Burada ayrıca bilgiden de bahsedeceğiz. Ancak aynı kelimenin farklı yorumlarında kafa karışıklığı yaratmamak için, hangi bilgilerden bahsedeceğimizi hemen net bir şekilde tanımlayalım. Yani beyin yalnızca bağlantıları kaydedebilir. Beyin bu tür bilgileri (bağlantıyı) hatırlar. Bunu yaptığı sürece “Hafıza” süreci denir. Ancak biz beynin nasıl hatırlayacağını bilmediği şeyleri de bilgiye çağırmaya alışkınız. Bunlar çevremizdeki dünyanın gerçekten var olan nesneleridir. Okulda veya üniversitede öğrenmemiz gerekenlerin hepsi bu. Şimdi konuşacağımız bilgiler bunlar. Beynin gerçek nesnelere, metinsel bilgilere ve çok özel bir bilgi türüne (sembolik (veya kesin) bilgiye) nasıl tepki verdiğini anlayalım. Beyin, listelenen bilgi türlerini (gerçek nesneler, metinler, telefon numaraları (ve) hatırlayamaz). benzer bilgiler). Ancak deneyimlerimiz yukarıdakilerden bazılarını hâlâ hatırlayabildiğimizi gösteriyor. Bu bilgilerin ezberlenmesi ve çoğaltılması nasıl gerçekleşir?
1. GÖRÜNTÜLER 2. METİN BİLGİLERİ 3. İŞARET BİLGİLERİ
Öncelikle beynin gerçek hayattaki nesnelere verdiği tepkiyi analiz edelim. Araştırmacıların hiçbiri beyindeki görsel görüntüleri tespit edemezse beyin bunları nasıl yeniden üretmeyi başarabilir? Doğa çok kurnazca davrandı. Gerçekten var olan herhangi bir nesnenin iç bağlantıları vardır. Beyin bu bağlantıları tanımlayabilir ve hatırlayabilir. Bir insanın neden birden fazla duyu organına ihtiyaç duyduğunu hiç merak ettiniz mi? Neden bir nesneyi koklayabiliyor, tadabiliyor, görebiliyor ve duyabiliyoruz (eğer ses çıkarıyorsa)? Gerçek hayattaki bir nesne uzaya fiziksel ve kimyasal sinyaller yayar. Bu, ondan yansıyan veya onun yaydığı ışıktır, bunlar havadaki her türlü titreşimdir, bir cismin tadı olabilir ve bu cismin molekülleri ondan çok uzaklara uçabilir. Eğer insanda tek bir duyu organı olsaydı, beynin bağlantıları kaydeden hafıza sistemi hiçbir şeyi hatırlayamazdı. Ancak bir nesnenin genel bilgi alanı beynimiz tarafından birkaç bileşene bölünür. Bilgi beyne farklı algı kanalları yoluyla girer. Görsel analizör bir nesnenin ana hatlarını aktarır (bir elma olsun). İşitsel analizör bir nesnenin çıkardığı sesleri algılar: Bir elmayı ısırdığınızda karakteristik bir çıtırtı duyulur. Tat analizörü tadı algılar. Burun, olgun elmaların yaydığı molekülleri birkaç metre öteden algılayabilmektedir. Bir nesneye ilişkin bazı bilgiler eller (dokunma) yoluyla beyne girebilir. Bir nesneye ilişkin bilgilerin parçalara ayrılması sonucunda beyin bağlantılar kurabilir. Ve bu bağlantılar doğal olarak oluşuyor. Belirli bir anda bilinçte olan her şey ilişkilendirilir, yani hatırlanır. Sonuç olarak biz bir elmayı incelerken, ona bakarken, onu elimizde çevirirken, tadarken, beyin bu doğal nesnenin farklı özelliklerini tespit eder ve otomatik olarak aralarında bağlantılar kurar. hatırladı. Yalnızca bağlantılar hatırlanır. Gelecekte elma kokusunu burnumuza aldığımızda, yani beyne bir uyarı girdiğinde, önceden oluşan bağlantılar çalışacak ve beyin, bu nesnenin diğer özelliklerini bilincimizde yaratacaktır. Bir elmanın görüntüsünün tamamını hatırlayacağız. Doğal ezberlemenin mekanizması o kadar açıktır ki, bunun hakkında konuşmak bile tuhaftır. Bu ezberleme yöntemi bize çevremizdeki dünyadaki nesneleri, onlar hakkındaki bilgilerin yalnızca küçük bir kısmından TANIMA fırsatı verir.
