Фильтрация стимулов - Stimulus filtering

Фильтрация стимулов происходит, когда животное нервная система не отвечает на стимулы что в противном случае вызвало бы реакцию.[1] Нервная система выработала способность воспринимать и различать мельчайшие различия в раздражителях, что позволяет животному реагировать только на значительный импульс.[2] Это позволяет животному экономить энергию, поскольку оно не реагирует на несущественные сигналы.

Адаптивное значение

Непосредственными причинами фильтрации стимулов могут быть многие вещи в окружающей среде животного и вокруг нее, но конечной причиной этой реакции может быть эволюционное преимущество, обеспечиваемое фильтрацией стимулов. Животное, которое экономит энергию, не реагируя на ненужные раздражители, может иметь повышенную приспособленность, что означает, что оно сможет произвести больше потомства, тогда как животное, которое не фильтрует раздражители, может иметь пониженную приспособленность из-за истощенных запасов энергии.[3] Животное, которое применяет фильтрацию стимулов, также может с большей вероятностью адекватно отреагировать на серьезные угрозы, чем животное, которое отвлекается на несущественные стимулы.

Физиологический механизм

Когда животные получают определенные сигналы, нейроны высшего ранга определяют, какие сигналы достаточно важны, чтобы их можно было сохранить, а какие - незначительны и их можно игнорировать.[2] Этот процесс, по сути, работает как фильтр, так как синапсы нейронной сети усиливают одни сигналы и подавляют другие, при этом простые стимулы получают внимание от нейронов более низкого уровня, а более сложные стимулы получают внимание от нейронов более высокого уровня.[2]

Отношение к людям

Фильтрация стимулов также наблюдается у людей изо дня в день. Явление называется эффект коктейльной вечеринки. Находясь в переполненной комнате, люди склонны игнорировать другие разговоры и просто сосредотачиваться на том, в котором они участвуют. Этот эффект также работает в том смысле, что, когда человек слышит свое имя в разговоре другого, они сразу же сосредотачиваются на этом разговоре.

Примеры

Мотыльки

Эволюция моль Слуховая система помогла им избежать летучая мышь С эхолокация. Физически у мотылька по два уха с каждой стороны грудная клетка где они получают ультразвуковые индикаторы, чтобы слышать отчетливые вокализации, которые затем вызывают вибрацию мембран ушей моли на одном из двух слуховых рецепторов: A1 или A2.[4] Они прикреплены к тимпан в ухо. Сильные волны звукового давления охватывают тело бабочки, заставляя барабанную перепонку вибрировать и деформируя эти рецепторные клетки. Это открывает чувствительные к растяжению каналы в клеточная мембрана и обеспечивает эффективные стимулы для слухового рецептора моли. Эти рецепторы работают так же, как и большинство нейроны делают это, реагируя на энергию, содержащуюся в выбранных стимулах, и изменяя проницаемость их клеточных мембран для положительно заряженных ионов. Хотя рецепторы A1 и A2 работают одинаково, между ними есть существенные различия. Рецептор A1 является основным детектором летучей мыши, и по мере увеличения скорости стрельбы моль отворачивается от летучей мыши, чтобы уменьшить эхо-сигнал эхолота. Другими словами, рецептор A1 чувствителен к низким частотам. Чтобы определить относительное положение летучей мыши, дифференциальная скорость стрельбы ячеек А1 будет стрелять по обе стороны от головы бабочки, и если летучая мышь находится дальше, ячейки получат более слабый сигнал и будут стрелять с меньшей скоростью. Приемник A2 - это система аварийного дублирования, инициирующая беспорядочные полеты в качестве последней попытки избежать захвата.[3] Эта дифференциальная чувствительность сенсорных нейронов A1 и A2 приводит к фильтрации стимулов вокализации летучих мышей. Тактика уклонения на большие расстояния применяется, когда летучая мышь находится далеко, и поэтому сенсорные нейроны A1 срабатывают. Когда летучая мышь находится на очень близком расстоянии, используется тактика уклонения на короткое расстояние с использованием сенсорных нейронов A2.[4] Адаптивная ценность физиологических механизмов двух различных рецепторов помогает избежать поимки летучими мышами.

Паразитоидные мухи

Самки мух рода Ormia ochracea обладают органами в своем теле, которые могут определять частоты крикет звуки с расстояния в несколько метров. Этот процесс важен для выживания их вида, потому что самки откладывают свои первые яйца. возраст личинок в тело сверчка, где они будут кормиться и линять примерно семь дней. По истечении этого срока личинки превращаются в мух, а сверчок обычно погибает.

