Filtrarea informatiilor senzoriale - filtrarea semnalelor aferente de catre sistemul nervos . Ca urmare a unei astfel de filtrări, doar o parte din informațiile senzoriale primite de nivelurile anterioare intră în anumite niveluri de procesare.
În literatura engleză, se folosește termenul sensory gating (din engleză gate , gate), folosind o comparație a unui filtru de informații cu o poartă care poate trece sau bloca semnalele senzoriale.
Filtrarea are loc la diferite niveluri ale sistemului nervos - în măduva spinării , trunchiul cerebral , talamus , cortexul cerebral și alte structuri. Funcțiile acestei reglementări sunt, de asemenea, diferite, deoarece informațiile senzoriale sunt utilizate de sistemul nervos într-o varietate de moduri.
Au fost identificate mai multe mecanisme de filtrare: inhibiție presinaptică și postsinaptică, adaptare, influențe ascendente și descrescătoare, oscilații neuronale și altele. Semnalele senzoriale sunt reglate în timpul mișcării, reglarea posturii, procesarea neuronală a informațiilor vizuale , auditive , somatosenzoriale , precum și mirosul și gustul . Senzațiile de durere sunt și ele reglate [1] . Un exemplu de blocare semnificativă a informațiilor senzoriale este somnul .
Încălcările procesului de filtrare a informațiilor senzoriale pot duce la tulburări neurologice , psihologice și psihiatrice .
Sistemele biologice sunt în permanentă interacțiune cu lumea exterioară, informații despre care primesc folosind organele sistemelor senzoriale: vederea , auzul , mirosul , gustul , atingerea , propriocepția , sistemul vestibular .
Detectarea semnalelor este de obicei împiedicată de interferențe - zgomot de diferite tipuri (origine externă și internă). În plus, informațiile pe care sistemul nervos le primește prin intermediul simțurilor sunt redundante; informațiile utile din acesta sunt amestecate cu o masă de semnale inutile. Procesul de filtrare a fluxului senzorial este prima verigă în procesul de detectare a unui semnal pe fundalul zgomotului senzorial. Deci, o persoană nu simte iritația constantă a receptorilor pielii, care este produsă de hainele pe care le poartă și nu acordă atenție presiunii pe care o exercită scaunul scaunului asupra sa. Sistemul nervos al unei gimnaste care efectuează un exercițiu pe bârnă de echilibru folosește în mod activ informații vestibulare, proprioceptive și vizuale, dar ignoră semnalele auditive (strigătele din public). Într -un vis , creierul este practic deconectat de la semnalele senzoriale (de unde și expresia: trezește-te dintr-un tun).
Reglarea fluxului de informații senzoriale este absolut esențială pentru funcționarea normală a creierului. Fără el, sistemul nervos nu ar fi capabil să genereze răspunsuri adecvate la stimulii externi, să filtreze și să distribuie informații senzoriale atunci când controlează mișcările, să se concentreze pe obiecte și acțiuni importante și să ignore stimuli neimportanti și să asigure un somn normal .
Vorbind despre filtrarea informațiilor senzoriale , psihologii , de regulă, se referă la procesarea primară, inconștientă, a semnalelor senzoriale. Când vine vorba de percepția conștientă, ei folosesc termenul de atenție focală sau atenție selectivă .
În literatura neurofiziologică , termenul este folosit într-un sens mai larg. Acesta include adesea atât procesarea inconștientă a semnalelor senzoriale, cât și percepția lor conștientă.
Această diferență în utilizarea terminologiei se datorează faptului că, pentru psihologi, împărțirea activității creierului în conștient și subconștient este unul dintre conceptele principale, în timp ce neurofiziologii studiază rețelele neuronale specifice responsabile de procesarea informațiilor și nu se concentrează pe distincția dintre procese conștiente și inconștiente. De exemplu, receptorii înșiși (aparent cea mai inferioară parte a lanțului senzorial) sunt controlați de părțile superioare ale creierului prin nervii eferenți . Un exemplu este inervația eferentă a fusurilor musculare ( inervația gamma ) și receptorii urechii interne .
Mai multe despre sistemele senzoriale: „ Veziune ”, „ Auz ”, „ Atinge ”, „ Propiocepție ”, „ Aparatul vestibular ”, „ Gustul ”.