İnsan beyninin bileşimi şunları içerir: yapısal ve işlevsel olarak birbirine bağlı nöronlar. Memelilerin bu organı, türüne bağlı olarak 100 milyondan 100 milyara kadar nöron içerir.
Her memeli nöronu bir hücreden oluşur; temel bir yapısal birim, dendritler (kısa süreç) ve bir akson (uzun süreç). Temel yapısal birimin gövdesi çekirdeği ve sitoplazmayı içerir.
akson hücre gövdesinden çıkar ve sinir uçlarına ulaşmadan önce çoğu zaman birçok küçük dalı oluşturur.
Dendritler Sinir hücresi gövdesinden uzanır ve sinir sisteminin diğer birimlerinden mesajlar alır.
Sinapslar– bunlar bir nöronun diğerine bağlandığı temaslardır. Dendritler, sistemin diğer yapısal ve fonksiyonel birimlerinden gelen aksonların uçlarının oluşturduğu sinapslarla kaplıdır.
İnsan beyninin bileşimi 86 milyar nörondan oluşur; %80'i sudan oluşur ve kütlesi vücut ağırlığının yalnızca %2'si olmasına rağmen tüm vücuda yönelik oksijenin yaklaşık %20'sini tüketir.
Beyinde sinyaller nasıl iletilir?
Fonksiyonel bir sistemin birimleri olan nöronlar mesaj alıp gönderirken, aksonları boyunca uzunlukları bir santimetreden bir metreye veya daha fazlasına kadar değişebilen elektriksel uyarıları iletirler. çok karmaşık olduğu açıktır.
Birçok akson, elektrik sinyallerinin akson boyunca iletilmesini hızlandıran çok katmanlı bir miyelin kılıfıyla kaplıdır. Bu kabuk, glia'nın özel temel yapısal birimlerinin yardımıyla oluşturulur. Merkezi sinir sisteminde glia'lara oligodendrositler, periferik sinir sisteminde ise Schwann hücreleri denir. Medulla, sinir sistemi birimlerinden en az on kat daha fazla glia içerir. Glia birçok işlevi yerine getirir. Besinlerin nöronlara taşınmasında, temizlenmesinde, bazı ölü nöronların işlenmesinde glia'nın önemi.
Sinyalleri iletmek için herhangi bir memelinin vücut sisteminin işlevsel birimleri tek başına çalışmaz. Bir sinir devresinde, bir temel birimin aktivitesi diğer birçok birimi doğrudan etkiler. Bu etkileşimlerin beyin fonksiyonunu nasıl kontrol ettiğini anlamak için sinir bilimciler, sinir hücreleri arasındaki bağlantıları, bunların beyindeki sinyalleri nasıl ilettiğini ve zaman içinde nasıl değiştiğini inceliyorlar. Bu çalışma, bilim adamlarının sinir sisteminin nasıl geliştiğini, hastalıklara veya yaralanmalara karşı nasıl duyarlı hale geldiğini ve beyin bağlantılarının doğal ritimlerini nasıl bozduğunu daha iyi anlamalarına yol açabilir. Yeni görüntüleme teknolojisi sayesinde bilim insanları artık insan beyninin bölgelerini ve kompozisyonunu birbirine bağlayan devreleri daha iyi görselleştirebiliyor. 
