Доля информации поступающей в человеческий мозг через органы чувств

«Левосторонние дети», т.е. те, у которых изначально левая часть более активна чем правая, более позитивны, чаще улыбаются и т.д. Такие младенцы активнее исследуют окружающий мир.
Интересно также и то, что левая часть коры отвечает за задачи «я буду», например, заставляет подняться с дивана и пойти побегать.

правая лобная долая — отвечает за негативные эмоции. Повреждение правого полушария (отключение правой доли) может вызывать эйфории.

Эксперимент: при просмотре приятных картинок, импульсный томограф фиксирует изменения в потреблении глюкозы мозгом и записывает их как светлые пятна на фотографиях левой стороны мозга.
Правая часть коры отвечает за задачи «я не буду», например позволяет вам справляться с желанием выкурить сигарету, съесть пирожное и т.п.

центр префронтальной коры — «следит» за целями и устремлениями человека. Решает, чего вы на самом деле хотите.

мозжечковая миндалина — защитные эмоциональные реакции (в т.ч. «эгобарьер»). Находится в глубине мозга. ММ. человека не слишком отличается от ММ низших млекопитающих и работает бессознательно.

Включает центр управления, мобилизующий тело в ответ на страх.

базальное ядро — отвечат за привычки, на которые мы полагаемся в повседневной жизни.

срединная височная доля — отвечает за познавательные доли.

гиппокамп

гиппокамп — это структура в медиальном височном отделе мозга, похожая на пару подков. Гиппокамп позволяет усваивать и запоминать новую информацию. Исследования ученых показали, что размер гиппокампа напрямую связан с уровнем самооценки человека и чувством контроля над собственной жизнью.

повреждение гиппокампа может вызывать припадки

прослушивание музыки задействует: слуховую зону коры мозга, таламус, переднюю часть теменной доли коры.

островок Рейля

островок Рейля — один из ключевых участков мозга, анализирует физиологическое состояние организма и трансформирует результаты этого анализа в субъективные ощущения, которые заставляют нас действовать, например говорить или мыть машину. Передняя часть островка Рейля превращает сигналы организма в Эмоции. Исследования мозга на МРТ показали, что запахи, вкус, осязательные ощущения, боль и усталость возбуждают островок Рейля [7].

зона Брока

Система поощрения мозга

Различие мозга у мужчин и женщин

Мозг мужчины и женщины различаются[3]:

Мужчины имеют лучшую двигательную функцию и пространственную функцию, лучше концентрируются на одной мысли, лучше обрабатывают зрительные стимулы.
У женщин лучше память, они более социально адаптированы и лучше справляются с несколькими делами одновременно. Женщины лучше распознают чужое настроение и проявляют больше эмпатии.
Эти различия обусловлены разным устройством связей в головном мозгу (см. картинку)

Старение мозга человека

С годами работа работа мозга ухудшается. Мышление замедляется, а память ухудшается. Это связано с тем, что нейроны выходят на связь друг с другом уже не так быстро. Уменьшается концентрация нейротрансмиттеров и число дендритов, и из-за этого нервные клетки хуже улавливают сигналы от соседей. Удерживать подолгу информацию становится все затруднительнее. Пожилые люди дольше обрабатывают информацию, чем молодые.

Тем не менее мозг поддается тренировке. Исследования показали, что 10 занятий по часу в неделю, в ходе которых люди тренируют память или упражняются в рассуждениях, заметно усиливают когнитивные способности [7].

В то же время, в период 35-50 лет мозг бывает особенно эластичен. Человек упорядочивает информацию, накопленную за долгие годы жизни. К этому времени в мозгу разрастаются глиальные клетки (мозговой клей), — белое вещество, покрывающее аксоны, которое обеспечивает связь между клетками. Количество белого вещества максимально в период 45-50 лет. Это объясняет почему в этом возрасте люди рассуждают лучше тех, кто младше или старше.

Источник

Доли головного мозга – их роль в восприятии внешнего мира и взаимодействии с ним

Анатомические особенности структуры головного мозга

Строение мозга головы представляет сложную структуру, состоящую приблизительно из 25 миллиардов нейронов, локализующихся в трех важных зонах – передней, средней и задней.

