Сенсорная обработка
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, речь идет о том, как мозг обрабатывает множественные входные сигналы сенсорной модальности . [1] [2] такие как проприоцепция , зрение , слуховая система , тактильная , обонятельная , вестибулярная система , интероцепция и вкус , в полезные функциональные результаты.
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 разные области мозга могут нести исключительную 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.
Обзор
[ редактировать ]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.
Задействованные базовые структуры
[ редактировать ]Всегда считалось, что различные чувства контролируются отдельными долями мозга. [7] называемые 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 единственную сенсорную модальность. [9] Однако 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, при которых функциональная специфичность будет постепенно меняться по всей коре. [10]
Проблемы
[ редактировать ]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]
- Расстройство сенсорной модуляции, при котором пациенты ищут сенсорную стимуляцию из-за чрезмерной или недостаточной реакции на сенсорные стимулы.
- Сенсорно-двигательное расстройство. У пациентов наблюдается неправильная обработка двигательной информации, что приводит к ухудшению двигательных навыков.
- Расстройство сенсорной обработки или расстройство сенсорной дискриминации, которое характеризуется проблемами постурального контроля, невнимательностью и дезорганизацией.
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.
История
[ редактировать ]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 поиске решения проблемы эпилептических припадков , с которой сталкивались его пациенты. 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, позволило Пенфилду составить карту ощущений, которые вызывались стимуляцией различных областей коры. [14] Миссис 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 этих гомункулов прозвали «E = mc² нейробиологии». [12]
Текущие исследования
[ редактировать ]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.
Примеры
[ редактировать ]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 ссылка ] Есть несколько других сенсорных интеграций, которые развились на ранних этапах 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.
Аудиовизуальная система
[ редактировать ]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 этого 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] Такая мультисенсорная интеграция может привести к небольшим искажениям восприятия зрительно-слуховой системы 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.
Сенсомоторная система
[ редактировать ]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.
Дальнейшие исследования
[ редактировать ]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 конечностями. 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.
См. также
[ редактировать ]- Анна Джин Эйрес
- Экологическая чувствительность
- Идеястезия
- Диспраксия
- Координация движений
- Мультисенсорная интеграция
- Музыкальная терапия
- Трудотерапия
- Сенсорно-моторная связь
- Прогнозирующее кодирование
- Чувствительность сенсорной обработки
- Расстройство сенсорной обработки
- Психопатология
- Сенсорная депривация
- Ось кишечник-мозг
- Нейровоспаление
- нейродегенерация
- Двухальтернативный вынужденный выбор
- Аутизм
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Стейн Б.Е., Стэнфорд Т.Р., Роуленд Б.А. (декабрь 2009 г.). «Нейронная основа мультисенсорной интеграции в среднем мозге: ее организация и развитие» . Слышать. Рез . 258 (1–2): 4–15. дои : 10.1016/j.heares.2009.03.012 . ПМЦ 2787841 . ПМИД 19345256 .
- ^ Штейн Б.Е., Роуленд Б.А. (2011). «Организация и пластичность в мультисенсорной интеграции». Повышение эффективности действий и восприятия — мультисенсорная интеграция, нейропластичность и нейропротезирование, часть I. Прогресс в исследованиях мозга. Том. 191. стр. 145–63. дои : 10.1016/B978-0-444-53752-2.00007-2 . ISBN 9780444537522 . ПМЦ 3245961 . ПМИД 21741550 .
- ^ Макалузо Э., Драйвер Дж. (май 2005 г.). «Мультисенсорные пространственные взаимодействия: окно в функциональную интеграцию человеческого мозга». Тенденции нейробиологии . 28 (5): 264–271. дои : 10.1016/j.tins.2005.03.008 . ПМИД 15866201 . S2CID 5685282 .
- ^ Перейти обратно: а б Тодман Д. (2008). «Уайлдер Пенфилд (1891–1976)». Журнал неврологии . 255 (7): 1104–1105. дои : 10.1007/s00415-008-0915-6 . ПМИД 18500490 . S2CID 36953396 .
- ^ Харрисон Б.Дж., Пухоль Дж., Лопес-Сола М., Эрнандес-Рибас Р., Деус Дж. и др. (2008). «Последовательность и функциональная специализация в мозговой сети режима по умолчанию» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (28): 9781–9786. Бибкод : 2008PNAS..105.9781H . дои : 10.1073/pnas.0711791105 . ПМЦ 2474491 . ПМИД 18621692 .
- ^ Ванцетта I, Гринвальд А (2008). «Связь между активностью нейронов и микроциркуляцией: значение для функциональной визуализации мозга» . Журнал HFSP . 2 (2): 79–98. дои : 10.2976/1.2889618 . ПМЦ 2645573 . ПМИД 19404475 .
- ^ Пиротт Б., Вурдекер П., Нойгрошль С. и др. (июнь 2008 г.). «Сочетание нейронавигации под контролем функциональной магнитно-резонансной томографии и интраоперационного картирования коры головного мозга улучшает направленность стимуляции моторной коры при нейропатической боли» . Нейрохирургия . 62 (6 Приложение 3): 941–56. дои : 10.1227/01.neu.0000333762.38500.ac . ПМИД 18695580 . S2CID 207141116 .