Teknikler, mikroskopi ve bilgi işlem teknolojisindeki ilerlemeler, bilim adamlarının hayvanlardaki bireysel sinir hücreleri arasındaki bağlantıları her zamankinden daha iyi bir şekilde haritalandırmaya başlamasına olanak tanıyor.
Bilim insanları, insan beyninin bileşimini detaylı bir şekilde inceleyerek, otizm ve şizofreni de dahil olmak üzere beyin bozukluklarına ve sinir ağının gelişimindeki hatalara ışık tutabilir.
İNSAN İŞİTME ANALİZÖRÜNÜN ANA ÖZELLİKLERİ
İnsan işitsel analizörünün yapısı ve işleyişi
Bir kişinin dış dünyadan aldığı tüm ses bilgileri (toplamın yaklaşık% 25'i) işitsel sistem kullanılarak kendisi tarafından tanınır.
İşitme sistemi bir tür bilgi alıcısıdır ve işitme sisteminin çevresel kısmı ve üst kısımlarından oluşur.
İşitsel sistemin çevresel kısmı aşağıdaki işlevleri yerine getirir:
- ses sinyalini alan, lokalize eden, odaklayan ve güçlendiren bir akustik anten;
- mikrofon;
- frekans ve zaman analizörü;
Analog sinyali ikili sinir uyarılarına dönüştüren analogdan dijitale dönüştürücü.
Periferik işitme sistemi üç bölüme ayrılır: dış, orta ve iç kulak.
Dış kulak, kulak kepçesi ve kulak zarı adı verilen ince bir zarla biten kulak kanalından oluşur. Dış kulaklar ve kafa, kulak zarını harici ses alanına bağlayan (eşleştiren) harici bir akustik antenin bileşenleridir. Dış kulakların ana işlevleri binaural (uzaysal) algılama, ses kaynağının lokalizasyonu ve özellikle orta ve yüksek frekanslarda ses enerjisinin yükseltilmesidir.
Kulak kepçesi 1 dış kulak bölgesinde (Şekil 1.a) akustik titreşimleri kulak kanalına yönlendirir 2, kulak zarı ile biten 5. İşitsel kanal, yaklaşık 2,6 kHz frekanslarda akustik rezonatör görevi görür ve bu da ses basıncını üç kat artırır. Bu nedenle, bu frekans aralığında ses sinyali önemli ölçüde güçlendirilir ve maksimum işitme hassasiyeti bölgesi burada bulunur Ses sinyali kulak zarını daha da etkiler3.
Kulak zarı, ucu orta kulağa bakan, koni şeklinde, 74 mikron kalınlığında ince bir filmdir. Orta kulak bölgesi ile sınırı oluşturur ve burada çekiç şeklinde kas-iskelet sistemi kaldıraç mekanizmasına bağlanır. 4 ve inkus 5. İnkusun pedikülü oval pencerenin zarına dayanır. 6 iç kulak 7. Çekiç-incus kaldıraç sistemi, dış kulakla iletişim kuran orta kulağın hava ortamından en büyük enerji geri dönüşünü sağlamak için oval pencerenin zarı üzerindeki ses basıncını artıran kulak zarı titreşimlerinin bir transformatörüdür. nazofarinks yoluyla çevre 8, sıkıştırılamaz sıvı - perilenf ile dolu iç kulak 7 bölgesine.
Orta kulak, atmosferik basıncı eşitlemek için östaki borusuyla nazofarenkse bağlanan hava dolu bir boşluktur. Orta kulak aşağıdaki işlevleri yerine getirir: hava ortamının empedansını iç kulak kokleasının sıvı ortamıyla eşleştirmek; yüksek seslerden korunma (akustik refleks); amplifikasyon (kaldıraç mekanizması), iç kulağa iletilen ses basıncının kulak zarına çarpana kıyasla neredeyse 38 dB yükseltilmesi nedeniyle.
