Mapy sensoryczne
Mapy sensoryczne to obszary mózgu , które reagują na stymulację sensoryczną i są przestrzennie zorganizowane zgodnie z pewnymi cechami stymulacji sensorycznej. W niektórych przypadkach mapa sensoryczna jest po prostu topograficzną reprezentacją powierzchni czuciowej, takiej jak skóra , ślimak lub siatkówka . . W innych przypadkach reprezentuje inne właściwości bodźców wynikające z obliczeń neuronalnych i jest generalnie uporządkowany w sposób odzwierciedlający peryferie. Przykładem jest mapa somatosensoryczna będąca projekcją powierzchni skóry w mózgu, która organizuje przetwarzanie wrażeń dotykowych. Ten typ mapy somatotopowej jest najbardziej powszechny, być może dlatego, że pozwala fizycznie sąsiadującym obszarom mózgu reagować na fizycznie podobne bodźce na obwodzie lub dlatego, że pozwala na większą kontrolę motoryczną.
Kora somatosensoryczna sąsiaduje z pierwotną korą ruchową, która jest podobnie odwzorowana. Mapy sensoryczne mogą odgrywać ważną rolę w ułatwianiu reakcji motorycznych. Innym przykładem organizacji mapy czuciowej może być to, że sąsiednie obszary mózgu są powiązane bliskością receptorów, które przetwarzają, jak na mapie ślimaka w mózgu, lub że podobne cechy są przetwarzane, jak na mapie detektorów cech lub retinotopu. mapy lub że kody czasowe są używane w organizacji, tak jak w mapach zmysłu orientacji sowy poprzez międzyuszną różnicę czasu między uszami. Te przykłady istnieją w przeciwieństwie do niezmapowanych lub losowo rozmieszczonych wzorców przetwarzania. Przykładem niezmapowanego systemu przetwarzania sensorycznego jest system węchowy, w którym niepowiązane substancje zapachowe są przetwarzane obok siebie w opuszce węchowej. Oprócz przetwarzania niezmapowanego i zmapowanego, bodźce mogą być przetwarzane na wielu mapach, tak jak w ludzkim układzie wzrokowym.
Neurobiologia
Mapy sensoryczne są tworzone przede wszystkim w korze somatosensorycznej, zwanej również korą czuciową. Centralny układ nerwowy jest połączony z tą korą i wszystkimi innymi częściami ciała organizmu. Zarówno kora somatosensoryczna, jak i ośrodkowy układ nerwowy składają się z neuronów, które tworzą ze sobą skojarzenia w celu przekazywania impulsów elektrycznych w całym ciele.
Centralny układ nerwowy, gdy jest świadomy różnych bodźców bez ciała, wysyła sygnały do mózgu. Sygnały te są wysyłane przez różne części ciała, np. układ słuchowy, układ wykorzystujący dotyk, układ wzrokowy. Każdy system tworzy różne mapy sensoryczne, które są połączone w celu dokładniejszej analizy otoczenia organizmu. Dla jednego systemu sensorycznego istnieje wiele map, które analizują bodziec. Mapy te współpracują ze sobą, aby zbierać informacje przestrzenne, charakterystyczne i działania z otoczenia. Organizm działa wówczas w oparciu o informacje, które otrzymuje i już posiada. Naukowcy spekulują, że te połączenia nerwowe rosły coraz bardziej w ciągu życia organizmu i były również przekazywane genetycznie przez wcześniejsze pokolenia.
Funkcje
Zmapowane obszary przetwarzania sensorycznego są złożonym zjawiskiem i dlatego muszą służyć przewadze adaptacyjnej, ponieważ jest wysoce nieprawdopodobne, aby złożone zjawiska pojawiły się w inny sposób. Mapy sensoryczne są również bardzo stare w historii ewolucji, ponieważ są prawie wszechobecne u wszystkich gatunków zwierząt i można je znaleźć dla prawie wszystkich systemów sensorycznych. Dynamiczny charakter neuronów, które zbierają informacje sensoryczne w celu tworzenia tych map, pozwala różnym bodźcom zmieniać mapy utworzone przez inne neurony czuciowe w przeszłości. Ponadto dla jednego systemu sensorycznego może istnieć wiele różnych map współpracujących ze sobą w celu analizy różnych aspektów bodźca. Eksploracja naukowa wyjaśniła niektóre zalety map sensorycznych:
- Adaptacja: Mapy można dostosowywać za pomocą bodźców poza ich pierwotnym tworzeniem. Na przykład: jeśli mapa sensoryczna została stworzona za pomocą stymulacji wzrokowej, bodźce słuchowe, które wyrażają inne informacje niż wcześniej, mogą dostosować mapę sensoryczną i sprawić, że będzie ona dokładniejsza w zrozumieniu otoczenia organizmu. Mapy sensoryczne zawierają cechę adaptacyjną, która umożliwia im łączenie się z wieloma różnymi neuronami i wciąż zdobywanie zrozumienia środowiska organizmu. Niemniej jednak mapy sensoryczne mogą być przekazywane genetycznie z pokolenia na pokolenie.
