Сенсорная обработка - Sensory processing

Сенсорная обработка это процесс, который организует ощущения от собственного тела и окружающей среды, что позволяет эффективно использовать тело в окружающей среде. В частности, это касается того, как мозг обрабатывает несколько сенсорных модальностей,[1][2] Такие как проприоцепция, зрение, слуховая система, тактильный, обонятельный, вестибулярный аппарат, перехват, и вкус в полезные функциональные выходы.

Некоторое время считалось, что сигналы от разных органов чувств обрабатываются в разных областях мозга. Коммуникация внутри этих специализированных областей мозга и между ними известна как функциональная интеграция.[3][4][5] Более новые исследования показали, что эти разные области мозга не могут нести единоличную ответственность только за одну сенсорная модальность, но может использовать несколько входных сигналов, чтобы понять, что тело ощущает в окружающей среде. Мультисенсорная интеграция необходим почти для каждой деятельности, которую мы выполняем, потому что для понимания нашего окружения необходимо сочетание нескольких сенсорных входов.

Обзор

Некоторое время считалось, что входные данные от разных органов чувств обрабатываются в разных областях мозга, что связано с системная нейробиология. Используя функциональную нейровизуализацию, можно увидеть, что сенсорно-специфическая кора головного мозга активируется различными входными сигналами. Например, регионы в затылочная кора привязаны к видению, а те, кто на верхняя височная извилина являются получателями звуковых входов. Существуют исследования, предполагающие более глубокую мультисенсорную конвергенцию, чем в сенсорно-специфической коре головного мозга, которые были перечислены ранее. Эта конвергенция множественных сенсорных модальностей известна как мультисенсорная интеграция.

Сенсорная обработка касается того, как мозг обрабатывает сенсорную информацию от различных сенсорных модальностей. К ним относятся пять классических чувств зрение (достопримечательность), прослушивание (слух), тактильная стимуляция (трогать ), обоняние (запах) и вкус (вкус). Существуют и другие сенсорные модальности, например вестибулярный чувство (равновесие и чувство движения) и проприоцепция (чувство знания своего положения в пространстве) Наряду с Время (Чувство знания, где вы находитесь во времени или деятельности). Важно, чтобы информация об этих различных сенсорных модальностях была взаимосвязанной. Сами сенсорные входы представляют собой разные электрические сигналы и в разных контекстах.[6] Посредством сенсорной обработки мозг может связать все сенсорные входы в связное восприятие, на котором в конечном итоге основано наше взаимодействие с окружающей средой.

Основные задействованные структуры

Всегда считалось, что разные чувства контролируются отдельными долями мозга,[7] называется области проекции. Доли мозга - это классификации, которые разделяют мозг как анатомически, так и функционально.[8] Эти доли - это лобная доля, отвечающая за сознательное мышление, теменная доля, отвечающая за зрительно-пространственную обработку, затылочную долю, отвечающую за зрение, и височную долю, отвечающую за обоняние и звуки. С самых ранних времен неврологии считалось, что эти доли несут единоличную ответственность за их единственную сенсорную модальность.[9] Однако более новые исследования показали, что это может быть не совсем так.

Проблемы

Основная статья: Расстройство обработки сенсорной информации
Смотрите также: Чувствительность сенсорной обработки

Иногда может возникнуть проблема с кодированием сенсорной информации. Это расстройство известно как Расстройство обработки сенсорной информации (SPD). Это расстройство можно разделить на три основных типа.[10]

  • Расстройство сенсорной модуляции, при котором пациенты ищут сенсорную стимуляцию из-за чрезмерной или недостаточной реакции на сенсорные стимулы.
  • Сенсорное моторное расстройство. У пациентов возникает неправильная обработка моторной информации, что приводит к снижению моторики.
  • Расстройство обработки сенсорной информации или расстройство сенсорной дискриминации, которое характеризуется проблемами контроля позы, отсутствием внимания и дезорганизацией.

