stringtranslate.com

Сенсорная обработка

Сенсорная обработка — это процесс, который организует и различает ощущения (сенсорную информацию) от собственного тела и окружающей среды, что позволяет эффективно использовать тело в окружающей среде. В частности, он касается того, как мозг обрабатывает множественные сенсорные модальные входы , [1] [2], такие как проприоцепция , зрение , слуховая система , тактильная , обонятельная , вестибулярная система , интероцепция и вкус , в пригодные для использования функциональные выходы.

Некоторое время считалось, что входные данные от различных органов чувств обрабатываются в различных областях мозга. Связь внутри и между этими специализированными областями мозга известна как функциональная интеграция. [3] [4] [5] Новые исследования показали, что эти различные области мозга могут быть не только ответственны за одну сенсорную модальность , но могут использовать несколько входных данных для восприятия того, что тело ощущает в окружающей среде. Мультисенсорная интеграция необходима почти для каждой деятельности, которую мы выполняем, поскольку сочетание нескольких сенсорных входных данных необходимо для того, чтобы мы могли понимать наше окружение.

Обзор

Некоторое время считалось, что входные данные от различных органов чувств обрабатываются в разных областях мозга, что относится к системной нейронауке . Используя функциональную нейровизуализацию, можно увидеть, что сенсорно-специфические коры активируются разными входными данными. Например, области в затылочной коре связаны со зрением, а области в верхней височной извилине являются получателями слуховых входных данных. Существуют исследования, предполагающие более глубокие мультисенсорные конвергенции, чем в сенсорно-специфических корах, которые были перечислены ранее. Эта конвергенция множественных сенсорных модальностей известна как мультисенсорная интеграция.

Сенсорная обработка имеет дело с тем, как мозг обрабатывает сенсорные входные данные из нескольких сенсорных модальностей. К ним относятся пять классических чувств: зрение , слух , тактильная стимуляция ( осязание), обоняние и вкус. Существуют и другие сенсорные модальности, например, вестибулярное чувство ( равновесие и чувство движения ) и проприорецепция (чувство знания своего положения в пространстве) вместе со временем (чувство знания, где человек находится во времени или действиях). Важно, чтобы информация этих различных сенсорных модальностей была соотносимой. Сами сенсорные входные данные находятся в разных электрических сигналах и в разных контекстах. [6] Благодаря сенсорной обработке мозг может связать все сенсорные входные данные в связное восприятие, на котором в конечном итоге основано наше взаимодействие с окружающей средой.

Основные задействованные структуры

Считалось, что различные чувства контролируются отдельными долями мозга, [7] называемыми проекционными областями . Доли мозга — это классификации, которые делят мозг как анатомически, так и функционально. [8] Этими долями являются лобная доля, отвечающая за осознанное мышление, теменная доля, отвечающая за визуально-пространственную обработку, затылочная доля, отвечающая за зрение, и височная доля, отвечающая за обоняние и слух. С самых ранних времен неврологии считалось, что эти доли отвечают исключительно за свой один сенсорный модальный вход. [9] Однако более новые исследования показали, что это может быть не совсем так. Стоит отметить, что в середине 20-го века Гонсало провел исследование, которое привело его к установлению корковых функциональных градиентов, где функциональная специфичность будет градуироваться по всей коре. [10]

Проблемы

Иногда может возникнуть проблема с кодированием сенсорной информации. Это расстройство известно как расстройство сенсорной обработки (SPD). Это расстройство можно далее классифицировать на три основных типа. [11]

Существует несколько методов лечения СРЛ. Анна Джин Айрес утверждала, что ребенку нужна здоровая «сенсорная диета», которая включает в себя все виды деятельности, в которых участвуют дети, которые дают им необходимые сенсорные входы, необходимые для того, чтобы заставить мозг улучшить сенсорную обработку.

