Кодирование информации в нервной системе

Локальный и глобальный анализ

Рассмотрим два подхода в исследовании восприятия изображений зрительной системы: 1) определение глобальных статистических свойств изображений; 2) выделение локальных информативных признаков высшего порядка. Эти подходы описывают два различных механизма, которые могут быть задействованы для распознавания изображений объектов. Проблема состоит в том, при решении каких задач какой из этих подходов доминирует. Работу этих механизмов рассмотрим на примере распознавания неполных изображений.

Психофизические и нейрофизиологические исследования как локального так и глобального анализа в зрительной системе могут быть разделены на две группы: изучение пространственных механизмов связывания и изучение временных процессов, взаимодействия между нейронами, в результате которых происходит связывание фрагментов в единое целое, в гештальт.

Мы рассматриваем два подхода к описанию восприятия неполных изображений: локальный (на основе локальных признаков) и глобальный (на основе статистических характеристик целостного изображения). Локальные признаки делят на две группы - обычные локальные признаки, общие для всех категорий изображений (точки, фрагменты контура и локальные текстуры) и специфические (информативные) локальные признаки, характерные для конкретных изображений. Обычные признаки выделяют рецептивные поля зрительной системы на ранних стадиях обработки изображения. К специфическим признакам можно отнести, например, характерные фрагменты контура, имеющие ключевое значение. По таким специфическим фрагментам можно распознать предъявленный объект, но только в том случае, если заранее известно множество (алфавит), к которому данный объект принадлежит. Специфические признаки, также как и обычные, выделяются в зрительной системе детекторами точек, линий, углов, крестов, но эти признаки имеют сигнальное значение. Специфические (информативные) признаки, в нейрофизиологии называют признаками высшего порядка.

Изображение наблюдаемого объекта представлено в мозгу системой параллельных информационных каналов - рецептивных полей. Для выделения объекта и описания целостного образа - гештальта отклики этих полей должны быть связаны. В первичной зрительной коре эта взаимосвязь наиболее выражена между нейронами, выделяющими элементы контура с одной. Изменение ориентации непрерывного контура и разрывы контура усложняют задачу.

Процессом преобразования информации в условную форму (иначе говоря, код), которая удобна для передачи по каналу связи, называют кодированием. Восстановление стимула в его первоначальной форме не происходит, а кодирование осуществляется во всех отделах анализатора. Наличие или отсутствие залпа импульсов в определенный момент времени и на определенном нейроне – это кодирование информации двоичным ключом. Нервные импульсы распространяются по нервным волокнам, нервные импульсы являются универсальным кодом нервной системы. При помощи различных медиаторов, или химического кода, происходит передача информации от одной клетки к другой во всех отделах анализатора. При помощи структурных изменений в нейронах осуществляется хранение информации в центральной нервной системе. В периферическом отделе анализатора происходит кодирование информации по следующим показателям: интенсивности (силе), качеству, в пространстве и времени. Рецептор узнает свой стимул (ухо – звук, а глаз – свет), кодирование качества связано с избирательной чувствительностью рецептора к адекватному раздражителю. Частотное кодирование – это интенсивность, или сила, раздражителя кодируемое изменением частоты импульсов, генерируемых рецепторами, при изменении силы раздражителя. Пространственное кодирование объясняется тем, что каждое рецептивное поле имеет свое представительство в определенных структурах центральной нервной системы, время действия раздражителя на рецептор кодируется тем, что он начинает возбуждаться с началом действия раздражителя и прекращает возбуждаться сразу после прекращения его действия, что называют временным кодированием.

При передаче информации от одного нейрона к другому происходит смена кода, то есть кодирование информации в проводниковом отделе анализатора происходит только на «станциях переключения». Информация не кодируется в самих нервных волокнах. Именно они образуют проводниковый отдел анализатора, они выполняют функцию проводов, по которым и передается информация.

В основе кодирования информации в корковом отделе анализатора лежит пространственное распределение ансамблей нейронов и их связей с определенными видами рецепторов, а кодирование информации в корковом отделе анализатора является частотно-пространственным.
«От рецепторов импульсы поступают в определенные зоны коры головного мозга с различными интервалами времени. Затем поступившая в виде нервных импульсов информация перекодируется в структурные и биохимические изменения в нейронах. В коре мозга осуществляется высший анализ и синтез поступившей информации. Анализ обеспечивает возможность различать качество действующих раздражителей, определять их силу, время и место действия. Синтез заключается в узнавании известного и в формировании нового образа предмета или явления» [29, с. 8]

Дата добавления: 2015-08-31