Сенсорная обработка — это процесс, который организует и отличает 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 входные сенсорные модальности , [1] [2], такие как проприоцепция , зрение , слуховая система , тактильная , обонятельная , вестибулярная система , интероцепция и вкус, в полезные функциональные выходные данные.
В течение некоторого времени считалось, что сигналы от разных органов чувств обрабатываются в разных 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 не могут нести ответственность только за одну сенсорную модальность , но могут использовать несколько входных сигналов для восприятия того, что тело чувствует об окружающей среде. Мультисенсорная интеграция необходима практически для каждой деятельности, которую мы выполняем, поскольку комбинация нескольких сенсорных входов необходима для понимания нашего окружения.
В течение некоторого времени считалось, что сигналы от разных органов чувств обрабатываются в разных областях мозга, что связано с системной нейробиологией . С помощью функциональной нейровизуализации можно увидеть, что сенсорно-специфическая кора активируется различными входными сигналами. Например, области затылочной коры связаны со зрением, а области верхней височной извилины являются получателями слуховых сигналов. Существуют исследования, предполагающие более глубокие мультисенсорные конвергенции, чем те, которые были перечислены ранее в сенсорно-специфической коре. Эта конвергенция множества сенсорных модальностей известна как мультисенсорная интеграция.
Сенсорная обработка связана с тем, как мозг обрабатывает сенсорную информацию от нескольких сенсорных модальностей. К ним относятся пять классических чувств: зрение (зрение), слух (слух), тактильная стимуляция ( осязание ), обоняние (обоняние) и вкусовка (вкус). Существуют и другие сенсорные модальности, например вестибулярное чувство (равновесие и чувство движения) и проприоцепция (ощущение знания своего положения в пространстве). Наряду со временем (чувство знания того, где человек находится во времени или в действиях). Важно, чтобы информация этих различных сенсорных модальностей была взаимосвязанной. Сами сенсорные входы представляют собой разные электрические сигналы и в разных контекстах. [6] Посредством сенсорной обработки мозг может связать все сенсорные сигналы в единое восприятие, на котором в конечном итоге основывается наше взаимодействие с окружающей средой.
Всегда считалось, что различные чувства контролируются отдельными долями мозга, [7] называемыми проекционными областями . Доли головного мозга — это классификации, которые разделяют мозг как анатомически, так и функционально. [8] Этими долями являются лобная доля, отвечающая за сознательное мышление, теменная доля, ответственная за зрительно-пространственную обработку, затылочная доля, ответственная за зрение, и височная доля, ответственная за обоняние и звук. С самых ранних времен неврологии считалось, что эти доли несут исключительную ответственность за свою единственную сенсорную модальность. [9] Однако новые исследования показали, что это не совсем так. Стоит отметить, что в середине 20-го века Гонсало провел исследование, которое привело его к установлению корковых функциональных градиентов, при которых функциональная специфичность будет постепенно меняться по всей коре. [10]
Иногда может возникнуть проблема с кодированием сенсорной информации. Это расстройство известно как расстройство сенсорной обработки (SPD) . Это расстройство можно разделить на три основных типа. [11]
Для лечения СПД используется несколько методов лечения. Анна Джин Эйрес утверждала, что ребенку нужна здоровая «сенсорная диета», то есть все виды деятельности, которыми занимаются дети, которая дает им необходимые сенсорные сигналы, необходимые для того, чтобы мозг улучшил обработку сенсорной информации.
В 1930-х годах Уайлдер Пенфилд проводил очень странную операцию в Монреальском неврологическом институте. [12] Пенфилд «был пионером во внедрении нейрофизиологических принципов в практику нейрохирургии . [ 4] [13] Пенфилд был заинтересован в поиске решения проблемы эпилептических припадков , с которыми сталкивались его пациенты. Он использовал электрод для стимуляции различных областей. Этот процесс привел к публикации его книги «Кора головного мозга человека». «Картирование» ощущений, которые испытывали его пациенты, привело Пенфилда к составлению схемы. ощущения, которые были вызваны стимуляцией различных областей коры головного мозга. [14] Г-жа Х. П. Кэнтли была художницей, которую Пенфилд нанял для иллюстрации своих открытий. Результатом стала концепция первого сенсорного гомункула .
Гомонкулус — это визуальное представление интенсивности ощущений , исходящих от разных частей тела. Уайлдер Пенфилд и его коллега Герберт Джаспер разработали монреальскую процедуру, используя электрод для стимуляции различных частей мозга, чтобы определить, какие части являются причиной эпилепсии. Затем эту часть можно будет удалить хирургическим путем или изменить, чтобы восстановить оптимальную работу мозга. Выполняя эти тесты, они обнаружили, что функциональные карты сенсорной и моторной коры схожи у всех пациентов. Из-за своей новизны для того времени эти гомонкулы были провозглашены «E = mc² нейробиологии». [12]
До сих пор нет однозначных ответов на вопросы о взаимосвязи между функциональными и структурными асимметриями в мозге . [15] В человеческом мозге существует ряд асимметрий, включая то, как обработка речи происходит главным образом в левом полушарии мозга . Однако были случаи, когда люди обладали языковыми навыками, сравнимыми с теми, кто использует левое полушарие для обработки речи, но в основном использовали правое или оба полушария. В этих случаях существует вероятность того, что в некоторых когнитивных задачах функция может не следовать структуре. [15] Текущие исследования в области сенсорной обработки и мультисенсорной интеграции направлены на то, чтобы раскрыть тайны концепции латерализации мозга .