Şekil 1. İşitme organının yapısı
İç kulağın yapısı (Şekil 1.6'da genişletilmiş olarak gösterilmiştir) çok karmaşıktır ve burada şematik olarak tartışılmaktadır. Boşluğu (7), üç halka şeklinde vestibüler aparatın kanallarına bitişik olan, 3,5 cm uzunluğunda bir salyangoz şeklinde 2,5 dönüş halinde sarılmış, tepeye doğru sivrilen bir tüptür. 9. Bu labirentin tamamı kemikli bir septumla sınırlıdır 10. Tüpün giriş kısmında oval membranın yanı sıra yuvarlak pencere membranının da bulunduğunu unutmayın. 11, orta ve iç kulağı koordine etme yardımcı işlevini yerine getirir.
Ana membran kokleanın tüm uzunluğu boyunca bulunur 12 - akustik sinyal analizörü. Kokleanın tepesine doğru genişleyen, esnek bağlardan oluşan dar bir şerittir (Şekil 1.6).. Kesit (Şekil 1.c) ana zarı göstermektedir 12, kemik (Reissner) zarı 13, vestibüler aparatın sıvı ortamının işitme sisteminden ayrılması; ana zar boyunca Corti'nin 14. organının sinir liflerinin bir turnikeye bağlanan uç katmanları vardır 15.
Ana zar birkaç bin enine liften oluşur uzunluk 32 mm. Corti organı özel işitsel reseptörler içerir- Saç hücreleri. Enine yönde, Corti organı bir sıra iç tüylü hücreden ve üç sıra dış tüylü hücreden oluşur.
İşitme siniri, çekirdeği kokleanın tepesinden uzanan liflerden ve alt kısımlarından dış katmanlardan oluşan bükülmüş bir gövdedir. Beyin sapına girdikten sonra nöronlar çeşitli seviyelerde hücrelerle etkileşime girer, kortekse yükselir ve yol boyunca geçer, böylece sol kulaktan gelen işitsel bilgiler esas olarak duygusal bilgilerin esas olarak işlendiği sağ yarıküreye ve sağ kulaktan gelir. Anlamsal bilginin esas olarak işlendiği sol yarıküreye. Kortekste ana işitme bölgeleri temporal bölgede yer alır ve her iki yarıküre arasında sürekli bir etkileşim vardır.
Ses iletiminin genel mekanizması şu şekilde basitleştirilebilir: Ses dalgaları ses kanalından geçer ve kulak zarının titreşimlerini uyarır. Bu titreşimler orta kulağın kemikçik sistemi aracılığıyla sıvıyı kokleanın üst kısmına iten oval pencereye iletilir.
Oval pencerenin zarı iç kulak sıvısında salındığında, ana zar boyunca kokleanın tabanından tepesine doğru hareket eden elastik titreşimler meydana gelir. Ana zarın yapısı, uzunlukları boyunca lokalize edilmiş rezonans frekanslarına sahip bir rezonatör sistemine benzer. Kokleanın tabanında bulunan membran alanları, ses titreşimlerinin yüksek frekanslı bileşenlerine rezonansa girerek bunların titreşmesine neden olur, ortadakiler orta frekanslı olanlara ve üste yakın olan alanlar düşük frekanslara tepki verir. Lenfteki yüksek frekanslı bileşenler hızla zayıflar ve başlangıçtan itibaren membranın uzak bölgelerini etkilemez.
Şekil 2'de şematik olarak gösterildiği gibi, zarın yüzeyinde bir kabartma şeklinde lokalize olan rezonans olayları. 1. G, Ana zar üzerinde bulunan sinir "saç" hücrelerini birkaç katman halinde uyararak Corti organını oluşturur. Bu hücrelerin her birinin yüze kadar “saç” ucu vardır. Membranın dış tarafında bu tür hücrelerin üç ila beş katmanı vardır ve bunların altında bir iç sıra vardır, böylece membran deforme olduğunda birbirleriyle katman katman etkileşime giren "tüylü" hücrelerin toplam sayısı yaklaşık olarak yaklaşıktır. 25 bin.
