Фильтрация стимулов

Фильтрация стимулов животного происходит, когда нервная система не реагирует на стимулы , которые в противном случае вызвали бы реакцию. Нервная система развила способность воспринимать и различать мельчайшие различия в стимулах, что позволяет животному реагировать только на значительные толчки. Это позволяет животному экономить энергию, поскольку оно не реагирует на неважные сигналы.

Адаптивное значение

Непосредственными причинами фильтрации стимулов могут быть многие факторы в среде обитания животного и вокруг нее, но конечной причиной этой реакции может быть эволюционное преимущество, обеспечиваемое фильтрацией стимулов. Животное, которое экономит энергию, не реагируя на ненужные стимулы, может иметь повышенную приспособленность , а это означает, что оно сможет производить больше потомства, тогда как животное, которое не фильтрует стимулы, может иметь пониженную приспособленность из-за истощения запасов энергии. Животное, которое практикует фильтрацию стимулов, также может с большей вероятностью адекватно реагировать на серьезные угрозы, чем животное, которое отвлекается на неважные стимулы.

Физиологический механизм

Когда животное получает определенные сигналы, нейроны высшего ранга определяют, какие сигналы достаточно важны для сохранения, а какие сигналы несущественны и их можно игнорировать. По сути, этот процесс работает как фильтр, поскольку синапсы нейронной сети усиливают одни сигналы и подавляют другие, при этом простые стимулы получают внимание от нейронов более низкого уровня, а более сложные стимулы получают внимание от нейронов более высокого уровня.

Отношение к людям

Фильтрация стимулов также наблюдается у людей в повседневной жизни. Эффект коктейльной вечеринки относится к ситуации, когда люди в переполненной комнате склонны игнорировать другие разговоры и просто сосредотачиваются на том, в котором они участвуют. Этот эффект также работает в том смысле, что, когда человек слышит свое имя в чужом разговоре, он сразу же сосредотачивается на этом. беседа.

Примеры

Мотыльки

Эволюция слуховой системы мотыльков помогла им избежать летучей мыши эхолокации . Физически у бабочки есть два уха на каждой стороне грудной клетки , где они получают ультразвуковые индикаторы, позволяющие слышать отчетливые вокализации, которые затем вызывают вибрацию мембран ушей бабочки в одном из двух слуховых рецепторов: А1 или А2. Они прикрепляются к барабанной перепонке уха. Интенсивные волны звукового давления проносятся по телу бабочки, вызывая вибрацию барабанной перепонки и деформируя эти рецепторные клетки. Это открывает чувствительные к растяжению каналы в клеточной мембране и обеспечивает эффективные стимулы для слуховых рецепторов моли. Эти рецепторы работают так же, как и большинство нейронов , реагируя на энергию, содержащуюся в выбранных стимулах, и изменяя проницаемость клеточных мембран для положительно заряженных ионов. Несмотря на то, что рецепторы А1 и А2 работают одинаково, между ними существуют существенные различия. Рецептор А1 является основным детектором летучих мышей, и по мере увеличения скорости стрельбы мотылек отворачивается от летучей мыши, чтобы уменьшить эхо сонара. Другими словами, рецептор А1 чувствителен к низким частотам. Чтобы определить относительное положение летучей мыши, разная скорость срабатывания ячеек А1 будет срабатывать по обе стороны от головы мотылька, а если летучая мышь находится дальше, клетки получают более слабый сигнал и будут срабатывать с меньшей скоростью. Рецептор А2 представляет собой аварийную резервную систему, инициирующую беспорядочные полетные движения в качестве последней попытки избежать захвата. Эта дифференциальная чувствительность сенсорных нейронов А1 и А2 приводит к фильтрации стимулов вокализаций летучих мышей. Тактика уклонения на большие расстояния применяется, когда летучая мышь находится далеко, и поэтому срабатывают сенсорные нейроны А1. Когда летучая мышь находится на очень близком расстоянии, применяется тактика уклонения на короткое расстояние с использованием сенсорных нейронов А2. Адаптивная ценность физиологических механизмов двух различных рецепторов помогает избежать поимки летучими мышами.