Исследователи были озадачены тем, как точный слух может возникнуть из-за небольшой структуры уха. Нормальные животные обнаруживают и обнаруживают звуки с помощью межуральная разница во времени (ITD) и межуровневая разница (ILD).[5] ITD - это разница во времени, за которое звук достигает уха. ILD - это разница в интенсивности звука между обоими ушами. Максимум ITD будет составлять всего около 1,5 микросекунд, а ILD будет меньше одного децибела.[5] Эти небольшие значения затрудняют понимание различий. Чтобы решить эти проблемы, исследователи изучили механические характеристики ушей мух. Они обнаружили, что у них есть структура грудины, соединяющая обе барабанные перепонки, что имеет решающее значение для обнаружения звука и его локализации. Структура действует как рычаг, передавая и усиливая энергию колебаний между мембранами.[5] После того, как звук достигает мембран с разной амплитудой, в грудной клетке возникают симметричные режимы колебаний посредством изгиба и раскачивания.[5] Этот эффект помогает нервной системе различать, с какой стороны идет звук. Поскольку грудная клетка действует как межтрубный мостик, ITD увеличивается с 1,5 мкс до 55 мкс, а ILD увеличивается с менее одного децибела до более 10 децибел.[5]

Изучая нервную систему мух, исследователи обнаружили три слуховых афференты. Первый тип вызывает только один спайк к началу стимула, имеет низкий уровень дрожания (вариативность во времени при предъявлении стимула), отсутствие спонтанной активности и является наиболее распространенным типом.[6] Второй тип вызывает от двух до четырех всплесков начала стимула, имеет повышенное дрожание с последующими всплесками и имеет низкую спонтанную активность.[6] Наконец, третий тип имеет тонические всплески на предъявленный стимул, имеет низкий уровень дрожания только с первыми всплесками, имеет низкую спонтанную активность и является наименее распространенным типом. Исследователи обнаружили, что нейроны сильнее всего реагируют на звуковые частоты от 4 до 9 кГц, включая частоты, присутствующие в песнях о крикете.[5] Кроме того, было обнаружено, что нейроны наиболее сильно отреагировали на частоте 4,5 кГц, что является частотой песни Gryllus.[5] Несмотря на тип слухового афферента, все наблюдаемые нейроны выявили обратную / латентную зависимость. Чем сильнее стимул, тем короче время, пока нейрон не начнет реагировать. Разница в количестве афферентов выше порогового значения на стороне животного называется популяционным кодом и может использоваться для учета локализации звука.[6]

Гардемарин рыба

женский гардемарин рыба проходят фильтрацию стимулов, когда приходит время спариваться с самцом. Рыбы-гардемарины используют фильтрацию стимулов при прослушивании звуков, издаваемых подводными видами.[7] Доминирующие сигналы под водой находятся в диапазоне 60–120 Гц, что обычно является наиболее чувствительным к слуховым рецепторам рыб.[3] Однако в песнях самцов рыб-гардемаринов женская слуховая система сезонно меняется на акустические раздражители. Летом, когда самки рыб-гардемаринов размножаются, они слушают мужское напевание, которое может воспроизводиться с уровнем частоты 400 Гц.[3] Лето - это репродуктивная пора для самок, поэтому их слух более чувствителен к высокой частоте гудения самцов.

Рекомендации

  1. ^ «Фильтрация стимулов». Оксфордский справочник. 2012-02-17. Получено 2015-02-25.
  2. ^ а б c «5 - Фильтрация стимулов: зрение и обнаружение движения - University Publishing Online». Ebooks.cambridge.org. Получено 2015-02-25.
  3. ^ а б c d Алкок, Дж. (2009). Поведение животных (Девятое изд., Т. 1). Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates, Inc.
  4. ^ а б "Взаимодействие хищника и жертвы, Sinervo © 1997". Bio.research.ucsc.edu. Получено 2015-02-25.
  5. ^ а б c d е ж г "Нейроэтология: мух-слух". Nelson.beckman.illinois.edu. 2003-04-29. Получено 2015-02-25.
  6. ^ а б c Майкл Л. Ошинский1 и Рональд Р. Хой2 (2002-08-15). "Физиология слуховых афферентов у акустической паразитоидной мухи". Jneurosci.org. Получено 2015-02-25.
  7. ^ Алдеркс, П. В., и Сиснерос, Дж. А. (2011). «Онтогенез слуховой мешковидной чувствительности у гладкоперых рыб-гардемаринов». Porichthys notatus." J Comp Physiol A, 127, 387-398.

дальнейшее чтение