Filtrowanie bodźców

Filtrowanie bodźców ma miejsce, gdy układ nerwowy zwierzęcia nie reaguje na bodźce , które w innym przypadku spowodowałyby wystąpienie reakcji. Układ nerwowy rozwinął zdolność dostrzegania i rozróżniania drobnych różnic w bodźcach, co pozwala zwierzęciu reagować tylko na znaczny impuls. Pozwala to zwierzęciu oszczędzać energię, ponieważ nie reaguje na nieistotne sygnały.

Wartość adaptacyjna

Bezpośrednimi przyczynami filtrowania bodźców może być wiele rzeczy w środowisku zwierzęcia i wokół niego, ale ostateczną przyczyną tej reakcji może być ewolucyjna korzyść oferowana przez filtrowanie bodźców. Zwierzę, które oszczędza energię, nie reagując na niepotrzebne bodźce, może mieć zwiększoną sprawność, co oznacza, że ​​byłoby w stanie urodzić więcej potomstwa, podczas gdy zwierzę, które nie filtruje bodźców, może mieć obniżoną sprawność z powodu wyczerpania zapasów energii. Zwierzę, które ćwiczy filtrowanie bodźców, może również z większym prawdopodobieństwem odpowiednio zareagować na poważne zagrożenia niż zwierzę, które jest rozproszone przez nieistotne bodźce.

Mechanizm fizjologiczny

Kiedy określone sygnały są odbierane przez zwierzę, neurony nadrzędne określają, które sygnały są wystarczająco ważne, aby je zachować, a które są nieistotne i można je zignorować. Proces ten zasadniczo działa jak filtr, ponieważ synapsy sieci neuronowej wzmacniają pewne sygnały i tłumią inne, przy czym proste bodźce przyciągają uwagę neuronów niższego poziomu, a bardziej skomplikowane bodźce przyciągają uwagę neuronów wyższego poziomu.

Stosunek do ludzi

Filtrowanie bodźców jest również widoczne u ludzi na co dzień. Zjawisko to nazywane jest efektem koktajlu . W zatłoczonym pokoju ludzie mają tendencję do ignorowania innych rozmów i skupiania się tylko na tej, w której uczestniczą. Efekt ten działa również w ten sposób, że gdy dana osoba słyszy swoje imię w rozmowie innej osoby, natychmiast skupia się na tej rozmowie.

Przykłady

ćmy

Ewolucja układu słuchowego ćmy pomogła im uniknąć echolokacji nietoperza . Fizycznie ćma ma dwoje uszu po obu stronach klatki piersiowej , gdzie otrzymują ultradźwiękowe wskaźniki, aby usłyszeć wyraźne wokalizacje, które następnie wibrują błony uszu ćmy w jednym z dwóch receptorów słuchowych: A1 lub A2. Są one przymocowane do tympanonu w uchu. Intensywne fale ciśnienia akustycznego omiatają ciało ćmy, powodując wibracje błony bębenkowej i deformację tych komórek receptorowych. To otwiera wrażliwe na rozciąganie kanały w błonie komórkowej i zapewnia skuteczne bodźce dla receptora słuchowego ćmy. Receptory te działają w taki sam sposób, jak większość neuronów robią, reagując na energię zawartą w wybranych bodźcach i zmieniając przepuszczalność ich błon komórkowych dla dodatnio naładowanych jonów. Chociaż receptory A1 i A2 działają w podobny sposób, istnieją między nimi znaczne różnice. Receptor A1 jest głównym detektorem nietoperzy, a wraz ze wzrostem szybkości strzelania ćma odwraca się od nietoperza, aby zredukować echo sonaru. Innymi słowy, receptor A1 jest wrażliwy na niskie częstotliwości. Aby określić względną pozycję nietoperza, komórki A1 będą strzelać z różnych szybkości po obu stronach głowy ćmy, a jeśli nietoperz jest dalej, komórki otrzymują słabszy sygnał i będą strzelać z mniejszą szybkością. Receptor A2 to awaryjny system rezerwowy, inicjujący nieregularne ruchy lotnicze jako ostatnia próba uniknięcia schwytania. Ta zróżnicowana wrażliwość neuronów czuciowych A1 i A2 prowadzi do filtrowania bodźców wokalizacji nietoperzy. Taktyki unikania na duże odległości są stosowane, gdy nietoperz jest daleko i dlatego neurony czuciowe A1 uruchamiają się. Kiedy nietoperz znajduje się w bardzo bliskiej odległości, stosuje się taktykę unikania na krótkim dystansie z wykorzystaniem neuronów czuciowych A2. Wartość adaptacyjna mechanizmów fizjologicznych dwóch różnych receptorów pomaga w unikaniu schwytania przez nietoperze.