- Wypełnianie: Kiedy stymulacja sensoryczna jest zorganizowana w mózgu w formie wzorca topograficznego, zwierzę może być w stanie „uzupełnić” brakujące informacje, korzystając z sąsiednich obszarów mapy, ponieważ zwykle są one aktywowane razem, gdy wszystkie informacje są obecny. Utratę sygnału z jednego obszaru można uzupełnić z sąsiednich obszarów mózgu, jeśli obszary te dotyczą fizycznie powiązanych części peryferyjnych. Jest to widoczne w badaniach na zwierzętach, w których neurony graniczące z uszkodzonym obszarem mózgu (który kiedyś przetwarzał zmysł dotyku w dłoni) odzyskały przetwarzanie tego obszaru czuciowego, ponieważ przetwarzają informacje z sąsiednich obszarów dłoni.
- Hamowanie boczne: Hamowanie boczne jest zasadą organizującą, umożliwia kontrast w wielu systemach, od wzrokowego po somatosensoryczny. Oznacza to, że jeśli sąsiednie obszary hamują się nawzajem, wówczas stymulacja, która aktywuje jeden region mózgu, może jednocześnie hamować sąsiednie obszary mózgu, aby uzyskać ostrzejszą rozdzielczość między bodźcami. Jest to widoczne w układzie wzrokowym ludzi, gdzie można wykryć ostre linie między jasnymi i ciemnymi obszarami z powodu prostych komórek które hamują sąsiadów. Badania pokazują, że dwa różne rodzaje bodźców mogą wysyłać sygnały do ośrodkowego układu nerwowego, a ostatni może zmienić drugi bodziec. Na budowanie map sensorycznych poprzez hamowanie sensoryczne może mieć duży wpływ wyczucie czasu. Aktualność i powtarzalność między dwoma bodźcami, które są ze sobą powiązane, dostosuje mapy sensoryczne, aby uzyskać jak najdokładniejsze zrozumienie środowiska danej osoby. Hamowanie boczne pomaga również w rozróżnianiu dwóch różnych bodźców, gdy mają być łączone. Na przykład w filmie lub filmie, w którym dźwięk i obraz mają być zsynchronizowane. Jeśli dźwięk ma inny czas niż obrazy na ekranie, boczne hamowanie pomaga osobie rozróżnić, kiedy dźwięk i obrazy były synchroniczne, a kiedy były synchroniczne.
- Podsumowanie: organizacja umożliwia również sumowanie powiązanych bodźców w neuronowej ocenie informacji sensorycznych. Przykłady tego można znaleźć w sumowaniu bodźców dotykowych neuronalnych lub wizualnych przy słabym oświetleniu. w analizie danych w naukach ścisłych i korporacjach, ponieważ jest przykładem porządku hierarchicznego generującego efektywność.
- Wpływ behawioralny: Mapy sensoryczne są powiązane z odruchami motorycznymi, które reagują na informacje sensoryczne. Innymi słowy, systemy sensoryczne i motoryczne przeplatają się z mapami sensorycznymi. Reakcje na bodźce opierają się na systemie hierarchicznym, który porządkuje najważniejsze bodźce w najmniejszym stopniu. Układ motoryczny następnie reaguje lub nie reaguje w zależności od poziomu ważności.
typy
Mapy topograficzne
Mapy te można traktować jako mapowanie powierzchni ciała na strukturę mózgu. Ujmując to inaczej, mapy topograficzne są zorganizowane w systemie neuronowym w sposób, który jest projekcją powierzchni czuciowej w mózgu. Oznacza to, że organizacja na peryferiach odzwierciedla kolejność przetwarzania informacji w mózgu. Ta organizacja może być somatotopowa, jak w dotykowym zmyśle dotyku, lub tonotopowa, jak w uchu, oraz mapa retinotopowa, która jest ułożona w mózgu, gdy komórki są rozmieszczone na siatkówce. Neurony na powierzchni ciała mają znaczenie w naszym codziennym życiu. Jest więcej neuronów połączonych z częściami powierzchni ciała, gdy role neuronów są ważniejsze niż inne neurony w odniesieniu do naszego dobrego samopoczucia.
Według naukowców fantomowe kończyny aktywują mapy sensoryczne. Ponieważ nie ma rzeczywistego połączenia między kończyną po amputacji a resztą ciała, przyjmuje się, że po odłączeniu kończyny od reszty ciała mapy sensoryczne, które powstały przed amputacją, są nadal aktywne i aktywowane bez rzeczywisty bodziec.
