Температурное мышление

Примерное время на чтение статьи: 14 минуты

Температурное мышление – процесс осознанного восприятия, анализа, понимания и моделирования температурных показателей тела и внешней среды с целью поддержания теплового баланса путём поведенческих реакций, использования или  изменения  внешнего температурного влияния на организм.  

    Организм человека постоянно взаимодействует с внешней средой, и температура — один из ключевых физических параметров, влияющих на его жизнедеятельность. Она воздействует не только на физиологические процессы (обмен веществ, кровообращение,синаптическая пластичность), но и на когнитивные функции:восприятие, память, принятие решений, эмоции. Таким образом, температурное мышление — это не просто реакция на тепло или холод, а сложный процесс интерпретации, регуляции и адаптации.

 В данной статье мы рассмотрим нейронные пути терморецепции, регуляцию температуры тела, подкорковые центры терморегуляции, механизм и примеры температурного мышления. 

Нейронные пути терморецепции

Термочувствительность кожи обеспечивается двумя типами рецепторов: холодовых и тепловых. Холодовых точек на коже больше, чем тепловых. К примеру, на 2,5 кв.см. кожи ладони  до 12 холодовых и только 1-2 тепловых точек, вызывающих, соответственно, ощущение холода и тепла. На такой же площади кожи лица холодовых точек в три раза больше чем на ладони, а тепловых примерно такое же количество, как на ладони. 

 Подробнее о  терморецепторах и температурной памяти читайте здесь

 Спиномозговые и некоторые черепномозговые нервы иннервируют внутренние органы, которые также обладают термочувствительностью. Поскольку по своему эмбриологическому происхождению желудочно-кишечный тракт является частью поверхности тела, то он больше всего из внутренних органов восприимчив (особенно пищевод и прямая кишка) к ощущениям температуры. Терморецепторы также имеются в дорсальной стенке брюшной полости, в мускулатуре.

 Терморецепция имеет представительство в центральной нервной системе, что позволяет говорить о внутренней терморецепции (а не только терморецепции внутренних органов). Наличие «тепловых нейронов» в ЦНС было установлено методом регистрации электрической активности одиночных нервных волокон, в которых при нагревании увеличивалась частота импульсации. Экспериментальное нагревание или охлаждение участков переднего гипоталамуса вызывает терморегуляторные процессы в организме, связанные с охлаждением и согреванием тела (задняя часть гипоталамуса не восприимчива на перепады температуры, но именно она осуществляет температурную регуляцию). Наглядно процесс активизации теплового нейрона в передней части гипоталамуса при нагревании показан на рисунке «термочувствительность гипоталамуса»:

Термочувствительные клетки также обнаружены в нижней части ствола головного мозга — среднем и продолговатом мозгу. Их локальное нагревание также запускает терморегуляторные процессы в организме.

Исключительную термочувствительность проявляет спиной мозг. При повышении температуры спинного мозга по всей его длине лишь на несколько десятых долей градуса наблюдается отдышка, расширение кровеносных сосудов, снижение температуры тела. Охлаждение спинного мозга на градусные градиенты (а не доли градусов) вызывает дрожь.  

  Холодовые рецепторы обычно иннервируются волокнами группы III (Aδ) с прерывистой миелинизацией, диаметром 3-5 мкм и скорость проведения сигнала 5-25 м/с, а тепловые рецепторы – волокнами группы IV (C) без миелинизации, с диаметром 0,1-1 мкм и скоростью проведения сигнала 0,5-2 м/с.

Температурная иннервация распространяется следующими путями:

•   От кожных терморецепторов туловища по спиноталамическому тракту (неспецифическая система) и переднебоковому канатику сингалы поступают от ядер заднего рога (1-е ядро) в ретикулярную формацию ствола мозга ( 2-е ядро), далее к медиальной и задней части гипоталамуса (3-е ядро), далее в островковую кору (4-е ядро) и соматосенсорную кору (4-е ядро), которые в свою очередь связаны с ассоциативными областями мозга (в частности префронтальной корой).
• От кожных терморецепторов лица сигналы следуют к спинальному ядру тройничного нерва (1-е ядро V ЧМН), далее к коре по тому же пути, что и от кожных терморецепторов туловища.