Исследования сенсорной обработки могут многое предложить для понимания функции мозга в целом. Основная задача мультисенсорной интеграции — выявить и упорядочить огромное количество сенсорной информации в организме с помощью множества сенсорных модальностей. Эти модальности не только не являются независимыми, но и вполне дополняют друг друга. Если одна сенсорная модальность может дать информацию об одной части ситуации, другая модальность может получить другую необходимую информацию. Объединение этой информации способствует лучшему пониманию физического мира вокруг нас.
Может показаться излишним, что нам предоставляют множество сенсорных данных 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, действительно происходит. Восприятие мира основано на моделях мира, которые мы строим. Сенсорная информация информирует эти модели, но эта информация также может сбить их с толку. Сенсорные иллюзии возникают, когда эти модели не совпадают. Например, если в одном случае наша зрительная система может обмануть нас, то наша слуховая система может вернуть нас в основную реальность. Это предотвращает сенсорные искажения, поскольку благодаря сочетанию нескольких сенсорных модальностей модель, которую мы создаем, становится гораздо более надежной и дает лучшую оценку ситуации. Если рассуждать логически, гораздо легче обмануть одно чувство, чем одновременно обмануть два или более чувств.
Одним из самых ранних ощущений является обонятельное ощущение. Эволюционно вкусовые ощущения и обоняние развивались одновременно. Эта мультисенсорная интеграция была необходима древним людям, чтобы гарантировать, что они получают правильное питание из пищи, а также для того, чтобы убедиться, что они не потребляют ядовитые материалы. [ нужна цитация ] Есть несколько других сенсорных интеграций, которые развились на ранних стадиях эволюции человека. Интеграция зрения и слуха была необходима для пространственного картирования. Интеграция между зрением и тактильными ощущениями развивалась вместе с нашей более мелкой моторикой, включая лучшую зрительно-моторную координацию. В то время как люди превратились в двуногих организмов, баланс стал экспоненциально более важным для выживания. Мультисенсорная интеграция между зрительными, вестибулярными (балансовыми) входами и проприоцептивными входами сыграла важную роль в нашем развитии прямоходящих людей.
Возможно, одной из наиболее изученных сенсорных интеграций является взаимосвязь 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 мира. Это связано с тем, что визуальная пространственная информация является одной из наиболее надежных сенсорных модальностей. Зрительные стимулы записываются непосредственно на сетчатку, и внешних искажений, которые предоставляют мозгу неверную информацию об истинном местоположении объекта, практически нет. [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 сигнал можно легко модифицировать или изменить, что дает менее надежное пространственное представление объекта. [19] Таким образом, слуховая информация не представлена пространственно, в отличие от зрительных стимулов. Но как только у вас есть пространственная карта на основе визуальной информации, мультисенсорная интеграция помогает объединить информацию как от зрительных, так и от слуховых стимулов, чтобы создать более надежное отображение.
Были проведены исследования, которые показывают, что существует динамический нейронный механизм для сопоставления слуховых и зрительных сигналов от события, которое стимулирует несколько чувств . [20] Одним из наблюдаемых примеров является то, как мозг компенсирует расстояние до цели. Когда вы разговариваете с кем-то или наблюдаете, как что-то происходит, слуховые и зрительные сигналы не обрабатываются одновременно, но воспринимаются как одновременные. [21] Такого рода мультисенсорная интеграция может привести к небольшим искажениям восприятия в зрительно-слуховой системе в виде эффекта чревовещания . [22] Примером эффекта чревовещания является то, что голос человека по телевизору исходит изо рта, а не из динамиков телевизора. Это происходит из-за уже существующего пространственного представления в мозгу, которое запрограммировано думать, что голоса исходят изо рта другого человека. Это приводит к тому, что визуальный отклик на аудиовход пространственно искажается и, следовательно, смещается.
Координация рук и глаз является одним из примеров сенсорной интеграции. В этом случае нам требуется тесная интеграция того, что мы воспринимаем об объекте визуально, и того, что мы воспринимаем тактильно об этом же объекте. Если бы эти два чувства не были объединены в мозгу, у человека было бы меньше возможностей манипулировать объектом. Координация глаз и рук – это тактильное ощущение в контексте зрительной системы. Зрительная система очень статична, поскольку она мало двигается, но руки и другие части, используемые для сбора тактильных ощущений, могут свободно перемещаться. Это движение рук должно быть включено в картографирование как тактильных, так и зрительных ощущений, иначе нельзя было бы понять, куда они двигают руками, к чему прикасаются и на что смотрят. Примером этого является взгляд на младенца. Младенец берет предметы и кладет их в рот или прикасается ими к ногам или лицу. Все эти действия завершаются формированием пространственных карт в мозгу и осознанием того, что «Эй, та штука, которая перемещает этот объект, на самом деле является частью меня». Увидеть 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 сенсорной интеграции.
В будущем исследования сенсорной интеграции будут использоваться, чтобы лучше понять, как различные сенсорные модальности встроены в мозг и помогают 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 двигательной активности. Дополнительные исследования сенсомоторной системы могут помочь понять, как контролируются эти движения. [23] Это понимание потенциально может быть использовано, чтобы узнать больше о том, как улучшить протезирование , и в конечном итоге помочь пациентам, потерявшим способность пользоваться конечностью. Кроме того, если вы узнаете больше о том, как могут сочетаться различные сенсорные сигналы, это может оказать глубокое влияние на новые инженерные подходы с использованием робототехники . Сенсорные устройства робота могут принимать входные данные разных модальностей, но если мы лучше поймем мультисенсорную интеграцию, мы сможем запрограммировать этих роботов так, чтобы они преобразовывали эти данные в полезный вывод, который лучше служил бы нашим целям.
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )