Примерное время на чтение статьи: 12 минуты
Осязательная память — уникальная способность нервной системы запоминать и воспроизводить ощущения, связанные с механическим, температурным, химическим, болевым воздействием на человека, и осознавать собственное тело.
Статья рассказывает о механизме зарождения и преобразования осязательных сигналов, путях их передачи в подкорковые центры обработки информации, дальнейшем осознании ощущений и их запоминании.
Возникновение осязательного сигнала
Рецепторы осязания преобразуют механическое, термическое, химическое или проприоцептивное воздействие в осязательный сигнал, который является содержательной основой информации в нейроне.
Центральную роль в формировании такого сигнала выполняет мембрана соматического рецептора и нервной клетки.
Подробно о типах сенсорных рецепторов осязания можно прочитать здесь
Мембрана нейрона — это тонкая двухслойная оболочка, состоящая из фосфолипидов и белков, которая отделяет внутреннюю среду нейрона от внешней.
Мембрана нейрона имеет две важные функции: барьерную и транспортную.
Барьерная функция заключается в том, что мембрана нейрона пропускает только определённые вещества, такие как вода, кислород, углекислый газ и некоторые малые молекулы.
Транспортная функция заключается в том, что мембрана нейрона содержит специальные белки, называемые ионными каналами, которые регулируют поток ионов (электрически заряженных атомов или молекул) через мембрану.
Ионные каналы могут быть пассивными или активными.
Пассивные каналы всегда открыты и позволяют ионам переходить по градиенту концентрации или электрического потенциала.
Активные каналы открываются или закрываются в ответ на определённые сигналы, такие как изменение напряжения мембраны, связывание химического медиатора или механическое деформирование мембраны.
В нормальном состоянии, когда нейрон не возбуждён, мембрана нейрона имеет отрицательный электрический заряд относительно внешней среды. Это называется потенциалом покоя мембраны и составляет около -70 милливольт. Потенциал покоя мембраны поддерживается с помощью насоса натрий-калий, который активно перекачивает три иона натрия из нейрона и два иона калия в нейрон, создавая дисбаланс ионов по обе стороны мембраны. Кроме того, внутри нейрона имеются большие отрицательно заряженные молекулы, такие как белки и нуклеиновые кислоты, которые не могут пересекать мембрану и усиливают отрицательный заряд внутри нейрона.
Когда рецептор осязания подвергается стимулу (механическому, химическому, температурному, проприоциптивному), он активирует активные ионные каналы в мембране нейрона, которые открываются и позволяют проникнуть ионам натрия внутрь нейрона. Ионы натрия имеют положительный заряд и уменьшают разность потенциалов между внутренней и внешней средой. Это называется деполяризацией мембраны.
Если деполяризация достигает определённого порога, около -55 милливольт, то в мембране нейрона открываются ещё больше активных ионных каналов натрия, которые усиливают деполяризацию и приводят к резкому увеличению напряжения мембраны до +40 милливольт. Это называется активным потенциалом или импульсом.
Активный потенциал — это короткий электрический сигнал, который распространяется по нервному волокну от рецептора к центральной нервной системе. Активный потенциал длится около миллисекунды и имеет всегда одинаковую амплитуду и полярность. Интенсивность стимула кодируется частотой активных потенциалов, то есть количеством импульсов в единицу времени. Чем сильнее стимул, тем выше частота активных потенциалов.
После активного потенциала мембрана нейрона возвращается к потенциалу покоя с помощью двух процессов: реполяризации и гиперполяризации. Реполяризация — это восстановление отрицательного заряда внутри нейрона, которое происходит за счёт открытия активных ионных каналов калия, которые выталкивают ионы калия из нейрона.
Гиперполяризация — это усиление отрицательного заряда внутри нейрона, которое происходит за счёт закрытия активных ионных каналов натрия, которые прекращают приток ионов натрия в нейрон.
Во время реполяризации и гиперполяризации мембрана нейрона находится в состоянии пониженной возбудимости и не может генерировать новые активные потенциалы. Это называется рефрактерным периодом и служит для предотвращения обратного распространения активных потенциалов и обеспечения однонаправленности сигнала.
