Принципи кодування інформації в нервовій системі

Сьогодні можна говорити про кілька принципах кодування в нейронних мережах. Одні з них досить прості і характерні для периферичного рівня обробки інформації, інші - більш складні і характеризують передачу інформації на більш високих рівнях нервової системи, включаючи кору.

Одним з простих способів кодування інформації визнається специфічність рецепторів, вибірково реагують на певні параметри стимуляції, наприклад колбочки з різною чутливістю до довжинах хвиль видимого спектру, рецептори тиску, больові, тактильні та ін

Інший спосіб передачі інформації отримав назву частотного коду. Найбільш явно він пов'язаний з кодуванням інтенсивності роздратування. Частотний спосіб кодування інформації про інтенсивність стимулу, що включає операцію логарифмування, узгоджується з психофізичним законом Г. Фехнера про те, що величина відчуття пропорційна логарифму інтенсивності подразника.

Проте пізніше закон Фехнера був підданий серйозній критиці. С. Стівенс на підставі своїх психофізичних досліджень, проведених на людях із застосуванням звукового, світлового і електричного подразнення, натомість закону Фехнера запропонував закон степеневої функції. Цей закон говорить, що відчуття пропорційно показником ступеня стимулу, при цьому закон Фехнера представляє лише окремий випадок ступеневій залежності.

Аналіз передачі сигналу про вібрації від соматичних рецепторів показав, що інформація про частоту вібрації передається за допомогою частоти, а її інтенсивність кодується числом одночасно активних рецепторів.

В якості альтернативного механізму до перших двом принципам кодування - міченої лінії і частотного коду - розглядають також патерн відповіді нейрона. Стійкість тимчасового патерну відповіді - відмінна риса нейронів специфічної системи мозку. Система передачі інформації про стимули з допомогою малюнка розрядів нейрона має ряд обмежень. У нейронних мережах, які працюють за цим кодом, не може дотримуватися принцип економії, так як він вимагає додаткових операцій і часу з обліку початку, кінця реакції нейрона, визначення її тривалості. Крім того, ефективність передачі інформації про сигнал істотно залежить від стану нейрона, що робить дану систему кодування недостатньо надійною.

Ідея про те, що інформація кодується номером каналу, була присутня вже в дослідах І.П. Павлова з шкіряним аналізатором собаки. Виробляючи умовні рефлекси на подразнення різних ділянок шкіри лапи через «Касалкі», він встановив наявність у корі великих півкуль соматотопічним проекції. Роздратування визначеної ділянки шкіри викликало вогнище збудження в певному локусі соматосенсорной кори. Просторове відповідність місця програми стимулу і локусу збудження в корі отримало підтвердження і в інших аналізаторах: для глядачів, слуховому. Тонотопіческая проекція в слуховий корі відбиває просторове розташування волосових клітин Кортиєва органу, що вибірково чутливих до різної частоти звукових коливань. Такого роду проекції можна пояснити тим, що рецепторних поверхню відображається на карті кори за допомогою безлічі паралельних каналів - ліній, що мають свої номери. При зсуві сигналу щодо рецепторній поверхні максимум збудження переміщується за елементами карти кори. Сам же елемент карти представляє локальний детектор, вибірково відповідає на подразнення визначеної ділянки рецепторній поверхні. Детектори локальності, володіють точковими рецептивних полями і вибірково реагують на дотик до певної точки шкіри, є найбільш простими детекторами. Сукупність детекторів локальності утворює карту шкірної поверхні в корі. Детектори працюють паралельно, кожна точка шкірної поверхні представлена незалежним детектором.

Подібний механізм передачі сигналу про стимули діє і тоді, коли стимули розрізняються не місцем додатки, а іншими ознаками. Поява локусу збудження на детекторний карті залежить від параметрів стимулу. З їх зміною локус збудження на карті зміщується. Для пояснення організації нейронної мережі, що працює як детекторна система, Е.Н. Соколов запропонував механізм векторного кодування сигналу.

Принцип векторного кодування інформації вперше був сформульовано в 50-х роках шведським вченим Г. Йохансон, який і поклав початок новому напрямку в психології - векторної психології. Г. Йохансон грунтувався на результатах летапьного вивчення сприйняття руху. Він показав, що якщо дві точки на екрані рухаються назустріч один одному - один з горизонталі, інша по вертикалі, - то людина бачить рух однієї точки по похилій прямій. Для пояснення ефекту ілюзії руху Г. Йохансон використовував векторне подання. Рух точки розглядається ним як результат формування двокомпонентного вектора, що відображає дію двох незалежних чинників (рухи в горизонтальному й вертикальному напрямках). У Надалі векторна модель була поширена їм на сприйняття рухів корпуса і кінцівок людини, а також на рух об'єктів у тривимірному просторі. Е.Н Соколов розвинув векторні представлення, застосувавши їх до вивчення нейронних механізмів сенсорних процесів, а також рухових і вегетативних реакцій.

Векторна психофізіологія - новий напрямок, орієнтований на з'єднання психологічних явищ і процесів з векторним кодуванням інформації в нейронних мережах.

При підготовці цієї роботи були використані матеріали з сайту http://www.studentu.ru