Muchy pasożytnicze

Samice much z rodzaju Ormia ochracea posiadają narządy w swoich ciałach, które mogą wykrywać częstotliwości dźwięków świerszcza z odległości kilku metrów. Proces ten jest ważny dla przetrwania ich gatunku, ponieważ samice składają swoje larwy w pierwszym stadium rozwojowym do ciała świerszcza, gdzie będą się żerować i linieć przez około siedem dni. Po tym okresie larwy przeobrażają się w muchy, a świerszcz zwykle ginie.

Naukowcy byli zdziwieni, jak precyzyjna zdolność słyszenia może wynikać z małej struktury ucha. Normalne zwierzęta wykrywają i lokalizują dźwięki za pomocą międzyusznej różnicy czasu (ITD) i międzyusznej różnicy poziomów (ILD). ITD to różnica w czasie, w jakim dźwięk dociera do ucha. ILD to różnica w pomiarze natężenia dźwięku między obojgiem uszu. Maksymalnie ITD osiągnąłby tylko około 1,5 mikrosekundy, a ILD byłby mniejszy niż jeden decybel. Te małe wartości utrudniają wyczucie różnic. Aby rozwiązać te problemy, naukowcy zbadali mechaniczne aspekty uszu much. Odkryli, że mają strukturę przedmostkową łączącą obie błony bębenkowe, która ma kluczowe znaczenie w wykrywaniu dźwięku i lokalizacji. Struktura działa jak dźwignia, przenosząc i wzmacniając energię wibracyjną między membranami. Po tym, jak dźwięk uderza w membrany z różnymi amplitudami, przedmostek ustawia symetryczne tryby wibracji poprzez zginanie i kołysanie. Efekt ten pomaga układowi nerwowemu rozróżnić, z której strony dochodzi dźwięk. Ponieważ przedmostek działa jak mostek międzytympanalny, ITD zwiększa się z 1,5 do 55 us, a ILD z mniej niż jednego decybela do ponad 10 decybeli.

Przyglądając się układom nerwowym much, naukowcy odkryli trzy słuchowe przewody doprowadzające . Typ pierwszy wystrzeliwuje tylko jeden skok na początek bodźca, ma niski jitter (zmienność w czasie prezentacji bodźca), brak spontanicznej aktywności i jest najczęstszym typem. Typ drugi wystrzeliwuje od dwóch do czterech impulsów przed początkiem bodźca, ma zwiększoną jitter z kolejnymi skokami i ma niską spontaniczną aktywność. Wreszcie, typ trzeci ma toniczne skoki do prezentowanego bodźca, ma niski jitter tylko przy pierwszych skokach, ma niską spontaniczną aktywność i jest najmniej powszechnym typem. Naukowcy odkryli, że neurony najsilniej reagowały na dźwięki o częstotliwości od 4 do 9 kHz, co obejmuje częstotliwości występujące w piosenkach do krykieta. Stwierdzono również, że neurony reagowały najsilniej przy 4,5 kHz, czyli częstotliwości piosenki Gryllusa. Pomimo rodzaju doprowadzania słuchowego, wszystkie obserwowane neurony wykazywały zależność odwrotna/latencja. Im silniejszy bodziec, tym krótszy czas, zanim neuron zacznie reagować. Różnica w liczbie aferentów powyżej progu po stronie zwierzęcia nazywana jest kodem populacji i może być wykorzystana do wyjaśnienia lokalizacji dźwięku.

Ryba midszypmena

Żeńska ryba midszypmena przechodzą filtrowanie bodźców, gdy przychodzi czas na kopulację z samcem. Midshipman używa filtrowania bodźców podczas słuchania dźwięków wydawanych przez gatunki podwodne. Dominujące sygnały podwodne mieszczą się w zakresie 60–120 Hz, czyli najczęściej najbardziej wrażliwych na receptor słuchowy ryby. Jednak układ słuchowy samic zmienia się sezonowo na bodźce akustyczne w pieśniach samców kadetów. Latem, kiedy rozmnażają się samice kadetów, słuchają nucącej męskiej piosenki, która może wytworzyć częstotliwość na poziomie 400 Hz. Lato to okres rozrodczy samic, więc ich słuch jest bardziej wyczulony na wysoką częstotliwość buczenia samców.

Dalsza lektura

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Stimulus_filtering&oldid=924751778 ”