Corti organında, zarın mekanik titreşimleri sinir liflerinin ayrık elektriksel uyarılarına dönüştürülür. Ana zar titreştiğinde, saç hücrelerinin üzerindeki kirpikler bükülür ve bu, daha fazla işlem ve yanıt için alınan ses sinyali hakkında gerekli tüm bilgileri beyne taşıyan elektriksel sinir uyarılarının akışına neden olan bir elektrik potansiyeli üretir. Bu karmaşık sürecin sonucu, giriş akustik sinyalinin elektriksel forma dönüştürülmesidir ve bu daha sonra işitme sinirleri aracılığıyla beynin işitsel bölgelerine iletilir.
İşitsel sistemin yüksek kısımları (korteksin işitsel bölgeleri dahil), gürültü arka planına karşı yararlı ses sinyallerini tanımlayan (kodunu çözen), bunları belirli özelliklere göre gruplandıran, bunları hafızadaki görüntülerle karşılaştıran mantıksal bir işlemci olarak düşünülebilir. , bilgi değerlerini belirler ve yanıt eylemlerine karar verir.
İşitsel analizörlerden gelen sinyallerin beyne iletilmesi
Sinir uyarılarını saç hücrelerinden beyne iletme süreci, doğası gereği elektrokimyasaldır.
Sinir uyarılarının beyne iletilme mekanizması, Şekil 2'deki şema ile temsil edilmektedir; burada L ve R, sol ve sağ kulaklardır, 1, işitsel sinirlerdir, 2 ve 3, bilginin dağıtımı ve işlenmesi için ara merkezlerdir. beyin sapında ve 2'si sözde . koklear çekirdekler, 3 - üstün zeytinler.
İncir. 2. Sinir uyarılarının beyne iletilme mekanizması
Perde hissinin oluştuğu mekanizma hala tartışmaya açıktır. Yalnızca düşük frekanslarda, ses titreşiminin her yarım döngüsü için birkaç darbenin meydana geldiği bilinmektedir. Daha yüksek frekanslarda, darbeler her yarım döngüde gerçekleşmez, ancak daha az sıklıkla, örneğin her ikinci periyotta bir darbe ve daha yüksek frekanslarda, hatta üçte birde bir darbe meydana gelir. Ortaya çıkan sinir uyarılarının sıklığı yalnızca stimülasyonun yoğunluğuna bağlıdır, yani. ses basıncı seviyesinde.
Sol kulaktan gelen bilgilerin çoğu beynin sağ yarıküresine iletilirken, sağ kulaktan gelen bilgilerin çoğu da sol yarıküreye iletilir. Beyin sapının işitsel kısımlarında sesin perdesi, şiddeti ve tınının bazı özellikleri belirlenir. Birincil sinyal işleme gerçekleştirilir. Serebral kortekste karmaşık işlem süreçleri gerçekleşir. Birçoğu doğuştandır, birçoğu bebeklikten başlayarak doğa ve insanlarla iletişim sürecinde oluşur.
Çoğu insanda (sağ elini kullananların %95'i ve sol elini kullananların %70'i) sol yarıkürenin tahsis edildiği ve işlendiği tespit edilmiştir; anlamsal bilgi işaretleri ve sağda estetik olanlar. Bu sonuç, konuşma ve müziğin biyotik (çatallı, ayrı) algısı üzerine yapılan deneylerde elde edildi. Bir sayı dizisini sol kulağıyla, diğerini sağ kulağıyla dinlerken, dinleyici sağ kulağın algıladığı ve sol yarıkürenin aldığı bilgileri tercih eder. Aksine, farklı kulaklarla farklı melodiler dinlerken, sol kulak tarafından dinlenilen ve sağ yarıküreye giren bilgi tercih edilir.