Таким образом, рецепторы осязания преобразуют механическое, термическое, химическое или проприоцептивное воздействие в электрохимический сигнал, который передаётся через синаптические связи по нервным волокнам и составляет основу процесса памяти.
Сигналы в нервных волокнах
Нервное волокно — длинный отросток нейрона, покрытый глиальной оболочкой, обеспечивающий быструю передачу сигнала (возбуждения) к клеткам, тканям, органам.
Информационные импульсы от сенсорных сигнализаторов поступают по нервным волокнам в центры их обработки:
- в спинной мозг — от туловища и конечностей по афферентным волокнам;
- в ствол мозга — от лица по тройничному нерву.
Нервные волокна различаются по длине (от нескольких миллиметров до метра), толщине, скорости проведения сигнала. В скелетной мускулатуре нервные волокна, обладающие высокой степенью нагрузки, покрыты миелиновой оболочкой (более толстые). Волокна, иннервирующие внутренние органы, не защищены миелиновой оболочкой (безмиелинового типа, тонкие).
Сигналы от рецепторов в спином мозге и стволе мозга используются для двигательных и вегетативных рефлексов, а также поступают из них в высшие отделы коры мозга.
Анатомически и функционально выделяют две основные системы передачи соматосенсорной информации в спином мозге:
- заднего столба, или лемнисковая, по которой передаются сигналы от кожных механорецепторов и прориоцепторов;
- перднебокового канатика, по которому передаются сигналы от терморецепторов и ноцицепторов.
В обеих системах нервные волокна соединяют каждую сторону тела с противоположной (контралатеральной) частью головного мозга.
Массивный пучок волокон, образующих задний столб спинномозговых нервов, состоит из прямых коллатералей толстых миелизированных афферентов (МА, БА, ТП: от рецепторов кожи, мышечных волокон, мышечных веретён, сухожилий, суставных рецепторов). Выше спинного мозга сигналы проводятся по медиальному лемниску (медиальной петле), что дало второе название этой системы передачи сигналов — лемнисковая система. Она соединяет спинномозговые и тройничные механорецептивные афференты с соматосенсорными областями головного мозга.
Восходящий путь заднего столба состоит из трёх синаптических переключений:
- 1-й синапс: задние столбы спинного мозга, ядра заднего столба в продолговатом мозгу;
- 2-й синапс: медиальный лемниск, перекрест вентробазального ядра таламуса;
- 3-й синапс: первая и вторая сенсомоторные области головного мозга.
Восходящий путь троичной коллатерали, входящей в систему заднего столба, образует синапсы:
- 1-й синапс: главное троичное ядро ствола мозга, соответствующий ядрам заднего столба;
- 2-й синапс: после перекреста по медиальному лемниску к таламусу.
Отличительной особенностью системы передачи сигналов в системе заднего столба является их соматотопическое представительство сигналов, то есть сохранение топографических связей от периферической сенсорной поверхности кожи. Система заднего столба позволяет различать пространственные и временные сигналы механической стимуляции тела, что даёт важную информацию о выполнении действий.
Восходящий путь переднебокового канатика включает в себя тракты спинальных нейронов в вентральном белом веществе спинного мозга, тела которых находятся в сером веществе (в заднем роге). По спинномозговым и троичным нервам переднебокового канатика проводятся сигналы от терморецепторов и ноцицепторов, а также от низкопороговых механорецепторов, расположенных в коже.
Сигналы по переднебоковому канатику поступают в ретикулярную формацию ствола мозга для соединения с другими областями мозга (спиноретикулярный тракт) и таламус (спиноталамический тракт).
Отличительной особенностью системы волокон переднебокового канатика является отсутствие соматотопического представительства передаваемой информации в проекции на кору.
Помимо основных систем заднего столба и переднебокового канатика выделят дополнительные восходящие пути:
- в мозжечок — два спиноцеребеллярных тракта передают механосенсорную информацию от кожи, мышц и суставов.
- в задний столб — спиноцервикальный тракт, который возбуждается сильными и вредными стимулами.
- полисинаптический путь — короткие спинномозговые (межсегментарные, проприоспиальные) связи с сильными перекрестами (диффузно распределены по поперечному сечению спинного мозга), которые обслуживают ноцицепцию (болевые рецепторы).