Паразитоидные мухи

Самки мух рода Ormia ochracea обладают органами в теле, которые могут улавливать частоты звуков сверчка на расстоянии нескольких метров. Этот процесс важен для выживания их вида, поскольку самки откладывают личинок первой возрастной стадии в тело сверчка, где они будут питаться и линять в течение примерно семи дней. По истечении этого срока личинки превращаются в мух, и сверчок обычно погибает.

Исследователи были озадачены тем, как точный слух может возникнуть из-за маленькой структуры уха. Нормальные животные обнаруживают и определяют местонахождение звуков, используя межушную разницу во времени (ITD) и межушную разницу уровней (ILD). ITD — это разница во времени, за которое звук достигает уха. ILD – это разница в интенсивности звука между обоими ушами. Максимум ITD будет достигать всего около 1,5 микросекунд, а ILD будет менее одного децибела. Эти небольшие значения затрудняют восприятие различий. Чтобы решить эти проблемы, исследователи изучили механические аспекты ушей мух. Они обнаружили, что у них есть структура предгрудины, соединяющая обе барабанные перепонки, что имеет решающее значение для обнаружения звука и его локализации. Структура действует как рычаг, передавая и усиливая вибрационную энергию между мембранами. После того, как звук достигает мембран с разной амплитудой, предгрудинная кость устанавливает симметричные режимы вибрации посредством изгиба и покачивания. Этот эффект помогает нервной системе различать, с какой стороны доносится звук. Поскольку предгрудинная кость действует как межтимпанальный мост, ITD увеличивается с 1,5 до 55 мкс, а ILD увеличивается с менее чем одного децибела до более 10 децибел.

Изучая нервную систему мух, исследователи обнаружили три слуховых афферента . Первый тип вызывает только один всплеск перед началом стимула, имеет низкий джиттер (изменение времени в зависимости от предъявления стимула), отсутствие спонтанной активности и является наиболее распространенным типом. Второй тип вызывает от двух до четырех импульсов в начале стимула, имеет повышенный джиттер при последующих спайках и имеет низкую спонтанную активность. Наконец, третий тип имеет тонические всплески на предъявленный стимул, имеет низкий джиттер только при первых всплесках, имеет низкую спонтанную активность и является наименее распространенным типом. Исследователи обнаружили, что нейроны сильнее всего реагировали на звуковые частоты от 4 до 9 кГц, включая частоты, присутствующие в песнях крикета. Кроме того, было обнаружено, что нейроны сильнее всего реагировали на частоте 4,5 кГц, которая является частотой песни Гриллуса. Несмотря на тип слухового афферента, во всех наблюдаемых нейронах наблюдалась обратная/латентная зависимость. Чем сильнее стимул, тем короче время, прежде чем нейрон начнет реагировать. Разница в количестве афферентов выше порога на стороне животного называется популяционным кодом и может быть использована для объяснения локализации звука.

Рыба-мичман

подвергаются Самки рыб-гардемаринов фильтрации стимулов, когда приходит время спариваться с самцом. Рыбы-гардемарины используют фильтрацию стимулов, когда слушают звуки, издаваемые подводными видами. Доминирующие сигналы под водой находятся в диапазоне 60–120 Гц, что обычно является наиболее чувствительным к слуховому рецептору рыбы. Однако слуховая система самок сезонно меняется на акустические раздражители в песнях самцов-гардемаринов. Летом, когда самки рыб-гардемаринов размножаются, они слушают жужжание самцов, частота которого может достигать 400 Гц. Лето — сезон размножения самок, поэтому их слух более чувствителен к высокой частоте жужжания самцов.

Дальнейшее чтение

• Паразитическая муха на сверчке [Фотография]. (2009, 30 июля).
• Итак, ты перегружен, да? [Фотография]. (2013).
• Университет Уэйк Форест. (2007, 30 мая). Изображение летучей мыши и мотылька, сделанное высокоскоростной инфракрасной камерой [Фотография].