Кодирование информации в нервной системе

Интенсивное изучение нейрофизиологических механизмов вос­приятия стало возможным в связи с возникновением методов ре­гистрации микро- и макропотенциалов мозга, т.е. активности от­дельных нейронов и суммарной биоэлектрической активности моз­га. Возможно, поэтому исследования механизмов восприятия мно­гочисленны и включают несколько уровней анализа: от единично­го нейрона до целого мозга, причем каждому уровню соответст-

■.«*■

152

153

вует свой вариант анализа перцептивного процесса. Однако, не­зависимо от того, на каком уровне изучаются процессы воспри­ятия, одно из главных мест занимает проблема кодирования. При этом основной вопрос состоит в следующем, каким образом проис­ходит прием и преобразование сенсорных стимулов и в каком виде отражается воспринятый и преобразованный стимул в ЦНС чело­века.

Учение Й. Мюллера. Проблема преобразования информации в i нервной системе привлекала внимание исследователей очень дав­но. Первые идеи в этой области были представлены еще в середи­не прошлого века учением Мюллера о специфической энергии ор­ганов чувств. Суть его состояла в том, что чувствительность к раз-! дражению зависит не от воздействующего раздражителя, а от свойств возбуждаемых нервов. Например, зрительный нерв передает ощу­щение света, даже если его раздражать механическим путем (уда- ', ром по глазу). Мюллер и его последователи полагали, что каж­дое ощущение возникает при разрядах специфических нейроно^ мозга, имеющих собственные «линии» связи с периферически органами. Различные комбинации этих элементарных ощущенш должны были создавать более сложные виды восприятия. Разуме­ется, эти представления в основном имеют исторический интерес.

Принцип «меченой линии». В настоящее время физиология сен-' сорных систем очень продвинутая (по сравнению с другими разде­лами) область нейробиологии, тем не менее основная проблема по сути не изменилась. Ее формулировка звучит так: каким образом нервная импульсация, идущая от специализированных рецепторов органов чувств, передает информацию разных типов? Трудность усугубляется тем, что, хотя рецепторы модально специализирова­ны и чувствительны к определенному типу стимуляции (звуку, све­ту, давлению и т.д.), нервы, по которым «бегут» импульсы в ос­новном одинаковы, и сами импульсы, распространяющиеся от этих _i рецепторов в реловном мозге, имеют постоянные характеристик ки. (Хорошо известно, что нервный импульс — потенциал дейст- j вия — генерируется нейроном по принципу «все или ничего»).

Наиболее простой ответ предполагает, что мозг узнает о типе Л воздействующего стимула на основании того, в какой конечный пункт назначения в коре больших полушарий приходит нервная им-

154....

пульсация. Так, потенциалы действия, поступающие в зрительные области коры, несут информацию о зрительных стимулах, а сход­ные импульсы, поступающие в слуховые зоны, — о звуках и т.д. В наиболее полном виде эти представления воплотились в принципе «меченой линии», в соответствии с которым, допускается прямая морфологическая связь и соответственно передача информации от рецептора к определенному центральному нейрону, который отве­чает за определение качества стимула.

Однако каким образом мозг различает разные качества каждо­го из стимулов в пределах одной модальности, т.е. как мозг диф­ференцирует разные зрительные или разные звуковые раздражи­тели? Такие тонкие различения осуществляются на основе особых форм организации импульсной активности нейронов, которые по­лучили название кодов.

Коды как средства передачи информации. Кодирование ин­формации в нервной системе -— это преобразование специфической энергии стимулов (света, звука, давления и др.) в универсальные ко­ды нейронной активности, на основе которых мозг осуществляет весь процесс обработки информации. Таким образом, коды — это особые формы организации импульсной активности нейронов, коч торые несут информацию о качественных и количественных хараЦ ктеристиках действующего на организм стимула.

Проблема образования кодов и их функционирования в ЦНС и составляет в настоящее время центральное ядро проблемы пред­ставления и преобразования информации в организме человека и животных. При решении вопроса о природе того или иного кода вы­деляются четыре главных аспекта: 1) какую конкретную инфор­мацию представляет данный код; 2) по какому закону преобразует­ся данная информация; 3) каким образом передается преобразован­ная информация; 4) каким образом осуществляется ее интерпрета­ция (Кропотов, Пономарев, 1993).

С точки зрения одного из известных специалистов в области сенсорного кодирования Дж. Сомьена (1975), наиболее распростра­нена в сенсорных системах передача информации с помощью ча­стоты разрядов нейронов. Возможны и другие варианты нейрон­ных кодов: плотность импульсного потока, интервалы между им­пульсами, особенности организация импульсов в «пачке» (группе

импульсов) — периодичность пачек, длительность, число импуль­сов в пачке и т.д. Существует немало данных, подтверждающих, что перечисленные характеристики нейронной активности меняются закономерным образом при изменении параметров стимула. Одна­ко проблема кодирования не сводится только к анализу разных ва­риантов импульсной активности нейронов. Она намного шире и требует более углубленного анализа.