Есть несколько методов лечения ШРЛ. Анна Джин Эйрес утверждали, что ребенку нужна здоровая «сенсорная диета», которая представляет собой все виды деятельности, которыми занимаются дети, которая дает им необходимые сенсорные данные, необходимые им для того, чтобы заставить свой мозг улучшить сенсорную обработку.

История

В 1930-е гг. Доктор Уайлдер Пенфилд проводил очень странную операцию в Монреальском неврологическом институте.[11] Доктор Пенфилд "был пионером внедрения нейрофизиологических принципов в практику нейрохирургия.[4][12] Доктор Пенфилд интересовался поиском решения проблемы эпилепсии. захват проблемы, которые были у его пациентов. Он использовал электрод для стимуляции различных областей коры головного мозга и спрашивал своего все еще находящегося в сознании пациента, что он или она чувствовал. Этот процесс привел к публикации его книги «Кора головного мозга человека». «Картирование» ощущений, которые испытывали его пациенты, привело доктора Пенфилда к составлению схемы ощущений, которые были вызваны стимуляцией различных областей коры.[13] Миссис Х. П. Кэнтли была художником, которого доктор Пенфилд нанял для иллюстрации своих открытий. Результатом стало зарождение первого сенсорного Гомункул.

В Гомонкул представляет собой визуальное представление интенсивности ощущений, исходящих от разных частей тела. Доктор Уайлдер Пенфилд и его коллега Герберт Джаспер разработал Монреальская процедура использование электрода для стимуляции различных частей мозга, чтобы определить, какие части были причиной эпилепсии. Затем эту часть можно было удалить или изменить хирургическим путем, чтобы восстановить оптимальную работу мозга. Выполняя эти тесты, они обнаружили, что функциональные карты сенсорной и моторной коры у всех пациентов были одинаковыми. Из-за их новизны в то время эти гомонкулы были провозглашены «E = mc² неврологии».[11]

Текущее исследование

До сих пор нет однозначных ответов на вопросы о соотношении функциональной и структурной асимметрии в мозг.[14] В мозгу человека существует ряд асимметрий, в том числе то, как обрабатывается речь, в основном, слева полушарие мозга. Однако были случаи, когда люди обладали языковыми навыками, сопоставимыми с теми, кто использует левое полушарие для обработки речи, но в основном они используют свое правое или оба полушария. Эти случаи создают вероятность того, что функция может не следовать структуре в некоторых когнитивных задачах.[14] Текущие исследования в области сенсорной обработки и мультисенсорной интеграции направлены на то, чтобы раскрыть тайны концепции латерализация мозга.

Исследования сенсорной обработки могут многое предложить для понимания функции мозга в целом. Основная задача мультисенсорной интеграции - выяснить и отсортировать огромные количества сенсорной информации в теле с помощью множества сенсорных модальностей. Эти методы не только не независимы, но и дополняют друг друга. Если одна сенсорная модальность может дать информацию об одной части ситуации, другая модальность может получить другую необходимую информацию. Объединение этой информации помогает лучше понять физический мир вокруг нас.

Может показаться излишним, что нам предоставляют несколько сенсорных входов об одном и том же объекте, но это не обязательно так. Эта так называемая «избыточная» информация на самом деле является подтверждением того, что то, что мы переживаем, действительно происходит. Восприятие мира основаны на моделях, которые мы строим из мира. Сенсорная информация информирует эти модели, но эта информация также может сбивать модели с толку. Сенсорные иллюзии возникают, когда эти модели не совпадают. Например, если наша зрительная система может обмануть нас в одном случае, наша слуховая система может вернуть нас в земную реальность. Это предотвращает сенсорное искажение, потому что за счет комбинации нескольких сенсорных модальностей модель, которую мы создаем, намного более надежна и дает лучшую оценку ситуации. Если рассуждать логически, гораздо легче обмануть одно чувство, чем одновременно обмануть два или более чувств.