Таким образом, информационные электрохимические сигналы, содержащие памятный след ощущений, передаются в центральные отделы спинного и головного мозга посредством огромной сети нервных волокон, пронизывающих всё человеческое тело и его внутренние органы.
Спинной мозг
Спинной мозг относится к органу центральной нервной системы, расположен в позвоночном канале, имеет сегментарную организацию.
Спинной мозг является не только проводящим путём восходящих ( к головному мозгу) и нисходящих ( к телу и конечностям) информационных сигналов, но и осуществляет рефлекторные (сегментарные) реакции и вегетативные функции. Эти функции позволяют утверждать, что процессы хранения и обработки соматосенсорных сигналов, составляющих памятный след ощущений, происходят также в спином мозгу. Получается, что есть некоторая иерархия в нервной системе, благодаря которой головной мозг освобождается от части управленческих функций, приближая центры принятия решений к наружным и внутренним органам.
Спинной мозг благодаря рефлекторным реакциям и автоматическим программам в разных его отделах обеспечивает сложные согласованные движения конечностей, тела, шеи в ответ на соответствующие сигналы рецепторов с периферии и головного мозга.
Нервные волокна от кожи, мышц, суставов и внутренних органов входят в спиной мозг через задние корешки в определённом пространственном порядке, соблюдая топологическую организацию. Ограниченная область на коже, иннервируемая различными спиномозговыми нервами (задними корешками спинного мозга), называется дерматомом.
Из-за перераспределения пучков волокон при их приближении к периферии смежные дерматомы сильно перекрываются, особенно в области плечевого и пояснично-крестцового сплетений. Один периферический нерв содержит волокна нескольких соседних задних корешков, а каждый корешок содержит волокна разных нервов.
В заднем роге, где идёт нейронная переработка информации, образуются синаптические связи между соматовисцеральными афферентами ( от внутренних органов) и механорецепторами кожи. То есть задние корешки выполняют функцию переключения афферентов от кожи и внутренних органов на одни и те же нейроны. Каждый внутренний орган связан с определённой частью кожи. Часть афферентов от мышц, сухожилий, суставов отделяют ветви (коллатерали), которые восходят в составе спинного мозга.
Спинальные нервы получают сенсорные волокна от поверхности тела и внутренних органов, а также иннервируют скелетную мускулатуру и внутренние органы.
В заднем роге позвонка четыре выхода:
- длинные восходящие волокна перднебокового канатика;
- восходящие проприоспинальные связи с соседними сегментами;
- нисходящие проприоспинальные связи с соседними сегментами;
- сегментарные связи с мотонейронами и симпатическими нейронами, участвующими в спинальных двигательных и вегетативных рефлексах.
В переднебоковом канатике помимо специфичных аксонов термоцептивных и ноцицептивных нейронов содержатся волокна, возбуждающиеся слабыми механическими стимулами (мультирецептивные нейроны). Все они участвуют в передаче температурных и болевых ощущений в головной мозг.
Аксоны заднего столба входят ипсилатерально в продолговатый мозг, где оканчиваются в ядрах (клиновидном и тонком). Далее они образуют синапсы с крупными нейронами, называемыми релейными нейронами, от которых отходят аксоны в контрлатеральный таламус по медиальному лемнисковому тракту. Нейроны, не отходящие от ядер заднего столба, и идущие также в составе лемнискового тракта, называются интернейронами.
Для всей лемнисковой системы синаптических переключений нейронов характерны следующие признаки:
- сенсорная специфика, т.е. когда на одном нейроне сходятся волокна одинакового сенсорного типа;
- мелкие рецептивные поля на поверхности тела;
- надёжность синаптической передачи, при которой сохраняются даже одиночные импульсы;
- соматотопическое представительство сигналов от кожных рецепторов;
- тормозные афферентные функции (латеральное торможение) и регулирующие функции нисходящих волокон от головного мозга.
Таким образом, спиной мозг, состоящий из нервных клеток и их отростков, является не просто транспортной артерией для информационных сигналов в вышестоящие центры управления, но и сам выполняет отдельные функции управления внутренними органами и мышцами тела.