Схему термочувствительности ствола мозга и его температурных афферентов представлена на рисунке:

Нейронная основа терморецепции основана на трёх видах нейронных элементов:

• температурные афференты от кожных рецепторов, рецепторов внутренних органов и внутренних рецепторов (ствол мозга, гипоталамус);
• вставочные нейроны внутри гипоталамуса;
• эфферентные нейроны, располагающиеся в гипоталамусе, аксоны которых активируют периферические контролирующие элементы непосредственно и/или через вставочные нейроны.

Холодовые и тепловые рецепторы находятся в реципрокной (обратной, антагонистической) взаимосвязи своих афферентных путей, оказывая друг на друга через вставочные нейроны тормозное влияние.   Противодействие внешним терморецепторам также оказывают внутренние рецепторы, позволяя быстро включаться защитным механизмам задолго до того, как начнет изменяться внутренняя температура тела и смогут среагировать внутренние термодатчики.

Холодовые рецепторы активизируются, когда температура опускается дальше нижнего предела термонейтральной зоны и участвуют в активации эффекторов, ответственных за термогенез.  Они вызывают процессы защиты от холода: изменение диаметра и пропускной способности кровеносных сосудов и терморегуляторное усиление выработки тепла. Далее активируются теплове рецепторы, которые распространяют своё влияние на эффекторы теплоотдачи при повышении температуры тела, наступающем при чрезмерном действии механизмов защиты от холода или при интенсивной физической нагрузке.

  В условиях теплового стресса вследствие термогенеза при активном физическом труде запускаются внутренние терморецепторы, вызывая процессы устранения излишков тепла (расширение сосудов, потоотделение). Этому эффекту через вставочные нейроны противодействуют кожные холодовые рецепторы. При этом кожные  теплорецепторы при физической работе остаются неактивными, так как потоотделение вызывает охлаждение кожи, оставляя её в пределах термонейтральной зоны. Однако в случае усиления нагрузки при физической работе и усилении внешнего нагревания кожи запускается процесс потоотделения за счет совместных действий кожных и внутренних терморецепторов. 

    Все тело, включая центральную нервную структуру, насыщено сенсорными температурными датчиками, которые запускают бессознательные и осознанные регуляторные процессы поддержания нашей теплокровности в заданных параметрах, обеспечивая жизнедеятельность организма и эффективность работы нейронных цепей.

Таким образом, нейронную основу температурного мышления составляют синаптические контакты четырёх скоплений ядер в различных участках центральной нервной системы (спинной мозг, ствол мозга, гипоталамус, кора), контролирующих как рефлекторные реакции на температурные изменения, так и осознанное температурное поведение на основе температурного мышления.

Механизмы регуляции температуры тела

Чтобы понять, как работает в организме механизм регуляции тепла, нужно задаться вопросом: каким образом в нашем теле образуется тепло (36-37 °С), которое зачастую превышает даже летнюю температуру окружающей среды (к примеру, 25-30°С). У живых организмов одной группы, куда входит человек, температура тела сохраняется высокой благодаря высвобождаемой энергии при энергетическом обмене веществ, при котором в результате химических реакций органические  питательные вещества преобразуются в химические и электролитические элементы, которые усваиваются клетками тела и ЦНС. То есть тепло в организме – это продукт его энергетического обмена.

  Сенсорные температурные датчики (кожи тела и лица, внутренних органов и структур ЦНС) осуществляют контроль за постоянством теплового режима различных частей тела, который обеспечивается управляемыми и противоположными  терморегуляторными процессами:

• теплопродукция (выработка тепла, которая имеет свои пределы, называемым регуляторным термогенезом), запускаемая холодовыми рецепторами;
• теплоотдача (охлаждение путем отдачи тепла), запускаемая тепловыми рецепторами.

