Сенсорная карта

Сенсорная карта — это область мозга , которая реагирует на сенсорную стимуляцию и пространственно организована в соответствии с некоторыми особенностями сенсорной стимуляции. В некоторых случаях сенсорная карта представляет собой просто топографическое представление сенсорной поверхности, такой как кожа , улитка или сетчатка . В других случаях он представляет другие свойства стимула, возникающие в результате нейронных вычислений, и обычно упорядочивается таким образом, чтобы отражать периферию. Примером может служить соматосенсорная карта, представляющая собой проекцию поверхности кожи в мозге, регулирующую обработку тактильных ощущений. Этот тип соматотопической карты является наиболее распространенным, возможно, потому, что он позволяет физически соседним областям мозга реагировать на физически схожие стимулы на периферии или потому, что он обеспечивает больший двигательный контроль.

Соматосенсорная кора примыкает к первичной моторной коре, которая нанесена на карту 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 мозге, или что аналогичные функции обрабатываются, как на карте детекторов признаков или ретинотопической карте. карта, или что временные коды используются в организации, как в картах чувства направления совы через межушную разницу во времени между ушами. Эти примеры существуют в отличие от несопоставленных или случайно распределенных шаблонов обработки. Примером некартированной системы сенсорной обработки является обонятельная система, в которой несвязанные запахи обрабатываются параллельно в обонятельной луковице. Помимо некартированной и картированной обработки, стимулы могут обрабатываться с использованием нескольких карт, как в зрительной системе человека.

Нейробиология

Сенсорные карты создаются в основном в соматосенсорной коре, также называемой сенсорной корой. Центральная нервная система прикреплена к этой коре и всем другим частям тела организма. И соматосенсорная кора, и центральная нервная система состоят из нейронов, которые создают ассоциации друг с другом для передачи электрических импульсов по всему телу.

Центральная нервная система, узнав о различных стимулах вне тела, посылает сигналы в мозг. Эти сигналы посылаются различными частями тела, например, слуховой системой, системой, использующей осязание, и зрительной системой. Каждая система создает разные сенсорные карты, которые позволяют более тщательно анализировать окружение организма. Для одной сенсорной системы существует несколько карт, анализирующих стимул. Эти карты работают вместе, чтобы собрать пространственную, характеристическую информацию и информацию о действиях из окружающей среды. Затем организм действует на основе полученной и уже имеющейся информации. Ученые предполагают, что эти нервные связи все больше разрастались в течение жизни организма, а также генетически передавались от предыдущих поколений.

Функции

Нанесенные на карту области сенсорной обработки представляют собой сложное явление и, следовательно, должны служить адаптивным преимуществом, поскольку в противном случае возникновение сложных явлений маловероятно. Сенсорные карты также очень стары в истории эволюции, поскольку они почти повсеместно распространены у всех видов животных и встречаются почти во всех сенсорных системах. 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 существовать несколько разных карт, работающих вместе для анализа различных аспектов стимула. Некоторые преимущества сенсорных карт были выявлены научными исследованиями:

• Адаптация: Карты можно корректировать с помощью стимулов, выходящих за рамки их первоначального создания. Например: если сенсорная карта была создана с помощью визуальной стимуляции, слуховые стимулы, которые выражают информацию, отличную от той, которую видели раньше, могут скорректировать сенсорную карту и сделать ее более точной в понимании окружения организма. Сенсорные карты содержат адаптивную характеристику, которая позволяет 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 топографического паттерна, животное может «заполнить» недостающую информацию, используя соседние области карты, поскольку они обычно активируются вместе, когда вся информация собрана. подарок. 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, когда нейроны, граничащие с пораженной или поврежденной областью мозга (которая раньше обрабатывала ощущение осязания руки), восстанавливали обработку этой сенсорной области, поскольку они обрабатывали информацию из соседних областей руки.
• Латеральное торможение. Латеральное торможение является организующим принципом, оно обеспечивает контраст во многих системах, от зрительной до соматосенсорной. Это означает, что если соседние области подавляют друг друга, то стимуляция, активирующая одну область мозга, может одновременно подавлять соседние области мозга, создавая более четкое разрешение между стимулами. Это очевидно в зрительной системе человека, где между яркими и темными областями можно обнаружить резкие линии из-за простых клеток , которые подавляют своих соседей. Исследования показывают, что два разных типа стимулов могут посылать сигналы в центральную нервную систему, а самый последний из них может изменить другой стимул. На построение сенсорных карт посредством сенсорного торможения может сильно влиять время. Новизна и повторение между двумя стимулами, связанными друг с другом, корректируют сенсорные карты для наиболее точного понимания окружающей среды человека. Латеральное торможение также помогает различать два разных стимула, когда предполагается, что они объединены. Например, в фильме или видео, где звук и изображение должны быть синхронными. Если время звука отличается от времени изображения на экране, латеральное торможение помогает человеку различать, когда звук и изображения были синхронными, а когда они были синхронными.
• Суммирование: Организация также позволяет суммировать связанные стимулы при нейронной оценке сенсорной информации. Примеры этого можно найти в суммировании тактильных входных сигналов нейронов или зрительных сигналов при слабом освещении. в анализе данных в науке и корпорациях, поскольку он служит примером иерархического порядка, обеспечивающего эффективность.
• Поведенческое влияние: Сенсорные карты связаны с двигательными рефлексами, которые реагируют на сенсорную информацию. Другими словами, сенсорная и моторная системы переплетаются сенсорными картами. Реакции на стимулы основаны на иерархической системе, которая упорядочивает наиболее важные стимулы до наименьшего. Затем двигательная система реагирует или не реагирует в зависимости от уровня важности.