История

В 1930-х годах Уайлдер Пенфилд проводил очень странную операцию в Монреальском неврологическом институте. [12] Пенфилд «был пионером внедрения нейрофизиологических принципов в практику нейрохирургии » . [4] [13] Пенфилд был заинтересован в определении решения для решения проблем эпилептических припадков , которые были у его пациентов. Он использовал электрод для стимуляции различных областей коры головного мозга и спрашивал своего все еще находящегося в сознании пациента, что он или она чувствует. Этот процесс привел к публикации его книги «Кора головного мозга человека». «Картирование» ощущений, которые испытывали его пациенты, привело Пенфилда к составлению карты ощущений, которые были вызваны стимуляцией различных областей коры. [14] Миссис HP Cantlie была художницей, которую Пенфилд нанял для иллюстрации своих открытий. Результатом стала концепция первого сенсорного гомункула .

Homonculus — это визуальное представление интенсивности ощущений, получаемых из разных частей тела. Уайлдер Пенфилд и его коллега Герберт Джаспер разработали монреальскую процедуру, используя электрод для стимуляции разных частей мозга, чтобы определить, какие части были причиной эпилепсии. Затем эта часть могла быть хирургически удалена или изменена, чтобы восстановить оптимальную работу мозга. Выполняя эти тесты, они обнаружили, что функциональные карты сенсорной и моторной коры были одинаковы у всех пациентов. Из-за их новизны в то время эти Homonculi были провозглашены «E=mc² нейронауки». [12]

Текущие исследования

До сих пор нет окончательных ответов на вопросы, касающиеся взаимосвязи между функциональной и структурной асимметрией в мозге . [15] В человеческом мозге существует ряд асимметрий, включая то, как язык обрабатывается в основном в левом полушарии мозга . Однако были некоторые случаи, когда люди имели сопоставимые языковые навыки с теми, кто использует свое левое полушарие для обработки языка, но при этом они в основном использовали свое правое или оба полушария. Эти случаи представляют возможность того, что функция может не следовать структуре в некоторых когнитивных задачах. [15] Текущие исследования в области сенсорной обработки и мультисенсорной интеграции направлены на то, чтобы, как мы надеемся, раскрыть тайны, стоящие за концепцией латерализации мозга .

Исследования сенсорной обработки могут многое предложить для понимания функции мозга в целом. Основная задача мультисенсорной интеграции — выяснить и отсортировать огромные объемы сенсорной информации в организме через множественные сенсорные модальности. Эти модальности не только не являются независимыми, но и весьма дополняют друг друга. Там, где одна сенсорная модальность может дать информацию об одной части ситуации, другая модальность может подобрать другую необходимую информацию. Объединение этой информации способствует лучшему пониманию физического мира вокруг нас.

Может показаться излишним, что нам предоставляют несколько сенсорных входов об одном и том же объекте, но это не обязательно так. Эта так называемая «избыточная» информация на самом деле является подтверждением того, что то, что мы переживаем, на самом деле происходит. Восприятие мира основано на моделях, которые мы строим о мире. Сенсорная информация информирует эти модели, но эта информация также может сбивать модели с толку. Сенсорные иллюзии возникают, когда эти модели не совпадают. Например, там, где наша визуальная система может обмануть нас в одном случае, наша слуховая система может вернуть нас к реальной реальности. Это предотвращает сенсорные искажения, потому что благодаря объединению нескольких сенсорных модальностей создаваемая нами модель гораздо более надежна и дает лучшую оценку ситуации. Рассуждая об этом логически, гораздо легче обмануть одно чувство, чем одновременно обмануть два или более чувств.

Примеры

Одним из самых ранних ощущений является обоняние . Эволюционно вкус и обоняние развивались вместе. Эта мультисенсорная интеграция была необходима для ранних людей, чтобы гарантировать, что они получают надлежащее питание из своей пищи, а также чтобы убедиться, что они не потребляют ядовитые материалы. [ требуется цитата ] Есть несколько других сенсорных интеграций, которые развились на ранней стадии эволюции человека. Интеграция между зрением и слухом была необходима для пространственного картирования. Интеграция между зрением и тактильными ощущениями развивалась вместе с нашими более тонкими моторными навыками, включая лучшую координацию рук и глаз. В то время как люди развивались в двуногие организмы, равновесие стало экспоненциально более важным для выживания. Мультисенсорная интеграция между визуальными входами, вестибулярными (равновесие) входами и проприоцептивными входами сыграла важную роль в нашем развитии в прямоходящих.