Самыми древними считаются отделы заднего и среднего мозга. Благодаря им осуществляются важнейшие функции. Это нормальный процесс кровообращения и дыхания, без которых практически невозможна жизнедеятельность человеческого организма. Осуществление коммуникационного взаимодействия с реалиями окружающего мира, а именно – способность к мышлению, проявлению эмоций, наличие памяти, речи, слуха – прерогатива передней части мозга.

Помимо выделения трех основных зон важнейшего человеческого органа основным принципом его организации является разделение функций по двум полушариям – левому и правому. Они соединяются множеством нервных волокон и практически не отличаются друг от друга. Однако при отсутствии видимых внешних различий и активной совместной деятельности имеется существенная разница в функциональной асимметрии их работы. К примеру, одно из полушарий (чаще правое) выполняет доминирующие функциональные обязанности. Отсюда и возникло соотнесение одной категории людей к так называемым правшам, другой – к левшам.

Строение мозга головы представляет сложную структуру, состоящую приблизительно из 25 миллиардов нейронов

Кроме распределения высших функций органа по разным частям и полушариям обеспечение согласованности в разных его зонах обусловлено выполнением определенных функций долями головного мозга, расположенными в коре больших полушарий. Их всего четыре. Это лобная, височная, теменная и затылочная доли, у каждой из которых имеется своя видовая пара.

Особенности строения и функции долей головного мозга

Лобные доли

Сущность функциональных особенностей лобных долей настолько разнообразна, что ее по праву относят к категории командного пункта. Располагаясь фронтально в лобной части головы, они отвечают, в первую очередь, за отправление сигналов для всех органов и систем. Это доли головного мозга, отвечающие практически за все действия и способность человека к проявлению инициативности, самостоятельности, критической самооценке своих поступков.

Если лобные доли поражены, то человек ведет себя не вполне адекватно – он беззаботен, настроение его переменчиво, а поступки лишены здравого смысла. Подобные проявления свидетельствуют об атрофии долей этого вида, которая становится причиной пассивного отношения к окружающей действительности.

Человеческое поведение напрямую зависит от полноценности функционирования лобных долей, так как именно отсюда отправляются сигналы, препятствующие выполнению действий, противоречащих общечеловеческим нормам.

Ярким примером поражения лобной доли головного мозга у пациента, страдающего деменцией, становится непристойное поведение, использование бранных слов или, наоборот, совершенное безразличие ко всему происходящему. Подобная симптоматика характерна для пациентов с болезнью Альцгеймера, являющейся, по мнению специалистов, самой распространенной причиной деменции. Изменение поведенческих проявлений – результат нарушения функционирования лобных долей, вызванного гибелью в них нервных клеток.

Невозможно перечислить все, за что отвечают лобные доли головного мозга. Помимо перечисленных функций они ответственны за возможность человека:

Доли головного мозга отвечают за концентрацию внимания

Патологические изменения лобных долей становятся причиной невозможности адаптации человека в социуме. Такие люди нуждаются в постороннем уходе и постоянном врачебном контроле.

Функции височных долей

В височных долях расположен гиппокамп – маленький участок, отвечающий за память. В доминантной (чаще левой) височной доле осуществляется способность к вербальной памяти (запоминанию информации, получаемой из устной речи), в противоположной доле происходит процесс зрительного запоминания.

Теменные доли

Функциональной особенностью теменной доли мозга является то, что доминантная и не доминантная части отвечают за разные виды человеческой деятельности.

Благодаря доминантной доле осуществляется:

Теменная доля головного мозга отвечает за ощущение частей своего тела

Что касается не доминирующей стороны, то она обеспечивает возможность реального восприятия информации об окружающем внешнем мире, поступающей из других отделов мозга. Поражение этой части теменной доли приводит к развитию зрительной агнозии. При этом человек утрачивает способность распознавания окружающих предметов.

Обе теменные доли участвуют в восприятии таких ощущений, как боль, тепло или холод.

Особенности функций затылочных долей

Переработка получаемой зрительной информации возможна только при участии затылочной доли головного мозга. Обе ее части осуществляют возможность считывания сигналов, поступающих от органов зрения. Это обеспечивает человеку видеть окружающий мир в разнообразии цветовой гаммы, в неповторимых образах, формах и движениях. Именно теменные доли воспринимают и передают информацию в трехмерном изображении.