- ^ Хагманн П., Каммун Л., Жиганде Х., Меули Р., Хани С.Дж. и др. . (2008). Фристон, Карл Дж. (ред.). «Олсен Картирование структурного ядра коры головного мозга человека» . ПЛОС Биология . 6 (7): 1479–1493. дои : 10.1371/journal.pbio.0060159 . ПМЦ 2443193 . ПМИД 18597554 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ 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 .
- ^ Гонсало, Дж. (1945, 1950, 1952, 2010, 2023). Мозговая динамика , открытый доступ . Факсимильное издание Тома 1, 1945 г., Том 2, 1950 г. (Мадрид: Inst. S. Ramón y Cajal, CSIC), Приложение I, 1952 г. (Trab. Inst. Cajal Invest. Biol.) и 1-е изд. Дополнение II. Тематическая сеть по искусственным/естественным вычислительным технологиям (RTNAC) и Университет Сантьяго-де-Компостела (USC). ISBN 978-84-9887-458-7. Издание на английском языке Brain Dynamics , 2023 г. (тома 1 и 2, дополнения I и II), Ediciones CSIC, открытый доступ .
- ^ Миллер Л.Дж., Нильсен Д.М., Шон С.А., Бретт-Грин, бакалавр искусств (2009). «Перспективы расстройств сенсорной обработки: призыв к трансляционным исследованиям» . Фронт Интегр Неврологии . 3:22 . doi : 10.3389/neuro.07.022.2009 . ПМЦ 2759332 . ПМИД 19826493 .
- ^ Перейти обратно: а б Блейксли, Сандра ; Блейксли, Мэтью. (2007). Тело имеет собственный разум . Случайный дом. стр. 440 . ISBN 978-1-4000-6469-4 .
- ^ Ян Ф., Круггель Ф. (2008). «Автоматическая сегментация бороздок головного мозга человека». Анализ медицинских изображений . 12 (4): 442–451. дои : 10.1016/j.media.2008.01.003 . ПМИД 18325826 .
- ^ Сет А.К., Динес З., Клиреманс А., Овергаард М., Пессоа Л. (2008). «Измерение сознания: соотношение поведенческих и нейрофизиологических подходов» . Тенденции в когнитивных науках . 12 (8): 314–321. дои : 10.1016/j.tics.2008.04.008 . ПМЦ 2767381 . ПМИД 18606562 .
- ^ Перейти обратно: а б Лин С.Ю., Бурдин Р.Д. (2005). «Асимметрия мозга: переключение слева направо» . Современная биология . 15 (9): Р343–Р345. Бибкод : 2005CBio...15.R343L . дои : 10.1016/j.cub.2005.04.026 . ПМИД 15886094 .
- ^ Виттен И.Б., Кнудсен Э.И. (2005). «Почему увидеть значит поверить: объединение слухового и визуального миров» . Нейрон . 48 (3): 489–496. дои : 10.1016/j.neuron.2005.10.020 . ПМИД 16269365 .
- ^ Берр Д; Алаис Д; С. Мартинес-Конде (2006). «Глава 14 Объединение зрительной и слуховой информации». Визуальное восприятие — основы осознанности: мультисенсорная интеграция и восприятие высокого порядка . Прогресс в исследованиях мозга. Том. 155. С. 243–258. дои : 10.1016/S0079-6123(06)55014-9 . ISBN 9780444519276 . ПМИД 17027392 .
- ^ Хаддлстон В.Е., Льюис Дж.В., Финни Р.Э., ДеЙо Э.А. (2008). «Сопоставление видимых движений, основанных на слуховом и зрительном внимании, имеет функциональные параллели» . Восприятие и психофизика . 70 (7): 1207–1216. дои : 10.3758/ПП.70.7.1207 . ПМИД 18927004 .
- ^ Джакл ПМ; Харрис, ЛР (2007). «Слухово-визуальная временная интеграция, измеряемая изменениями в воспринимаемом временном местоположении». Письма по неврологии . 417 (3): 219–224. CiteSeerX 10.1.1.519.7743 . дои : 10.1016/j.neulet.2007.02.029 . ПМИД 17428607 . S2CID 7420746 .
- ^ Кинг, Эй Джей (2005). «Мультисенсорная интеграция: стратегии синхронизации» . Современная биология . 15 (9): Р339–Р341. Бибкод : 2005CBio...15.R339K . дои : 10.1016/j.cub.2005.04.022 . ПМИД 15886092 .
- ^ Булкин Д.А., Гро Дж.М. (2006). «Видение звуков: зрительные и слуховые взаимодействия в мозгу». Современное мнение в нейробиологии . 16 (4): 415–419. дои : 10.1016/j.conb.2006.06.008 . ПМИД 16837186 . S2CID 11042371 .
- ^ Алаис Д., Берр Д. (2004). «Эффект чревовещателя возникает в результате почти оптимальной бимодальной интеграции» . Современная биология . 14 (3): 257–262. Бибкод : 2004CBio...14..257A . дои : 10.1016/j.cub.2004.01.029 . hdl : 2158/202581 . ПМИД 14761661 . S2CID 3125842 .
- ^ Сэмюэл А.Д., Сенгупта П. (2005). «Сенсомоторная интеграция: определение местоположения движения в нейронных цепях» . Современная биология . 15 (9): Р341–Р353. Бибкод : 2005CBio...15.R341S . дои : 10.1016/j.cub.2005.04.021 . ПМИД 15886093 .