Аудиовизуальная система

Возможно, одной из наиболее изученных сенсорных интеграций является связь между зрением и слухом . [16] Эти два чувства воспринимают одни и те же объекты в мире по-разному, и, объединяя их, они помогают нам лучше понять эту информацию. [17] Зрение доминирует в нашем восприятии окружающего нас мира. Это происходит потому, что визуальная пространственная информация является одной из самых надежных сенсорных модальностей. Визуальные стимулы записываются непосредственно на сетчатку, и существует мало, если вообще есть, внешних искажений, которые предоставляют мозгу неверную информацию об истинном местоположении объекта. [18] Другая пространственная информация не так надежна, как визуальная пространственная информация. Например, рассмотрим слуховой пространственный ввод. Местоположение объекта иногда можно определить исключительно по его звуку, но сенсорный ввод можно легко модифицировать или изменить, тем самым давая менее надежное пространственное представление объекта. [19] Таким образом, слуховая информация не представлена ​​пространственно в отличие от визуальных стимулов. Но как только на основе визуальной информации получено пространственное отображение, мультисенсорная интеграция помогает объединить информацию от визуальных и слуховых стимулов для создания более надежного отображения.

Были проведены исследования, которые показывают, что существует динамический нейронный механизм для сопоставления слуховых и визуальных входов от события, которое стимулирует несколько чувств . [20] Одним из наблюдаемых примеров является то, как мозг компенсирует целевое расстояние. Когда вы разговариваете с кем-то или смотрите, как что-то происходит, слуховые и визуальные сигналы не обрабатываются одновременно, но они воспринимаются как одновременные. [21] Этот вид мультисенсорной интеграции может привести к небольшим ошибкам восприятия в зрительно-слуховой системе в форме эффекта чревовещания . [22] Примером эффекта чревовещания является ситуация, когда кажется, что голос человека по телевизору исходит из его рта, а не из динамиков телевизора. Это происходит из-за уже существующего пространственного представления в мозге, который запрограммирован думать, что голоса исходят изо рта другого человека. Это затем делает так, что визуальный ответ на звуковой вход пространственно искажен и, следовательно, смещен.

Сенсомоторная система

Координация глаз и рук является одним из примеров сенсорной интеграции. В этом случае нам требуется тесная интеграция того, что мы визуально воспринимаем об объекте, и того, что мы тактильно воспринимаем об этом же объекте. Если бы эти два чувства не были объединены в мозге, то у человека было бы меньше возможностей манипулировать объектом. Координация глаз и рук является тактильным ощущением в контексте зрительной системы. Зрительная система очень статична, в том смысле, что она не двигается много, но руки и другие части, используемые в тактильном сенсорном сборе, могут свободно двигаться. Это движение рук должно быть включено в отображение как тактильных, так и визуальных ощущений, в противном случае мы не смогли бы понять, куда они двигали своими руками, и что они трогали и на что смотрели. Примером этого является взгляд на младенца. Младенец берет предметы и кладет их в рот или прикасается ими к своим ногам или лицу. Все эти действия приводят к формированию пространственных карт в мозге и осознанию того, что «Эй, эта штука, которая двигает этот объект, на самом деле часть меня». Видеть то же самое, что они чувствуют, — это важный шаг в картировании, который необходим младенцам, чтобы начать понимать, что они могут двигать руками и взаимодействовать с объектом. Это самый ранний и наиболее явный способ переживания сенсорной интеграции.

Дальнейшие исследования

В будущем исследования сенсорной интеграции будут использоваться для лучшего понимания того, как различные сенсорные модальности включены в мозг, чтобы помочь нам выполнять даже самые простые задачи. Например, в настоящее время у нас нет понимания, необходимого для понимания того, как нейронные цепи преобразуют сенсорные сигналы в изменения в двигательной активности. Дополнительные исследования, проведенные в отношении сенсомоторной системы, могут помочь понять, как контролируются эти движения. [23] Это понимание потенциально может быть использовано для того, чтобы узнать больше о том, как сделать более качественные протезы , и в конечном итоге помочь пациентам, которые потеряли возможность пользоваться конечностью. Кроме того, узнав больше о том, как могут объединяться различные сенсорные входы, можно оказать глубокое влияние на новые инженерные подходы с использованием робототехники . Сенсорные устройства робота могут принимать входы различных модальностей, но если мы лучше поймем мультисенсорную интеграцию, мы сможем запрограммировать этих роботов на передачу этих данных в полезный выходной сигнал, чтобы лучше служить нашим целям.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Stein BE, Stanford TR, Rowland BA (декабрь 2009 г.). «Нейронная основа мультисенсорной интеграции в среднем мозге: ее организация и созревание». Hear. Res . 258 (1–2): 4–15. doi :10.1016/j.heares.2009.03.012. PMC  2787841. PMID  19345256 .
  2. ^ Stein BE, Rowland BA (2011). «Организация и пластичность в мультисенсорной интеграции». Повышение производительности для действия и восприятия — мультисенсорная интеграция, нейропластичность и нейропротезирование, часть I. Прогресс в исследовании мозга. Том 191. стр. 145–63. doi :10.1016/B978-0-444-53752-2.00007-2. ISBN 9780444537522. PMC  3245961 . PMID  21741550.
  3. ^ Macaluso E, Driver J (май 2005 г.). «Мультисенсорные пространственные взаимодействия: окно в функциональную интеграцию в человеческом мозге». Trends Neurosci . 28 (5): 264–271. doi :10.1016/j.tins.2005.03.008. PMID  15866201. S2CID  5685282.
  4. ^ ab Todman D. (2008). "Уайлдер Пенфилд (1891-1976)". Журнал неврологии . 255 (7): 1104–1105. doi :10.1007/s00415-008-0915-6. PMID  18500490. S2CID  36953396.
  5. ^ Harrison BJ, Pujol J, Lopez-Sola M, Hernandez-Ribas R, Deus J и др. (2008). «Последовательность и функциональная специализация в сети мозга в режиме по умолчанию». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (28): 9781–9786. Bibcode : 2008PNAS..105.9781H. doi : 10.1073/pnas.0711791105 . PMC 2474491. PMID  18621692 . 
  6. ^ Ванцетта И, Гринвальд А (2008). «Связь между нейронной активностью и микроциркуляцией: последствия для функциональной визуализации мозга». Журнал HFSP . 2 (2): 79–98. doi :10.2976/1.2889618. PMC 2645573. PMID  19404475 . 
  7. ^ Пиротт Б., Вордекер П., Нойгрошль К. и др. (июнь 2008 г.). «Сочетание функциональной нейронавигации под руководством магнитно-резонансной томографии и интраоперационного картирования коры головного мозга улучшает нацеливание стимуляции моторной коры при нейропатической боли». Нейрохирургия . 62 (6 Suppl 3): 941–56. doi : 10.1227/01.neu.0000333762.38500.ac . PMID  18695580. S2CID  207141116.
  8. ^ Hagmann P, Cammoun L, Gigandet X, Meuli R, Honey CJ, et al. . (2008). Friston, Karl J. (ред.). "Картирование структурного ядра коры головного мозга человека по Ольсену". PLOS Biology . 6 (7): 1479–1493. doi : 10.1371/journal.pbio.0060159 . PMC 2443193 . PMID  18597554. {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  9. ^ Маррелек Г., Беллек П., Крайник А., Даффо Х., Пелегрини-Исаак М. и др. (2008). «Мультисенсорные регионы, системы и мозг: иерархические меры функциональной интеграции в фМРТ». Анализ медицинских изображений . 12 (4): 484–496. дои : 10.1016/j.media.2008.02.002. ПМИД  18396441.