Informațiile de la receptori sunt transmise sistemului nervos central prin nervii spinali sau cranieni . Ramurile axonilor care transportă informații senzoriale formează terminații sinaptice pe neuronii din măduva spinării (sau trunchiul cerebral în cazul nervilor cranieni), apoi călătoresc în părțile superioare ale sistemului nervos (nucleii stem, care la rândul lor transmit informațiile de mai sus). În fiecare dintre aceste părți ale sistemului nervos, fluxul de informații senzoriale poate fi filtrat – accentuat sau, dimpotrivă, blocat.
Filtrarea inițială a semnalului senzorial poate avea loc deja la nivelul receptorilor. Deci, mulți receptori au proprietatea de adaptare, adică descărcările lor devin mai puțin frecvente, chiar dacă stimulul rămâne. Un exemplu de reglare la nivelul aparatului senzorial este modificarea lățimii pupilelor.
Sistemele senzoriale sunt construite pe un principiu ierarhic: semnalele de la receptori intră în nivelurile inferioare ale sistemului nervos central (măduva spinării sau trunchiul cerebral), de unde sunt transmise în secțiunile superioare (nuclei talamici, cortex cerebral, ganglioni bazali). În fiecare dintre aceste etape succesive, informația senzorială este transformată și filtrată.
Fluxul de informații nu este unidirecțional, deoarece departamentele superioare ale ierarhiei trimit semnale către departamentele inferioare. În plus, informațiile senzoriale nu sunt procesate de un lanț de structuri secvențiale, ci mai degrabă de multe zone ale creierului simultan (sau, după cum se spune, în paralel). Procesarea paralelă a informațiilor senzoriale devine evidentă în zonele superioare ale creierului, cum ar fi cortexul cerebral. Aici, zone separate sunt specializate în procesarea elementelor individuale de informații (de exemplu, în viziune - informații despre poziția obiectelor în spațiu și despre detalii precum culoarea și forma sunt procesate de diferite zone ale cortexului). În procesul de reglare a acestui sistem distribuit, unele zone ale creierului devin mai active decât altele (de exemplu, la vizualizarea fotografiilor, zona cortexului responsabilă pentru recunoașterea feței). Modificări similare în activitatea creierului folosind tehnica rezonanței magnetice focale.
Informațiile senzoriale de diferite tipuri (adică modalități diferite - văzul, atingerea, auzul etc.) nu sunt, în general, procesate separat. În multe zone ale creierului, numite asociative, există un amestec de modalități - de exemplu, în cortexul parietal și coliculul cvadrigeminei . Neuronii din aceste regiuni ale creierului răspund la diverși stimuli, cum ar fi vizuali, tactili și auditivi.
Structurile care controlează informațiile senzoriale sunt cortexul cerebral (în special, cortexul prefrontal , care joacă un rol important în controlul atenției ), ganglionii bazali , formațiunea reticulară , talamusul (în special, nucleul reticular al talamusului ). ), și alte structuri.
Unul dintre principalele mecanisme de filtrare a informațiilor senzoriale este inhibarea, care este produsă de sinapsele GABA -ergice . De regulă, neuronul care transmite informații senzoriale este excitator. De exemplu, axonii nervului optic formează sinapse excitatorii pe neuronii corpului geniculat lateral , nucleul optic al talamusului. (Excepție fac unele dintre părțile superioare ale creierului, constând din neuroni inhibitori, cum ar fi striatul . Cu toate acestea, în acest stadiu, informațiile senzoriale au suferit deja o prelucrare semnificativă). Aceste semnale excitatoare sunt filtrate de neuronii inhibitori. Inhibația poate fi presinaptică (adică blocarea transmiterii semnalelor de-a lungul axonului senzorial către orice neuron) sau postsinaptică (hiperpolarizarea unui neuron care primește semnale senzoriale). Inhibarea postsinaptică face posibilă blocarea selectivă a semnalelor, deoarece celula primitoare rămâne capabilă să răspundă la alți stimuli deblocați.
Filtrarea semnalelor senzoriale este influențată și de neurotransmițători precum acetilcolina , dopamina , endorfinele și altele.