При этом не следует смешивать понятия об ослаблении зрительной функции у пациента преклонного возраста и способности зрительно воспринимать окружающие предметы.

Сначала поступающую информацию об объекте (цвет, форма и движение) обрабатывает затылочная доля, и только затем она принимается теменными долями, где превращается в трехмерное изображение.

Пациенты с деменцией могут обладать хорошим зрением, но не узнают предметы вследствие нарушения функции, обеспечивающей обработку информации в головном мозге.

Взаимодействие отделов головного мозга

Особенностью взаимодействия всех структур головного мозга является тот факт, что несмотря на четкое распределение функциональной нагрузки между его долями, отмечается возможность перераспределения этих функций. Так, например, при травме или развитии заболевания в одной из долей ее функция выполняется другим отделом мозга.

Согласованная деятельность всех структур головного мозга становится предпосылкой к выполнению его функций и гармоничному поддерживанию баланса во всем организме человека.

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

Источник

Сколько информации за жизнь воспринимает человек

Книги, ТВ, Интернет … – нас окружает информация, «тонны» информации. Вы когда-нибудь задумывались над тем, сколько информации мы воспринимаем за свою жизнь?

Мне этот вопрос показался очень интересным, и я решил его прогуглить. Как и ожидалось, вменяемого ответа найти не удалось, поэтому пришлось браться за дело основательно с привлечением умных книжек и научных статей. В итоге получилось целое исследование, ходом и результатами которого я и хочу с вами поделиться.

Методика измерения

Договоренность 1. Для простоты расчетов определим срок жизни человека в 100 лет, или 36 500 дней, или 876 000 часов, или 52 560 000 минут, или 3 153 600 000 () секунд.

Договоренность 2. Режим сна и бодрствования, скорость развития и деградации восприятия для каждого человека уникальны, поэтому для простоты в дальнейших расчетах будем считать, что восприятие исследуемого человека с первой секунды жизни развито максимально. Оно не деградирует с возрастом, не знает покоя и отдыха и всегда работает на пике своих возможностей.

Как можно заметить, в исследовании мы будем ориентироваться на оценку максимально возможного объема воспринимаемой информации.

Если сильно упростить, то работу нашей когнитивной системы можно представить как сбор сенсорной информации и ее последующий анализ. По результатам анализа мы выполняем какие-либо действия, ну или не выполняем в зависимости от того, что там наанализировали.

Договоренность 3. В данной работе будем придерживаться материалистской философии и игнорировать возможности экстрасенсорного восприятия.

где — мощность потока сенсорного восприятия (бит / сек.), а — время жизни человека (сек.).

Учитывая, что мы определили в Договоренности 1, фактически нам необходимо определить только .

Первичной клеткой, выполняющей преобразование стимулов внешней среды в нервные импульсы, является рецептор. Когнитивная система человека состоит из гигантского количества рецепторов. В одном только глазу их находится около 126 миллионов [1.1]: 120 миллионов палочек (рецепторов «видящих» в черно-белом) и 6 миллионов колбочек (рецепторов, «видящих» в цвете). Каждый из этих рецепторов через последовательность нейронов, называемую проводящим путем, передает информацию в центральную нервную систему (ЦНС) (Рисунок 1).

Рисунок 1

В ЦНС разрозненные данные, поступающие от каждого отдельного рецептора, собираются в единую картину воспринимаемого нами мира.

Если рассмотреть подобную обработку данных на примере зрения, то зрительные рецепторы можно представить в виде однопиксельных видеокамер, каждая из которых подключена своим выделенным проводом (хотя это не совсем так, но об этом ниже) к головному мозгу, где из разрозненных точек формируется картинка. Таким образом мощность общего потока восприятия можно определить по Формуле 2:

где — мощность потока восприятия, протекающего по i-му проводящему пути (Рисунок 2).

Рисунок 2

Но на самом деле не все так просто.

Начнем опять-таки с глаз. Некоторые рецепторы, как правило палочки, подсоединяются к одному проводящему пути сразу по несколько штук (до 1:1000 на самых краях сетчатки [2.1]). Отмечу, что в отличии от вычислительных сетей, где один канал связи может разделяться между несколькими абонентами, проводящие пути человеческой нервной системы этого делать не умеют, и в примере с палочками по ним передается суммарная информация от всех подсоединённых к ним рецепторов. Это снижает остроту зрения, но зато существенно повышает нашу способность видеть при слабой освещенности.