  10. ^ Гонсало, Дж. (1945, 1950, 1952, 2010, 2023). Динамика Церебрал, открытый доступ. Факсимильное издание 2010 г. Vol. 1 1945, Том. 2 1950 (Мадрид: Inst. S. Ramón y Cajal, CSIC), Приложение I 1952 (Trab. Inst. Cajal Invest. Biol.) y 1ª ed. Дополнение II. Red Temática en Tecnologias de Computación Artificial/Natural (RTNAC) и Университет Сантьяго-де-Компостела (USC). ISBN 978-84-9887-458-7. Английское издание 2023 г. Brain Dynamics (т. 1 и 2, дополнения I и II), Ediciones CSIC, открытый доступ.
  11. ^ Miller LJ, Nielsen DM, Schoen SA, Brett-Green BA (2009). «Перспективы нарушения сенсорной обработки: призыв к трансляционным исследованиям». Front Integr Neurosci . 3 : 22. doi : 10.3389/neuro.07.022.2009 . PMC 2759332 . PMID  19826493. 
  12. ^ ab Blakeslee, Sandra ; Blakeslee, Matthew. (2007). Тело имеет собственный разум . Random House. стр. 440. ISBN 978-1-4000-6469-4.
  13. ^ Янг Ф., Круггель Ф. (2008). «Автоматическая сегментация борозд человеческого мозга». Анализ медицинских изображений . 12 (4): 442–451. doi :10.1016/j.media.2008.01.003. PMID  18325826.
  14. ^ Seth AK, Dienes Z, Cleeremans A, Overgaard M, Pessoa L (2008). «Измерение сознания: связь поведенческих и нейрофизиологических подходов». Trends in Cognitive Sciences . 12 (8): 314–321. doi :10.1016/j.tics.2008.04.008. PMC 2767381. PMID  18606562 . 
  15. ^ ab Lin SY, Burdine RD (2005). "Асимметрия мозга: переключение слева направо". Current Biology . 15 (9): R343–R345. Bibcode : 2005CBio...15.R343L. doi : 10.1016/j.cub.2005.04.026 . PMID  15886094.
  16. ^ Witten IB, Knudsen EI (2005). «Почему видеть — значит верить: слияние слуховых и визуальных миров». Neuron . 48 (3): 489–496. doi : 10.1016/j.neuron.2005.10.020 . PMID  16269365.
  17. ^ Burr D; Alais D; S. Martinez-Conde (2006). "Глава 14 Объединение визуальной и слуховой информации". Визуальное восприятие - Основы осознания: мультисенсорная интеграция и восприятие высокого порядка . Прогресс в исследовании мозга. Том 155. стр. 243–258. doi :10.1016/S0079-6123(06)55014-9. ISBN 9780444519276. PMID  17027392.
  18. ^ Huddleston WE, Lewis JW, Phinney RE, DeYoe EA (2008). «Картирование слуховых и визуальных движений, основанных на внимании, с общими функциональными параллелями». Perception & Psychophysics . 70 (7): 1207–1216. doi : 10.3758/PP.70.7.1207 . PMID  18927004.
  19. ^ Jaekl PM; Harris, LR (2007). «Аудиовизуальная временная интеграция, измеренная сдвигами в воспринимаемом временном расположении». Neuroscience Letters . 417 (3): 219–224. CiteSeerX 10.1.1.519.7743 . doi :10.1016/j.neulet.2007.02.029. PMID  17428607. S2CID  7420746. 
  20. ^ Кинг, А. Дж. (2005). «Мультисенсорная интеграция: стратегии синхронизации». Current Biology . 15 (9): R339–R341. Bibcode : 2005CBio...15.R339K. doi : 10.1016/j.cub.2005.04.022 . PMID  15886092.
  21. ^ Булкин ДА, Грох ДЖМ (2006). «Видеть звуки: визуальные и слуховые взаимодействия в мозге». Current Opinion in Neurobiology . 16 (4): 415–419. doi :10.1016/j.conb.2006.06.008. PMID  16837186. S2CID  11042371.
  22. ^ Alais D, Burr D (2004). «Эффект чревовещателя возникает в результате почти оптимальной бимодальной интеграции». Current Biology . 14 (3): 257–262. Bibcode : 2004CBio...14..257A. doi : 10.1016/j.cub.2004.01.029 . hdl : 2158/202581 . PMID  14761661. S2CID  3125842.
  23. ^ Сэмюэл АД, Сенгупта П (2005). «Сенсоромоторная интеграция: определение местоположения локомоции в нейронных цепях». Current Biology . 15 (9): R341–R353. Bibcode : 2005CBio...15.R341S. doi : 10.1016/j.cub.2005.04.021 . PMID  15886093.

Внешние ссылки