Filtrarea inițială a informațiilor senzoriale poate avea loc deja la nivelul receptorilor. Majoritatea receptorilor au proprietatea de adaptare , care constă în faptul că frecvența impulsurilor în terminațiile nervoase ale receptorilor scade odată cu expunerea prelungită la un stimul. Astfel, receptorii reacţionează în multe cazuri nu la prezenţa unui stimul ca atare, ci la apariţia acestuia (sau, dimpotrivă, la excluderea lui).
Mai multe despre sistemele motrice: „ Reglarea mișcărilor ”.
Semnalele de la receptorii mușchilor , tendoanelor , pielii , articulațiilor (precum și aparatul vestibular și vederea cu integrare motorie mai mare) joacă un rol important în organizarea actelor motorii.
Cel mai simplu reflex motor , cauzat de stimularea receptorilor musculari, este reflexul tendinos , care este observat, de exemplu, de un neurolog , lovind pacientul cu un ciocan pe genunchi. O lovitură la genunchi cu un ciocan determină o întindere rapidă a mușchiului, care la rândul său activează fusurile musculare - receptori musculari care răspund la o creștere a lungimii musculare. Descărcările de la fusurile musculare intră în măduva spinării , unde activează neuronii motori ai aceluiași mușchi printr-un arc reflex monosinaptic . Deși participarea semnalelor senzoriale la reglarea mișcărilor nu se limitează la acest cel mai simplu reflex, s-a dovedit a fi un instrument destul de eficient pentru studierea rolului informațiilor senzoriale în activitatea motrică. Studiul reflexului tendinos și al analogului său H-reflex (denumire generală - reflex monosinaptic), cauzat de stimularea electrică a nervului senzitiv , este dedicat multor lucrări. Aceste studii au identificat mulți factori care influențează răspunsurile reflexe monosinaptice. De exemplu, aceste răspunsuri sunt modulate în timpul mersului în funcție de faza ciclului de pas (Stein și colab., 1993). Există o tehnică simplă prin care un reflex monosinaptic poate fi influențat numită manevra Jendrassik , care constă în faptul că o persoană contractă voluntar un grup de mușchi (de exemplu, mușchii brațului ), ceea ce duce la o creștere a reflex monosinaptic într-un alt grup muscular (de exemplu, în mușchii picioarelor ).
Traiectoria mișcării unui membru în timpul mersului depinde de diverși factori, dintre care unii sunt reglați de rețelele nervoase ale sistemului nervos central, iar alții de semnalele de la receptorii senzoriali. Reflexele musculare sunt modulate în timpul mersului și depind de caracteristicile fiecărui pas. Mai mult, reflexele se pot schimba rapid in functie de modul de functionare al picioarelor: in picioare, mers, alergat. Aceste modificări se datorează cel mai probabil inhibiției presinaptice. Această variabilitate reflexă poate fi afectată la pacienții neurologici cu leziuni ale capului sau ale coloanei vertebrale. [2]
Aceștia afectează activitatea neuronilor motori (neuroni care controlează mușchii) și descărcările provenite de la receptorii pielii și tendoanelor și chiar și la nivelul măduvei spinării, aceste semnale participă la interacțiuni complexe (polisinaptice). Studiul sistematic al reflexelor motorii ale măduvei spinării a fost inițiat de Charles Sherrington . Aceste studii continuă până în zilele noastre. Conform conceptelor moderne, centrii superiori ai creierului au un efect modulator asupra transmiterii informațiilor senzoriale în rețelele spinale. Un mecanism important al acestei influențe este inhibarea presinaptică , adică inhibarea axonului , care transmite un semnal senzorial unui neuron motor. Acest tip de inhibiție blochează intrarea senzorială, dar nu are un efect inhibitor asupra neuronului motor în sine.
Contribuția receptorilor membrelor la reglarea mișcărilor nu se limitează la rețelele spinale . Intrările senzoriale merg către trunchiul cerebral , cerebelul , talamusul , cortexul senzorial și motor, iar filtrarea informațiilor senzoriale are loc în fiecare dintre aceste regiuni ale creierului. Se crede că centrii nervoși superiori creează un context (adică o idee despre ce sarcină îndeplinește această sau acea mișcare) și, pe baza acestui context, suprimă sau intensifică anumite semnale senzoriale.