Примеры

Одно из самых ранних ощущений - это обонятельный ощущение. Эволюционные, вкусовые и обоняние разработаны вместе. Эта мультисенсорная интеграция была необходима древним людям, чтобы гарантировать, что они получают правильное питание из своей пищи, а также чтобы убедиться, что они не употребляют ядовитые вещества.[нужна цитата ] Есть несколько других сенсорных интеграций, которые развились на ранних этапах эволюции человека. Интеграция между зрением и слухом была необходима для пространственного картирования. Интеграция между зрением и тактильными ощущениями развивалась вместе с нашими более тонкими моторными навыками, включая лучшую зрительно-моторную координацию. В то время как люди превратились в двуногий организмов, баланс стал экспоненциально более важным для выживания. В мультисенсорная интеграция между визуальными входами, вестибулярный (балансные) входы, и проприоцепция входы сыграли важную роль в нашем развитии прямоходящих.

Аудиовизуальная система

Возможно, одна из наиболее изученных сенсорных интеграций - это отношения между зрение и прослушивание.[15] Эти два чувства воспринимают одни и те же объекты в мире по-разному, и, комбинируя их, они помогают нам лучше понять эту информацию.[16] Видение доминирует в нашем восприятии мира вокруг нас. Это потому, что визуальная пространственная информация является одним из самых надежных сенсорных модальностей. Визуальные стимулы записываются непосредственно на сетчатку, и есть несколько внешних искажений, которые предоставляют неверную информацию в мозг об истинном местоположении объекта.[17] Другая пространственная информация не так надежна, как визуальная пространственная информация. Например, рассмотрим слуховой пространственный ввод. Иногда местоположение объекта можно определить только по его звуку, но сенсорный ввод можно легко модифицировать или изменить, что дает менее надежное пространственное представление объекта.[18] Таким образом, слуховая информация не представлена ​​в пространстве, в отличие от визуальных стимулов. Но как только у человека есть пространственное отображение на основе визуальной информации, мультисенсорная интеграция помогает объединить информацию от визуальных и слуховых стимулов, чтобы сделать более надежное отображение.

Были проведены исследования, показывающие, что существует динамический нейронный механизм для сопоставления слуховых и визуальных входов от события, которое стимулирует несколько чувства.[19] Одним из наблюдаемых примеров является то, как мозг компенсирует расстояние до цели. Когда вы разговариваете с кем-то или смотрите, что что-то происходит, слуховые и визуальные сигналы обрабатываются не одновременно, но воспринимаются как одновременные.[20] Этот вид мультисенсорная интеграция может привести к незначительным ошибкам восприятия зрительно-слуховой системой в виде эффекта чревовещания.[21] Примером эффекта чревовещания является ситуация, когда у человека по телевизору кажется, что его голос идет изо рта, а не из динамиков телевизора. Это происходит из-за ранее существовавшего пространственного представления в мозгу, которое запрограммировано думать, что голоса исходят изо рта другого человека. Это приводит к тому, что визуальный отклик на входной аудиосигнал пространственно искажен и, следовательно, смещен.

Сенсомоторная система

Зрительно-моторная координация - один из примеров сенсорной интеграции. В этом случае нам требуется тесная интеграция того, что мы визуально воспринимаем об объекте, и того, что мы тактильно воспринимаем об этом же объекте. Если бы эти два чувства не были объединены в мозгу, у человека было бы меньше возможностей манипулировать объектом. Зрительно-ручная координация это тактильное ощущение в контексте зрительной системы. Зрительная система очень статична в том смысле, что она мало перемещается, но руки и другие части, используемые в тактильном сенсорном сборе, могут свободно перемещаться. Это движение рук должно быть включено в отображение как тактильных, так и визуальных ощущений, иначе человек не сможет понять, куда они двигают руками, и к чему прикасаются и на что смотрят. Примером этого является взгляд на младенца. Младенец берет предметы и кладет их в рот или прикасается ими к ногам или лицу. Все эти действия приводят к формированию пространственных карт в мозгу и осознанию того, что «Эй, та штука, которая двигает этот объект, на самом деле является частью меня». Увидеть то же самое, что они чувствуют, - важный шаг в картировании, которое требуется младенцам, чтобы начать понимать, что они могут двигать руками и взаимодействовать с объектом. Это самый ранний и наиболее явный способ ощутить сенсорную интеграцию.