Регуляторный термогенез (дополнительное тепло для поддержания постоянства температуры, к примеру, при похолодании) может быть выработано в результате:

• Произвольного сокращения мышц (локомоторной активности при физической работе либо целенаправленных физических упражнениях).
• Дрожательного термогенеза — непроизвольной ритмической (тонической) активности мышц (к примеру, дрожь). Это повышает теплопродукцию: до 55% энергии от АТФ уходит в тепло. Данная рефлекторная реакция обеспечивается нервными волокнами, связывающими задний гипоталамус с двигательными ядрами среднего, продолговатого и спинного мозга. Дрожь возникает в результате холодового стресса, к примеру, в мороз или при купании в холодной воде. Если холодовой стресс продолжается, то внутренняя температура тела снижается и дрожь усиливается. Если при купании выйти из воды на яркое солнце, то кожная температура возрастает, превысив порог для дрожи, и последняя исчезнет, но внутренняя температура тела останется ниже термонейтральной (при укутывании полотенцем дрожь пропадает, но чувство холода еще сохраняется некоторое время, т.к. внутренняя темпеература медленно возвращается к норме). В случае продолжающегося активного согревания на солнце температура кожи возрастает и начинается потоотделение, а внутренняя температура тела при этом отсатется близкой к нормальной.
• Недрожательного термогенеза — ускорения обменных процессов в тканях тела, не связанных с сокращением мышц. Между лопатками, в подмышечных впадинах и некоторых других местах у животных, включая человека, имеется «бурый жир» — ткани жировой прослойки, в которой капельки жира окружены многочисленными митохондриями. Данный рефлекторный механизм регулируется симпатической нервной системой: норадреналин, высвобождаемый нервными окончаниями, стимулирует выделение и последующее окисление свободных жирных кислот из капелек «бурого жира», окруженного многочисленными митохондриями. В результате химических окислительных реакций выделяется дополнительное тепло, которое и согревает тело.

Теплоотдача (охлаждение путем отдачи тепла) осуществляется за счет изменения диаметра кровеносных сосудов (сопровождающегося конвенцией и излучением тепла) и  потоотделением.

Таким образом, биологическая регуляция тела происходит под нервным контролем в результате активных регуляторных процессов: термогенеза и теплоотдачи. Терморегуляторные процессы при холодовом и тепловом стрессах характеризуются цикличностью и физиологическими пределами, за которыми дальнейшая жизнедеятельность организма возможна только благодаря изменению поведенческих реакций и сознательному температурному мышлению, направленному на выход из стрессовых температурных режимов.

Подкорковые центры терморегуляции

Теплоотдача (охлаждение путем отдачи тепла) осуществляется за счет изменения диаметра кровеносных сосудов (сопровождающегося конвенцией и излучением тепла) и  потоотделением.

Наглядно процесс нервного контроля терморегуляторных элементов показан на схеме

Диаметр сосудов акральных зон (пальцы, кисти рук, ушные раковины, губы, нос) и артериовенозных анастамозов в дистальных частях конечностей изменяется норадренегрическими симпатическими нервами: увеличение синаптического тонуса сопровождается сужением сосудов и закрытием артериовенозных анастамозов в дистальных частях конечностей, а снижение тонуса – расширением сосудов и открытием анастамозов. При открытии артериовенозных анастамозов кровь протекает через конечности, что приводит к увеличению теплоотдачи путем усиления конвенции в кровоток. Ослабление синаптической активности приводит к расширению кровеносных сосудов акральных зон. В туловище и проксимальных частях  кровоток также увеличивается. В процессе расширения сосудов принимают участие сосудорасширяющие нервные волокна, выделяющие из своих окончаний медиатр — ацетилхолин, который угнетает расширение мышц  стенок  кровеносных сосудов.