Ствол мозга
Ствол мозга выполняет важную роль в отборе информации для коры мозга, регуляции двигательной и вегетативной нервных систем.
Ствол мозга представляет собой узел соединения (входа и выхода) большинства черепно-мозговых нервов, по которому проходят восходящие и нисходящие пути, связывающие головной мозг со спинным, а также кору мозга с мозжечком.
Интеграционные функции рецепторных сигналов от тела и его внутренних органов в стволе мозга выполняют сенсорные троичные и ретикулярные ядра.
Сенсорные троичные ядра аккумулируют сигналы от черепно-мозговых нервов:
- V пара ЧМН (троичный нерв) — иннервирует кожу, зубы, слизистую рта, язык, роговицу глаза, жевательные мышцы (жевательную, височную, латеральную и медиальную крыловидные, челюстно-подъязычную мышцы, переднее брюшко двубрюшной мышцы и мышцу, натягивающую мягкое небо);
- VII пара ЧМН (лицевой нерв) — содержит головные соматосенсорные афференты, иннервирует мимическую мускулатуру, слёзную железу, поднижнечелюстную и подъязычную слюнные железы;
- IX пара ЧМН (языкоглоточный нерв) иннервирует мышцы мягкого нёба, глотки, гортани, околоушную железу, ротовую полость;
- X пара ЧМН (блуждающий нерв) — иннервирует сердечную мышцу, гладкие мышцы лёгких, бронхов, желудка и кишечника.
Волокна троичного нерва через синапсы соединяются с ядром спинального тракта и главным сенсорным ядром.
От ядра спинального тракта, соответствущего заднему рогу спинного мозга, механорецептивная, терморецептивная и ноцицептивная информации по аксонам поступают в ретикулярную формацию и таламус. Туда же поступают волокна переднебокового канатика, передающие информацию от спинного мозга.
От главного сенсорного ядра, соответствующего ядрам заднего столба, информация от низкопороговых механорецепторов по постсинаптическим аксонам переходит на другую сторону и поступает в таламус в составе медиального лемнискового тракта.
Ствол мозга интегрирует информацию, поступающую от тройничных афферентов, в двигательные рефлексы головы, а также участвует во множестве вегетативных рефлексов.
Система черепно-мозговых неров в стволе мозга осуществляет жизненно важные функции тактильного изучения, питания, произношения звуков и другие.
Сенсорные ретикулярные ядра находятся в протяжённой сетчатой структуре нервных волокон, тянущихся вдоль всей оси ствола головного мозга, называемой ретикулярной формацией.
Информация попадает в ретикулярную формацию по спиноретикулярному тракту переднебокового канатика, проприоспинальным (полисинаптическим) путям, спинномозговому тройничному тракту, от других черепно-мозговых нервов.
Отличительными характеристиками ретикулярных ядер является их функциональная противоположность особенностям нейронов специфических ядер заднего столба, вентробазального ядра таламуса:
- мультимодальная конвергенция сигналов, приходящих от волокон разных сенсорных типов;
- большие рецепторные поля на поверхности тела;
- долгий ответ на периферический сигнал, идущий по полисинаптическому пути:
- плохая воспроизводимость сигнала (непредсказуемые колебания числа потенциалов действий) в ответ на один и тот же стимул.
В ретикулярной формации все сенсорные сигналы оцениваются на важность, прежде чем их отправляют в кору мозга, отфильтровывая привычные и повторяющиеся сигналы. Исследования показывают, что раздражение ретикулярной формации спящего человека через имплантированный в мозг электрод приводит к резкому пробуждению.
Таким образом, ствол мозга контролирует все функции, необходимые для поддержания жизни и передаёт далее отфильтрованные важные осязательные сигналы от различных участков тела и внутренних органов.
Таламус
Таламус является входными воротами и распределительным пунктом, через которые все афферентные системы (кроме обоняния) получают доступ к коре мозга. Он играет важную роль в регуляции уровня сознания и концентрации внимания.