Дальнейшие исследования

В будущем исследования сенсорной интеграции будут использоваться, чтобы лучше понять, как различные сенсорные модальности включаются в мозг, чтобы помочь нам выполнять даже самые простые задачи. Например, в настоящее время у нас нет понимания, необходимого для понимания того, как нейронные цепи преобразуют сенсорные сигналы в изменения двигательной активности. Больше исследований сделано на сенсомотор Система может помочь понять, как контролируются эти движения.[22] Это понимание потенциально может быть использовано, чтобы узнать больше о том, как улучшить протезирование, и в конечном итоге помочь пациентам, которые потеряли возможность пользоваться конечностями. Кроме того, если вы узнаете больше о том, как могут сочетаться различные сенсорные входные данные, это может оказать глубокое влияние на новые инженерные подходы с использованием робототехника. Сенсорные устройства робота могут принимать входные данные различных модальностей, но если мы лучше поймем мультисенсорную интеграцию, мы сможем запрограммировать этих роботов для преобразования этих данных в полезные выходные данные, чтобы лучше служить нашим целям.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Stein BE, Stanford TR, Rowland BA (декабрь 2009 г.). «Нейронная основа мультисенсорной интеграции в среднем мозге: ее организация и созревание». Слышать. Res. 258 (1–2): 4–15. Дои:10.1016 / j.heares.2009.03.012. ЧВК  2787841. PMID  19345256.
  2. ^ Штейн Б.Е., Роуленд Б.А. (2011). Организация и пластичность в мультисенсорной интеграции: ранний и поздний опыт влияет на ее руководящие принципы. Прогресс в исследованиях мозга. 191. С. 145–63. Дои:10.1016 / B978-0-444-53752-2.00007-2. ISBN  9780444537522. ЧВК  3245961. PMID  21741550.
  3. ^ Macaluso E, Driver J (май 2005 г.). «Мультисенсорные пространственные взаимодействия: окно в функциональную интеграцию человеческого мозга». Тенденции Neurosci. 28 (5): 264–271. Дои:10.1016 / j.tins.2005.03.008. PMID  15866201.
  4. ^ а б Тодман Д. (2008). «Уайлдер Пенфилд (1891–1976)». Журнал неврологии. 255 (7): 1104–1105. Дои:10.1007 / s00415-008-0915-6. PMID  18500490.
  5. ^ Харрисон Б.Дж., Пухоль Дж., Лопес-Сола М., Эрнандес-Рибас Р., Деус Дж. И др. (2008). «Последовательность и функциональная специализация в мозговом режиме по умолчанию». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 105 (28): 9781–9786. Bibcode:2008PNAS..105.9781H. Дои:10.1073 / pnas.0711791105. ЧВК  2474491. PMID  18621692.
  6. ^ Ванцетта I, Гринвальд А (2008). «Связь между нейрональной активностью и микроциркуляцией: последствия для функциональной визуализации мозга». Журнал HFSP. 2 (2): 79–98. Дои:10.2976/1.2889618. ЧВК  2645573. PMID  19404475.
  7. ^ Пиротт Б., Воордекер П., Нойгрошл С. и др. (Июнь 2008 г.). «Комбинация нейронавигации под управлением функциональной магнитно-резонансной томографии и интраоперационного картирования коры головного мозга улучшает нацеливание на стимуляцию моторной коры при нейропатической боли». Нейрохирургия. 62 (6 Дополнение 3): 941–56. Дои:10.1227 / 01.neu.0000333762.38500.ac. PMID  18695580.
