсорную карту и сделать ее более точной в понимании окружения организма. Сенсорные карты содержат адаптивные характеристики, которые позволяют им подключаться к множеству различных нейронов и при этом получать представление об окружающей среде организма. Тем не менее сенсорные карты могут передаваться из поколения в поколение генетически.
- Заполнение: когда сенсорная стимуляция организована в мозгу в виде некоторой топографической схемы, тогда животное может «заполнить» отсутствующую информацию, используя соседние области карты, поскольку они обычно активируются вместе, когда вся информация настоящее время. Потеря сигнала из одной области может быть восполнена из соседних областей мозга, если эти области относятся к физически связанным частям периферии. Это очевидно в исследованиях на животных, где нейроны, граничащие с пораженной или поврежденной областью мозга (которая использовалась для обработки осязания в руке), восстанавливают обработку этой сенсорной области, поскольку они обрабатывают информацию из соседних областей руки.
- Боковое торможение: боковое торможение - это организующий принцип, он позволяет контрастировать во многих системах, от зрительных до соматосенсорных. Это означает, что если соседние области подавляют друг друга, то стимуляция, активирующая одну область мозга, может одновременно подавлять соседние области мозга, чтобы создать более четкое разрешение между стимулами. Это очевидно в зрительной системе человека, где между яркими и темными областями можно обнаружить четкие линии из-за простых клеток, которые препятствуют их соседям. Исследования показывают, что два разных типа стимулов могут посылать сигналы в центральную нервную систему, а самые последние могут изменить другой стимул. На построение сенсорных карт посредством сенсорного торможения может во многом повлиять время. Новизна и повторение двух связанных друг с другом стимулов будет корректировать сенсорные карты для создания наиболее точного понимания окружающей человека среды. Боковое торможение также помогает различать два разных стимула, когда они должны сочетаться. Например, в фильме или видео, где звук и изображение должны быть синхронными. Если звук отличается по времени от изображения на экране, боковое торможение помогает человеку различать, когда звук и изображения были синхронными, и когда они были синхронными.
- Суммирование: организация также позволяет суммировать связанные стимулы в нейронной оценке сенсорной информации. Примеры этого можно найти в суммировании тактильных входов нейронных или визуальных сигналов при слабом освещении. в анализе данных в науках и корпорациях, потому что он иллюстрирует иерархический порядок, который порождает эффективность.
- Поведенческое влияние: сенсорные карты связаны с моторными рефлексами, которые реагируют на сенсорную информацию. Другими словами, сенсорные и моторные системы переплетаются с сенсорными картами. Реакции на стимулы основаны на иерархической системе, которая систематизирует самые важные стимулы до минимума. Затем двигательная система реагирует или не реагирует в зависимости от уровня важности.
Типы
Топографические карты
Эти карты можно рассматривать как отображение поверхности тела на структуру мозга. Другими словами, топографические карты организованы в нервной системе таким образом, что они представляют собой проекцию сенсорной поверхности мозга. Это означает, что организация на периферии отражает порядок обработки информации в мозгу. Эта организация может быть соматотопической, как в осязании, или тонотопической, как в ухе, и ретинотопической картой, которая откладывается в мозгу по мере того, как клетки располагаются на сетчатке. Нейроны на поверхности тела имеют важное значение в нашей повседневной жизни. Когда роли нейронов более важны для нашего благополучия, чем другие нейроны, появляется больше нейронов, связанных с частями поверхности тела.
По словам ученых, фантомные конечности активируют сенсорные карты. Поскольку нет реальной связи между конечностью ампутации и остальным телом, предполагается, что, когда конечность была отделена от остальной части тела, сенсорные карты, которые были созданы до ампутации, все еще активны и активируются без настоящий стимул.
Примеры
- Уайлдер Пенфилд обнаружил оригинальную топографическую карту в виде внутреннего соматосенсорного гомункула . Его работа над нейронными системами человека показала, что области мозга, обрабатывающие тактильные ощущения, отображаются таким же образом, как и тело. Эта сенсорная карта преувеличивает определенные области, которые имеют много периферических сенсорных клеток, таких как губы и руки, в то же время сокращая относительное пространство для обработки областей с небольшим количеством рецепторов, таких как спина.
- Волосковые клетки в слуховой системе демонстрируют тонотопическую организацию. Такое тонотопическое расположение означает, что клетки располагаются в диапазоне от низкой до высокой частоты и обрабатываются в той же организации в мозгу.
Вычислительные карты
Эти карты полностью организованы в нейронной системе или организованы способом, отсутствующим на периферии. Сенсорная информация для компьютерных карт поступает от слуховых и зрительных стимулов. Таким образом, любая слуховая или визуальная информация, которая создается с помощью нейронных вычислений, когда мозг связывает два или более бит информации, чтобы получить от них некоторую новую информацию, может объединиться, чтобы изменить уже существующую сенсорную карту, чтобы включить новую информацию. . Часто эти карты включают сравнение, например, при выполнении вычитания для получения временной задержки, двух стимулов, таких как поступающая звуковая информация из разных ушей, для получения новой ценной информации об этих стимулах, а также о том, где они возникли. Только что описанный процесс происходит в нейронной системе совы очень быстро.
Примеры
- Карта Джеффреса была теорией того, как мозг может вычислять межуральные временные различия (ITD) или разницу во времени прибытия стимула между двумя ушами. Джеффрес был известен тем, что создал теоретический механизм для создания карты места на основе информации о времени, это объяснило, как некоторые животные могут иметь «справочную карту», откуда исходит звук. Нейронная система вычисляет этот ITD в слуховой системе совы, и было обнаружено, что реальная нейронная система почти полностью соответствует теории карты Джеффреса. Карта Джеффреса показывает, как сигналы ITD используются для определения расстояния и направления движения совы.
- Детекторы признаков в визуальной системе - еще один пример вычислительных карт. Никакая часть физической системы в глазах на самом деле не анализирует функции, как это делают простые клетки мозга. Эта система хорошо изучена у лягушек. Известно, что лягушки обнаруживают определенные «червеобразные» особенности в своей среде и, полностью контролируемые нейронной системой, атакуют их, даже если они представляют собой серию белых квадратов в линию, имитирующую обычного червя. Создание иллюзий на наших сенсорных картах - это способ, которым организмы заменяют неизвестную информацию об их окружении.
- Существует также сравнение частотной модуляции с частотной модуляцией в слуховой системе летучих мышей, которая используется в эхолокации. Это сравнение FM-FM определяет трепетание их цели и было прославлено в работе Шуга.
- Когда моторные и сенсорные системы изучались с помощью рыб, ученые обнаружили, что между ними могут быть компьютерные карты. Рыбы, центральная нервная система которых была инактивирована для определенного придатка, скорректировали свое прежнее естественное поведение. Ученые считают, что сенсорная информация часто предшествует действиям и решениям, принимаемым организмами. Таким образом, когда есть дополнительная информация, предоставляемая внешними стимулами, или ее отсутствие, их поведение изменяется, чтобы адаптироваться к новому окружению.
Абстрактные карты
Абстрактные карты - это карты, которые также создаются стимулами вне организма, но у них нет поверхности, с помощью которой он создает карту в мозгу. Они упорядочены, как топографические и компьютерные карты, но их особенности абстрактны. Эти типы карт связаны с видением цвета.