Кровь обладает большой теплопроводностью и поэтому хорошо поддерживает тепловой баланс в организме путем переноса тепла (внутренний поток тепла). Внутренний поток тепла  определяется разницей между внутренней температурой частей тела и наружной температурой кожи. Он также зависит от скорости кровотока (теплопроводности). Более половины тепла, вырабатываемого внутри тела, переносится путем конвенции в кровоток. Если кожа теплее окружающей среды, прилегающий к ней слой воздуха нагревается, поднимается вверх. Соответственно, при работе вентилятора, на правленного на тело, происходит увеличение конвекции (переноса тепла в воздух). В системе терморегуляции участвует изменение диаметра кровеносных сосудов, а конвенция – это следствие изменяющегося кровотока. Тепло тела также переносится путем инфракрасного излучения (длинноволновое инфракрасное), испускаемого кожей (кровеносными сосудами). Этот вид теплоотдачи не находится под контролем системы терморегуляции, но может регулироваться двигательной активностью и одеждой.     

   Процесс потоотделения потовыми железами регулируется холинергическими симпатическими волокнами симпатического отдела вегетативной нервной системы (в отличие от большинства нейронов симпатического отдела, выделяющих норадреналин).  

В условиях физической нагрузки происходит перераспределение тепла: внутренняя температура повышается, а наружная температура кожи снижается за счет потоотделения. Пока происходит выделение пота во время работы степень повышения внутренней температуры почти не зависит от внешней температуры в широком диапазоне (15-35°С). Значительная потеря жидкости с потом сопровождается уменьшением объема плазмы и циркулирующей крови, в  том числе уменьшается кровоток в коже, что приводит к уменьшению потоотделения. В дальнейшем нарастает внутренняя температура тела, что в конечном счете при сокращении жидкости в организме и ограничивает работоспособность человека при тепловом стрессе.

Таким образом, биологическая регуляция тела происходит под нервным контролем в результате активных регуляторных процессов: термогенеза и теплоотдачи. Терморегуляторные процессы при холодовом и тепловом стрессах характеризуются цикличностью и физиологическими пределами, за которыми дальнейшая жизнедеятельность организма возможна только благодаря изменению поведенческих реакций и сознательному температурному мышлению, направленному на выход из стрессовых температурных режимов.

Механизм температурного мышления

Осознанное температурное поведение — это совокупность действий, основанных на интерпретации тепловых ощущений и логическом анализе их значимости. В отличие от рефлексов эти действия требуют когнитивной активности, вовлечения корковых структур мозга и температурной памяти.

Механизм температурного мышления основывается на субстратах нервной системы. Температурные сигналы в виде потенциалов действий от рецепторов проходят через сенсорные пути подкорковых термальных центров и достигают:

• Сенсорной коры (поля 1,2,3,5 по Бродману), где происходит первичная интерпретация температурных ощущений и формируется их карта: локализация, интенсивность, характер (тепло, холод).
• Инсулы (островковая кора, поля 13,14 по Бродману) — центральное место, где осознаётся внутреннее состояние тела и связываются физические температурные ощущения с эмоциями, воспоминаниями и мотивацией. Активна при мысленной визуализации холода или тепла, в том числе участвует в психогенных реакциях.
• Префронтальной коры (поля 9,10,12 по Бродману), которая отвечает за планирование и прогноз на основе температурных данных от сенсорной коры и инсулы. Здесь оцениваются риски, комфорт, социальная уместность реакций на температуру (“будет ли выглядеть странным, если я надену пуховик в тёплый день”), прогнозируются температурные последствия (“если выйду без куртки — замерзну и заболею”).

Осознанное поведение влияет и на терморегуляцию организма: одежда и питание регулируют внутреннюю температуру; выбор активности и среды влияет также влияют на теплообмен.