  8. ^ Hagmann P, Cammoun L, Gigandet X, Meuli R, Honey CJ, et al. . (2008). Фристон, Карл Дж. (Ред.). "Картирование структурного ядра коры головного мозга человека по Олсену". PLOS Биология. 6 (7): 1479–1493. Дои:10.1371 / journal.pbio.0060159. ЧВК  2443193. PMID  18597554.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  9. ^ Маррелек Г., Беллек П., Крайник А., Даффо Х., Пелегрини-Исаак М. и др. (2008). «Мультисенсорные области, системы и мозг: иерархические меры функциональной интеграции в фМРТ». Анализ медицинских изображений. 12 (4): 484–496. Дои:10.1016 / j.media.2008.02.002. PMID  18396441.
  10. ^ Миллер LJ, Нильсен DM, Schoen SA, Brett-Green BA (2009). «Перспективы расстройства обработки сенсорной информации: призыв к трансляционным исследованиям». Фронт Integr Neurosci. 3: 22. Дои:10.3389 / нейро.07.022.2009. ЧВК  2759332. PMID  19826493.
  11. ^ а б Блейксли, Сандра; Блейксли, Мэтью. (2007). У тела есть собственный разум. Случайный дом. стр.440. ISBN  978-1-4000-6469-4.
  12. ^ Ян Ф, Круггель Ф (2008). «Автоматическая сегментация борозд человеческого мозга». Анализ медицинских изображений. 12 (4): 442–451. Дои:10.1016 / j.media.2008.01.003. PMID  18325826.
  13. ^ Сет AK, Dienes Z, Cleeremans A, Overgaard M, Pessoa L (2008). «Измерение сознания: взаимосвязь поведенческих и нейрофизиологических подходов». Тенденции в когнитивных науках. 12 (8): 314–321. Дои:10.1016 / j.tics.2008.04.008. ЧВК  2767381. PMID  18606562.
  14. ^ а б Лин С.Ю., Бурдин Р.Д. (2005). «Асимметрия мозга: переключение слева направо». Текущая биология. 15 (9): R343 – R345. Дои:10.1016 / j.cub.2005.04.026. PMID  15886094.
  15. ^ Виттен И.Б., Кнудсен Э.И. (2005). «Почему видеть - значит верить: слияние слухового и визуального миров». Нейрон. 48 (3): 489–496. Дои:10.1016 / j.neuron.2005.10.020. PMID  16269365.
  16. ^ Burr D; Alais D; С. Мартинес-Конде (2006). Глава 14 Объединение визуальной и слуховой информации. Прогресс в исследованиях мозга. 155. С. 243–258. Дои:10.1016 / S0079-6123 (06) 55014-9. ISBN  9780444519276. PMID  17027392.
  17. ^ Huddleston WE, Льюис JW, Финни RE, DeYoe EA (2008). «Отображение видимого движения, основанного на слухе и визуальном внимании, имеет общие функциональные параллели». Восприятие и психофизика. 70 (7): 1207–1216. Дои:10.3758 / PP.70.7.1207. PMID  18927004.
  18. ^ Jaekl PM; Харрис, Л. Р. (2007). «Слухово-визуальная временная интеграция, измеряемая сдвигами во воспринимаемом временном местоположении». Письма о неврологии. 417 (3): 219–224. CiteSeerX  10.1.1.519.7743. Дои:10.1016 / j.neulet.2007.02.029. PMID  17428607.
  19. ^ Кинг, AJ (2005). «Мультисенсорная интеграция: стратегии синхронизации». Текущая биология. 15 (9): R339 – R341. Дои:10.1016 / j.cub.2005.04.022. PMID  15886092.
  20. ^ Булкин Д.А., Грох Дж. М. (2006). «Видение звуков: визуальные и слуховые взаимодействия в мозгу». Текущее мнение в нейробиологии. 16 (4): 415–419. Дои:10.1016 / j.conb.2006.06.008. PMID  16837186.
  21. ^ Алайс Д., Бурр Д. (2004). «Эффект чревовещания является результатом почти оптимальной бимодальной интеграции». Текущая биология. 14 (3): 257–262. Дои:10.1016 / j.cub.2004.01.029. PMID  14761661.
  22. ^ Самуэль А.Д., Сенгупта П. (2005). «Сенсомоторная интеграция: определение локомоции в нейронных цепях». Текущая биология. 15 (9): R341 – R353. Дои:10.1016 / j.cub.2005.04.021. PMID  15886093.

внешняя ссылка