Przykłady
- Wilder Penfield odkrył oryginalną mapę topograficzną w postaci wewnętrznego homunkulusa somatosensorycznego . Jego praca nad ludzkimi układami nerwowymi wykazała, że obszary mózgu przetwarzające wrażenia dotykowe są mapowane w ten sam sposób, co ciało. Ta mapa sensoryczna wyolbrzymia pewne obszary, które mają wiele obwodowych komórek zmysłów, takich jak usta i dłonie, jednocześnie zmniejszając względną przestrzeń do przetwarzania obszarów z niewielką liczbą receptorów, takich jak plecy.
- Komórki rzęsate w układzie słuchowym wykazują organizację tonotopową. Ten układ tonotopowy oznacza, że komórki są ułożone w zakresie od niskiej do wysokiej częstotliwości i przetwarzane w tej samej organizacji w mózgu.
Mapy obliczeniowe
Mapy te są zorganizowane całkowicie w systemie neuronowym lub zorganizowane w sposób nieobecny na peryferiach. Informacje sensoryczne dla map obliczeniowych pochodzą z bodźców słuchowych i wzrokowych. Tak więc każda informacja słuchowa lub wizualna, która jest tworzona za pomocą obliczeń neuronowych, czyli gdy mózg łączy dwa lub więcej bitów informacji w celu uzyskania z nich nowych informacji, może połączyć się, aby zmienić już istniejącą mapę sensoryczną, aby uwzględnić nowe informacje . Często mapy te polegają na porównaniu dwóch bodźców, na przykład przy odejmowaniu w celu uzyskania opóźnienia czasowego, takich jak informacje dźwiękowe dochodzące z różnych uszu, w celu uzyskania cennych nowych informacji o tych bodźcach, na przykład o miejscu ich pochodzenia. Opisany proces zachodzi w układzie nerwowym sowy bardzo szybko.
Przykłady
- Mapa Jeffresa była teorią, w jaki sposób mózg może obliczyć międzyuszne różnice czasowe (ITD) lub różnice w czasie nadejścia bodźca między dwoma uszami. Jeffres słynął z stworzenia teoretycznego mechanizmu tworzenia mapy miejsca z informacji o czasie, co wyjaśnia, w jaki sposób niektóre zwierzęta mogą wydawać się mieć „mapę wyszukiwania” miejsca, z którego dobiega dźwięk. System neuronowy oblicza to ITD w systemie słuchowym sowy i okazało się, że rzeczywisty system neuronowy prawie dokładnie pasuje do teorii mapy Jeffresa. Mapa Jeffresa pokazuje, w jaki sposób sygnały ITD są wykorzystywane do określania odległości i kierunku u sowy.
- Detektory cech w systemie wizualnym to kolejny przykład map obliczeniowych. Żadna część systemu fizycznego w oczach nie analizuje w rzeczywistości cech, takich jak proste komórki w mózgu. Ten system jest dobrze zbadany u żab. Wiadomo, że żaby wykrywają w swoim środowisku określone cechy „robacze” i całkowicie kontrolowane przez układ nerwowy rzucają się na nie, nawet jeśli są serią białych kwadratów w linii imitującej podstawowego robaka. Tworzenie iluzji na naszych mapach sensorycznych to sposób, w jaki organizmy wypełniają nieznane informacje o swoim otoczeniu.
- Istnieje również porównanie modulacji częstotliwości z modulacją częstotliwości w systemie słuchowym nietoperza , który jest używany w echolokacji. To porównanie FM-FM określa trzepotanie ich celu i stało się sławne w pracy Sugi.
- Kiedy badano układy motoryczne i sensoryczne na rybach, naukowcy odkryli, że między nimi można sporządzić mapy obliczeniowe. Ryby, których ośrodkowy układ nerwowy został zdezaktywowany z powodu określonego wyrostka robaczkowego, dostosowały swoje wcześniejsze naturalne zachowanie. Naukowcy uważają, że informacje sensoryczne często poprzedzają działania i decyzje podejmowane przez organizmy. Tak więc, gdy pojawiają się dodatkowe informacje dostarczane przez bodźce zewnętrzne lub ich brak, ich zachowanie zmienia się, aby dostosować się do nowego otoczenia.
Mapy abstrakcyjne
Mapy abstrakcyjne to mapy, które są również tworzone przez bodźce poza organizmem, ale nie ma on powierzchni, dzięki której tworzy mapę w mózgu. Są uporządkowane jak mapy topograficzne i obliczeniowe, ale ich cechy są abstrakcyjne. Tego typu mapy są związane z widzeniem kolorów.