Обычное температурное поведение человека на бытовом уровне формируется как результат взаимодействия автоматических рефлекторных реакций, обеспечивающих базовую терморегуляцию, и осознанных поведенческих решений, направленных на адаптацию к среде. Их различия и пересечения — ключ к пониманию температурного мышления, что  можно проиллюстрировать в таблице

При исследовании границ температурного мышления следует учитывать феномены температурной регуляции. Температурное мышление способно влиять на физиологические процессы. Дрожь или потоотделение могут возникать не только от холода и жары, но и от страха, волнения или стресса. Например, при воспоминании о холоде, либо при воспоминании о смертельной катастрофе возникает реакция дрожи, а  психологическое напряжение сопровождается сужением кровеносных сосудов в коже кистей рук и стоп ног, что может сопровождаться выделением в этих местах пота. С точки зрения термогенеза и теплоотдачи это парадоксальные ситуации, поскольку дрожь возникает не от холода, а пот возникает не от жары, а терморегуляционные процессы происходят от психогенных реакций и эмоционального стресса.

 Что происходит в теле при психогенных реакциях дрожи и потоотделения:

• Гипоталамус получает сигнал от амигдалы: «опасность».
• Он активирует симпатическую нервную систему.
• Начинается ритмическое сокращение скелетных мышц, сопровождающееся дрожью в теле и сужением сосудов в коже рук и стопах с выделением на них пота.

Психогенные реакции могут проявляться в различных формах от: стресса (мурашки по коже, дрожь от волнения), тревоги (ощущение внутреннего холода), визуализации (например, если представить себя в ледяной воде). Именно поэтому температурное мышление — не просто физиология, а комплексный нейрокогнитивный процесс, отражающий как объективную, так и субъективную реальность.

Температурное мышление не ограничивается бытовыми проявлениями, а используется в инженерии при создании систем отопления и кондиционирования,  в строительстве при создании комфортных зон в технологии «умного дома», в программировании при разработке умных устройств — для создания интерфейсов, реагирующих на тепловой комфорт пользователя, в военном деле и других технологиях.

Таким образом, механизм температурного мышления основан на работе коры головного мозга с участием подкорковых структур. Для мозга не важно в действительности или виртуально возникают температурные стрессы, требующие регуляторных процессов в  интересах выживания организма. Человек, благодаря температурному мышлению, научился создавать управляемые среды температурного комфорта и также использовать его в различных сферах деятельности.

Примеры использования температурного мышления

1. Модель «Прогноз погоды»

Мы практически каждый день знакомимся с прогнозом погоды, прибегая к прогнозированию погодных последствий для своей деятельности. Этот пример температурного мышления в целях адаптации к погоде включает: изучение прогноза погоды, телесную чувствительность, планирование поведения, эмоциональную регуляцию и культурно-социальный контекст. Мы не просто “узнаём погоду” — мы мысленно моделируем своё существование в этой температурной среде.

 Температурное мышление в повседневной жизни используется в различных  контекстах:

• в городе: важно планировать одежду, маршруты, кондиционирование; 
• в походе: адаптация к смене температур, энергозатратность, защита от перегрева/переохлаждения; 
• на даче/сельхозработах: учет влажности, жары, комфорт при физическом труде;
• семья и дети: подбор одежды с учётом термочувствительности детей, пожилых людей.

Мы буквально создаём модель себя во внешней температуре, и это один из самых естественных видов температурного мышления.

Таким образом, при повседневном учете температурного прогноза при температурном мышлении, направленном на адаптацию организма к вероятным погодным условиям, в головном мозге участвует не менее одной подкорковой структуры (амигдала) и 7 полей по Бродману.

2. Модель «Зимняя баня»

Человек идёт зимой в парную (+80-100°C, кожа нагревается, сосуды расширяются, потоотделение), наслаждается жаром, но осознанно опасается простуды после выхода на улицу (-20°C, резкое сужение сосудов, риск переохлаждения). Этот процесс — пример глубокой когнитивной и физиологической координации, где мозг предугадывает температурные риски и управляет телом и поведением.Перед выходом из парной, человек мысленно просчитывает риски:

• помнит, что переохлаждение после нагрева может вызвать простуду
• представляет ощущения холода, даже находясь в жаре
• выбирает поведение: быстро надеть одежду, выпить горячий чай, не выходить на ветер.