Типы

Топографические карты

Основная статья: Топографическая карта (нейроанатомия)

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 внутри мозга. Это означает, что организация на периферии отражает порядок обработки информации в мозгу. Эта организация может быть соматотопической, как в тактильном осязании, или тонотопическом, как в ухе, так и ретинотопическая карта, расположенная в мозгу по мере расположения клеток на сетчатке. Нейроны на поверхности тела играют важную роль в нашей повседневной жизни. С частями поверхности тела связано больше нейронов, когда роль нейрона более важна, чем роль других нейронов, в отношении нашего благополучия.

По мнению ученых, фантомные конечности активируют сенсорные карты. Поскольку фактической связи между конечностью ампутированного человека и остальной частью тела нет, предполагается, что, когда конечность была отделена от остального тела, сенсорные карты, созданные 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, расположены так же, как и тело. Эта сенсорная карта преувеличивает определенные области, которые имеют много периферических сенсорных клеток, таких как губы и руки, и одновременно уменьшает относительное пространство для обработки областей с небольшим количеством рецепторов, таких как спина.
• Волосковые клетки слуховой системы обладают тонотопической организацией. Такое тонотопическое расположение означает, что клетки располагаются в диапазоне от низкой частоты до высокой частоты и обрабатываются в одной и той же организации внутри мозга.

Расчетные карты

Эти карты полностью организованы в нервной системе или организованы таким образом, которого нет на периферии. Сенсорная информация для вычислительных карт поступает от слуховых и зрительных стимулов. Таким образом, любая слуховая или визуальная информация, созданная с помощью нейронных вычислений, то есть когда мозг связывает два или более бита информации, чтобы получить из них некоторую новую информацию, может объединиться, чтобы изменить уже существующую сенсорную карту, включив в нее новую информацию. . Часто эти карты включают в себя сравнение, например, при выполнении вычитания для получения временной задержки, двух стимулов, таких как входящая звуковая информация из разных ушей, чтобы получить ценный новый бит информации об этих стимулах и о том, где они возникли. Только что описанный процесс происходит в нервной системе совы очень быстро.

Примеры

• Карта Джеффреса представляла собой теорию того, как мозг может вычислять межушную разницу во времени (ITD) или разницу во времени прибытия стимула между двумя ушами. Джеффрес был известен созданием теоретического механизма для создания карты места на основе временной информации. Это объясняло, как у некоторых животных может быть «карта поиска», откуда исходит звук. Нейронная система вычисляет это ITD в слуховой системе совы, и было обнаружено, что реальная нейронная система почти точно соответствует теории карты Джеффреса. Карта Джеффреса показывает, как сигналы ITD используются для определения расстояния и направления у совы.
• Детекторы функций в визуальной системе — еще один пример вычислительных карт. Ни одна часть физической системы глаз на самом деле не анализирует особенности, как это делают простые клетки мозга. Эта система хорошо изучена у лягушек. Известно, что лягушки обнаруживают в окружающей среде особые «червеподобные» особенности и, полностью контролируемые нервной системой, бросаются на них, даже если они представляют собой серию белых квадратов в линии, имитирующую обычного червя. Создание иллюзий на наших сенсорных картах — это способ, с помощью которого организмы восполняют неизвестную информацию об окружающей среде.
• Существует также сравнение частотной модуляции с частотной модуляцией в летучих мышей слуховой системе , которая используется в эхолокации. Это сравнение FM-FM определяет флаттер цели и стало известным благодаря работе Шуги.
• Когда двигательную и сенсорную системы изучали на примере рыб, ученые обнаружили, что между ними можно составить вычислительные карты. Рыбы, у которых центральная нервная система была инактивирована, ради определенного придатка скорректировали свое прежнее естественное поведение. Ученые полагают, что сенсорная информация часто предшествует действиям и решениям, принимаемым организмами. Таким образом, когда есть дополнительная информация, предоставляемая внешними стимулами, или ее отсутствие, их поведение меняется, чтобы адаптироваться к новой среде.

Абстрактные карты

Абстрактные карты — это карты, которые также создаются стимулами вне организма, но у них нет поверхности, с помощью которой они создают карту в мозгу. Они упорядочены, как топографические и вычислительные карты, но их характеристики абстрактны. Эти типы карт связаны с восприятием цвета.

Внешние ссылки

• [1]