Uyarımın etkisi altındaki sinir uçları, sinir lifleri boyunca beyne iletilen dürtüler (yani pratik olarak zaten kodlanmış, neredeyse dijital bir sinyal) üretir: ilk anda 1000 dürtü/s'ye kadar ve bir saniyeden sonra - 200'den fazla değil Uyum sürecini belirleyen yorgunluk nedeniyle; Bir sinyale uzun süre maruz kalındığında algılanan ses yüksekliğinde azalma.
İspanya, Fransa ve İngiltere'den bir bilim insanı ekibi, yalnızca müdahalesiz teknolojiler kullanarak iki kişinin zihinleri arasında bir sinyal iletmeye yönelik ilk deneyin tamamlandığını duyurdu. 140 bitlik bilgiden oluşan bir sinyal internet aracılığıyla Hindistan'dan Fransa'ya iletildi. Çalışma PLOS One'da yayınlandı.
Deneyin genel şeması. Resim: PLOS bir makale |
Deney, beyin-bilgisayar arayüzlerine (BCI) ve bilgisayar-beyin arayüzlerine (CBI) dayanıyordu; sinyal İnternet üzerinden iletiliyordu. Mesaj sonuçta İspanyolca (ve Katalanca) "hola" - "merhaba" kelimesiydi. Kodlama için harf başına 5 bit kullanan Bacon şifresi kullanıldı. Yeterli istatistik toplamak için kelime 7 kez iletildi, dolayısıyla son mesaj 140 bit uzunluğundaydı.
Bilim adamları beyin-bilgisayar arayüzünü şu şekilde modellediler: İnsan "vericisi" "0"ı kodlamak için ayağını hareket ettirdi ve "1"i kodlamak için avucunu hareket ettirdi. Bilgisayar, serebral korteksin bu hareketlerden sorumlu alanlarından bir elektroensefalogram alarak, iletilen mesajı ikili bitler biçiminde aldı.
Bilgisayar-beyin arayüzüyle işler daha karmaşıktı. İnsan "alıcısının" başında, uyarılması üzerine fosfen fenomeninin ortaya çıktığı serebral korteksin görsel merkezini buldular - gözden bilgi olmadan ortaya çıkan görsel duyumlar. Böyle bir duygunun varlığı “1”, yokluğu “0” olarak kodlanmıştır.
Yaşları 28-50 arasında değişen dört gönüllü verici ve alıcı olarak görev yaptı. Son deney için sinyal Hindistan'dan Fransa'ya iletildi. Duyulardan gelen paraziti ortadan kaldırmak için “alıcı” kişinin gözlerine ışık geçirmez bir maske takılmış, kulaklarına da tıkaçlar yerleştirilmiştir. Kodlanmış sözcüğü tahmin etme olasılığını ortadan kaldırmak için, dizi ilk olarak sözde rastgele bir kod elde etmek üzere daha da kodlandı; iletimden sonra orijinal mesajı geri yüklemek için şifresi çözüldü.
Deney sonucunda 140 bitlik bilginin %4 hata oranı ile iletilmesi mümkün olmuştur. Karşılaştırma yapmak gerekirse, bu sonucun istatistiksel olarak anlamlı olduğundan emin olmak için: arka arkaya 140 karakterin tamamını tahmin etme olasılığı 10 -22'den azdır ve 140 karakterin en az %80'ini tahmin etme olasılığı 10 -13'ten azdır. Böylece bilim adamlarına göre aslında sinyalin beyinden beyne doğrudan aktarımı söz konusuydu.
Bu çalışmanın yeniliği ve önemi, şu ana kadar tüm bu tür deneylerin ya iki arayüzden biriyle sınırlı olması ya da laboratuvar hayvanları üzerinde gerçekleştirilmiş olması ya da sensörlerin canlı bir organizmaya yerleştirilmesi için invaziv prosedürler içermesi gerçeğinden kaynaklanmaktadır. Bu çalışmada bilim insanları ilk kez insandan insana yayılmayan bulaşmayı gerçekleştirmeyi başardılar.