Мозг действует как термостратег, интегрируя память, интероцепцию, прогноз и эмоции в единое решение.

Психофизиологический эффект:

• Люди с развитым температурным мышлением реже простужаются после бани — они осознанно регулируют поведение
• Стресс или поспешность может нарушить стратегию: человек выходит на мороз без защиты, и организм не успевает адаптироваться.

Таким образом, при посещении бани в зимних условиях при температурном мышлении в головном мозге участвует не менее четырех подкорковых структур (гиппокамп, амигдала,гипоталамус, продолговатый мозг) и 9 полей по Бродману.

3. Модель «Инженер экосистем»

 Инженер, проектируя сложную экосистему комфорта «умного дома», основанную на индивидуальных тепловых потребностях активно использует температурное мышление. Это требует тонкого взаимодействия когнитивных, эмоциональных, визуальных и анализирующих процессов, охватывающих корковые и подкорковые структуры мозга.

Инженер действует как когнитивный термостратег: формирует тепловые сценарии помещений, прогнозирует ощущения жильцов,строит алгоритмы адаптивной реакции, формулирует техническое задание для программистов с целью разработки интерфейса для голосовых и сенсорных команд на изменение температурных режимов,  учитывает эмоциональные и физиологические параметры в архитектуре решений. Он буквально воплощает идею о температурном мышлении, перенося её из своей нейронной системы в интеллектуальную архитектуру здания.

Таким образом, инженер, проектирующий сложные экосистемы при строительстве здания, при температурном мышлении задействует не менее 23 полей по Бродману.

4. Модель «Разведчик с ИК-камерой»

 Модель «Температурная маскировка разведчика» (разведчика в тылу врага, защищающегося от дронов с ИК-камерой) передаёт, как физическая маскировка и когнитивная стратегия объединяются в систему выживания.

Ещё до выполнения задания разведчик готовит спецкамуфляж  с инфракрасными барьерами (проще говоря — “холодный камуфляж”).

Разведчик должен: выполнять задачу в зоне наблюдения дрона, оснащённого инфракрасной камерой; скрывать тепловую сигнатуру тела, которая воспринимается как яркое пятно; использовать когнитивное температурное мышление, чтобы предугадать действия дрона и адаптировать своё поведение для достижения разведывательных действий.

Разведчик адаптирует своё термоповедение, чтобы быть “невидимым в тепле”. Это требует сверхточного управления телесной температурой и движениями, использование временных маскировок (например, затаиться под мокрым покрытием; преднамеренное “подогревание” местности теплокровными животными, чтобы сбить ИК-дрон с толку).

Таким образом, у разведчика в тылу врага, использующего ИК-камеры обнаружения, при температурном мышлении в головном мозге участвует не менее 21 полей по Бродману.

Выводы

Температурное мышление — это уникальное явление, объединяющее физиологию, нейронауку, поведение и осознанность. Оно начинается с простых ощущений тепла и холода и переходит в сложные цепочки когнитивного анализа, прогноза и принятия решений, с глубоким участием корковых и подкорковых отделов мозга. Нейронную основу температурного мышления составляют синаптические контакты четырёх скоплений ядер в различных участках центральной нервной системы, контролирующих как рефлекторные реакции на температурные изменения, так и осознанное температурное поведение на основе температурного мышления. Механизм температурного мышления основан на работе коры головного мозга с участием подкорковых структур. Для мозга не важно в действительности или виртуально возникают температурные стрессы, требующие регуляторных процессов в  интересах выживания организма. Человек, благодаря температурному мышлению, научился создавать управляемые среды температурного комфорта и также использовать его в различных сферах деятельности для нейроисследований, создания умных интерфейсов, новых подходов в медицине, практик саморегуляции.

Надеюсь, эта статья была полезной для Вас! 🙂

Познайте свой мозг и улучшите память!💪

Записывайтесь на базовый курс обучения «Мнемотехника»❤️