В таламусе подразделяют четыре функциональных класса ядер:
- переключающие и перерабатывающие ядра сенсорных органов (кожи, глаза, уха) — связаны с первичными корковыми областями, возбуждаются и тормозятся этими областями;
- ядра с преимущественно двигательными функциями — связывают мозжечок и базальные ганглии с двигательной корой;
- ядра с ассоциативными функциями — принимают участие в когнитивных функциях головного мозга;
- ядра без определённых корковых мишеней (неспецифические) — выполняют высшие перерабатывающие и распределительные функции сигналов, приходящих в ретикулярную формацию ствола мозга (образуют диффузные связи с гипоталамусом и лимбической системой).
Многочисленные ядра и области таламуса выполняют различные функции. В частности, вентробазальное ядро выполняет функцию центрального распределительного и обрабатывающего реле, в котором фильтруются и обрабатываются все соматосенсорные, проприоцептивные и ноцицептивные сигналы, поступающие по восходящим путям из спинного мозга и далее направляемые в кору мозга.
В вентробазальных ядрах отдельно представлены ядра с нейронным представительством туловища и конечностей (к ним ведёт медиальный лемнисковый тракт) и ядра с представительством лица (к ним ведёт тройнично-таламический тракт).
Выявлены следующие функциональные особенности вентробазальных нейронов (ВБ):
- наличие у них определённого рецептивного поля для механорецепторов;
- размер рецептивного поля уменьшается при удалённости рецепторов на конечностях;
- соматотопическое представительство сенсорных сигналов;
- возбуждение происходит от одного типа рецепторов;
- взаимозависимость роста импульсации нейрона от интенсивности возбуждения механорецепторов.
Все вместе функциональные особенности вентробазальных ядер сводятся к анализу и фильтрации соматосенсорной информации и дальнейшей её отправке в соматосенсорную кору мозга.
Функционально ядра таламуса связаны также с гиппокампом и лимбической системами. Эта тройственная связь подкорковых структур участвует в реализации функций памяти, то есть в запоминании, хранении и воспроизведении информации о событии или предмете, привязке их ко времени и пространству в связи с сенсорными ощущениями (цвет, звук, запах, температура, тактильные и двигательные ощущения), эмоциональными впечатлениями.
Таким образом, благодаря таламусу важные осязательные сигналы в связи с подкорковыми структурами обеспечивают их «эмоциональное и событийное окрашивание». Данные подкорковые связи с древних времён у наших предков играли ключевую роль в узнавании знакомых мест, предметов и связанных с ними событий и ощущений.
Осязательная память
Осязательная память имеет различную продолжительность и объем в зависимости от типа и характера сенсорной информации. Существуют три основных вида осязательной памяти:
- Кратковременная осязательная память — память, которая хранит информацию в течение нескольких секунд. Она имеет ограниченный объем и подвержена забыванию. Используется для выполнения простых задач, таких как распознавание предметов по прикосновению, сравнение их характеристик, выполнение элементарных движений.
- Рабочая осязательная память — память, которая хранит информацию в течение нескольких минут. Она имеет больший объем и более устойчива к забыванию. Используется для выполнения более сложных задач, таких как манипуляция с предметами, координация движений, решение проблем, планирование действий.
- Долговременная осязательная память — память, которая хранит информацию в течение дней, месяцев, лет. Она имеет неограниченный объем и постоянно обновляется. Используется для сохранения важной и значимой сенсорной информации, такой как воспоминания, опыт, знания, навыки.
Таким образом, осязательная память является важным компонентом когнитивных процессов и поведения человека. Она влияет на восприятие, мышление, память, внимание, обучение, речь, письмо, творчество, социальные навыки, эмоции.
Вывод
Мы получаем информацию о прикосновениях и состоянии тела благодаря специализированным клеткам, называемым рецепторами, которые преобразуют внешние стимулы в электрохимические сигналы. Эти сигналы передаются по нервным волокнам и синапсам к центральной нервной системе, где они обрабатываются на разных уровнях. Это позволяет нам не только ощущать прикосновения, но и понимать их значение и влияние на нашу жизнь. Осязательная память также связана с другими видами памяти, такими как зрительная, слуховая, вестибулярная, моторная, вкусовая, обонятельная, влияет на процессы памяти и мышления.
Надеюсь, эта статья была полезной для Вас! 😊
Познайте свой мозг и улучшите память!💪
Записывайтесь на базовый курс обучения «Мнемотехника»❤️