În general, la controlul mișcărilor, are loc integrarea multisenzorială, adică o comparație a informațiilor senzoriale din diferite surse. Deci, pentru a interpreta informațiile care provin din aparatul vestibular, este necesar să știm în ce poziție se află capul, iar această informație este furnizată de receptorii gâtului. În integrarea multisenzorială, creierul poate favoriza anumite tipuri de intrări senzoriale și poate avea mai puțină încredere în ceilalți. Astfel, se arată că creierul are cea mai mare încredere în viziune, iar dacă există un conflict între viziune și alte surse de informație, atunci acestea din urmă sunt ignorate. De exemplu, un pasager dintr-un vagon experimentează iluzia propriei mișcări atunci când trenul care stă în fața ferestrei începe să se miște, în ciuda faptului că nici aparatul vestibular și nici receptorii corpului nu raportează vreo mișcare. În mod similar, o persoană în picioare se va legăna dacă experimentatorul pune în mișcare fundalul vizual. [3]
Studiile au arătat că mișcările afectează modul în care o persoană se simte atunci când receptorii sunt stimulați. Astfel, s-a constatat că în timpul inițierii mișcării, sensibilitatea la stimulii pielii scade. De exemplu, într-un studiu realizat de Chapman și Beauchamp (2006) [4] , cercetătorii au comparat efectele comenzilor motorii și ale reaferentării periferice (adică, semnalele aferente care apar în timpul mișcării membrelor) asupra percepției stimulilor tactili aproape de prag. Degetul arătător al mâinii a fost iritat de stimulare electrică. Subiecții au făcut o mișcare cu același deget sau au extins articulația cotului. Aceleași mișcări au fost făcute pasiv (adică cu ajutorul unui set-up experimental; subiectul nu a făcut nicio mișcare voluntară). Atât în timpul mișcării active, cât și în cele pasive, senzațiile tactile au scăzut, iar scăderea maximă a fost observată la debutul activării electrice a mușchilor.
Relația complexă dintre mișcare și percepție a fost adusă în atenția lui Helmholtz , Mach și a altor oameni de știință din secolul al XIX-lea în timp ce se gândeau la mișcarea ochilor . Este bine cunoscut faptul că, în ciuda faptului că ochii se rotesc pe orbite, mediul vizual perceput nu se mișcă. Helmholtz a numit mecanismul prin care se întâmplă acest lucru „inferență inconștientă”. În anii 1950, conceptul de copie eferentă a fost propus pentru a explica acest fenomen [5] .Copia eferentă este predicția modificărilor semnalelor senzoriale care ar trebui să apară ca urmare a mișcării. Conform acestui punct de vedere, informația senzorială este evaluată nu în sine, ci în comparație cu așteptarea. Un exemplu de copie eferentă este efectul unei [6] persoană experimentează senzații neobișnuite atunci când intră într-o scară rulantă staționarăo-scari rulante Acest efect este atât de puternic încât afectează chiar și o persoană care a fost avertizată despre imobilitatea scării rulante.
Incapacitatea de a ignora stimulii externi poate fi un semn al unei boli (de exemplu, tulburare de atentie). În unele cazuri severe, orice iritație este percepută de o persoană ca durere . Boala diametral opusă - ignorarea majorității stimulilor, incapacitatea de a răspunde la evenimentele din lumea exterioară. O serie de studii au descris sindromul de gating senzorial la pacientii cu schizofrenie . Capacitatea afectată de a filtra informațiile senzoriale este un simptom precoce al schizofreniei. Cu o astfel de încălcare, capacitatea creierului de a suprima răspunsurile la stimuli slabi este redusă. Pacienții devin ușor excitabili și nu își pot concentra atenția. Mecanismul neurobiologic al acestor tulburări este asociat cu modularea activității hipocampului prin receptorii nicotinici. O astfel de încălcare este detectată printr-o scădere a inhibării răspunsurilor evocate la stimularea sonoră repetată, care se exprimă într-un deficit al potențialului de izolare al P50 . Acest efect este asociat cu activitatea genei receptorului nicotinic alfa-7 pe cromozomul 15q14. [7] [8] Deoarece genele CHRNA7 și CHRFAM7A asociate cu acest receptor au fost asociate cu schizofrenia în unele studii, [9] este o țintă importantă pentru intervenția farmacologică [10] .