Кроме того, не все рецепторы передают информацию в ЦНС. Например, рецепторы, находящиеся в сердце, замкнуты на собственную, автономную от ЦНС, внутрисердечную нервную систему, регулирующую работу сердца.

И что теперь делать?

Договоренность 4. Начнем с первого, когда по одному проводящему пути передаются данные от нескольких рецепторов. Этот факт будет говорить нам от том, что считать объем воспринимаемой информации нужно не по количеству рецепторов, а по количеству проводящих путей.

Договоренность 5. Вторую проблему о том, что не все пути ведут в ЦНС, будем решать путем игнорирования данных, идущих мимо ЦНС.

С теорией вроде разобрались, перейдем к практике.

Анатомические факты

Трехтомник «Физиология человека»

Лучшее, что мне удалось найти по теме исследования, — это глава «Нервная система с точки зрения теории информации», написанная в первом томе великолепнейшего трехтомника «Физиология человека», под редакцией Р. Шмидта. В этой главе приводится [1.2] следующая таблица (Рисунок 3):

Рисунок 3

Складывая пропускные способности всех сенсорных систем, получим:
(бит / сек).
Тогда бит, или
Пбайт
Примечание. 1 петабайт, в соответствии с ГОСТ 8.417-2002, равен .

Книга «Наглядная физиология»

В главе «Обучение, память, язык» книги «Наглядная физиология» [2.2] приводится описания процесса запоминания информации, и изображена следующая схема ее обработки человеком (Рисунок 4):

Рисунок 4

Как вы можете увидеть, авторы определили суммарный поток сенсорных данных () в бит/сек. Каких-либо пояснений о том, как у них получилось данное число, не приводится. Рассчитаем на этих данных общий объем информации, воспринимаемой человеком.

бит, или
Пбайт.

Другие источники

В введении к книге «Искусственный интеллект. Современный подход» автор, сравнивая вычислительные возможности компьютеров и головного мозга человека, приводит [3.1] следующую таблицу (Рисунок 5):

Рисунок 5

Про поток сенсорной информации тут ничего нет, но есть суммарная пропускная способность головного мозга, которую автор определил в бит/сек. Нужно понимать, что это общая пропускная способность, в которой будут и сенсорные данные, и нервные импульсы управления мышцами, и все остальное. Поэтому данную цифру можно использовать только как верхнюю границу. Больше нее человек точно воспринять не сможет. Как и в других книгах расшифровки того, откуда автор взял данные числа, не приводится.

Из десятков других просмотренных книг по физиологии и искусственному интеллекту каких-либо других цифр найти не удалось, хотя несколько раз попадалась перепечатка таблицы из трехтомника «Физиология человека».

На текущий момент мы получили результаты, отличающиеся друг от друга на порядки. Как-то это не очень здорово. Проведем собственные расчеты, чтобы понять, какие из результатов ближе к истине.

Собственные исследования

Давайте вернемся чуть-чуть назад и еще раз посмотрим на Рисунок 1. Какова максимальная мощность потока сенсорных данных, поступающих в ЦНС по одному проводящему пути? Ответить на этот вопрос очень трудно. А что если перефразировать его следующим образом: чем ограничивается поток сенсорных данных, поступающий в ЦНС по проводящему пути? Это уже интересней. Если вернуться к примеру с видеокамерами, то становится очевидно, что видеопоток, поступающий на регистратор (ЦНС) будет не больше того, что способна выдать камера (рецептор) и не больше того, что способен передать канал связи (проводящий путь).

Таким образом, мы получаем следующую зависимость (Формула 3):

где — мощность потока сенсорных данных, поступающих в ЦНС по проводящему пути; T — пропускная способность проводящего пути; R — мощность потока сенсорных данных, которую способен сгенерировать рецептор.

Пороемся еще в книгах по физиологии и попытаемся определить эти T и R.

Оценка пропускной способности проводящих путей

300 000 км/сек. Справочники по вычислительным сетям подскажут, что скорость распространения информативного сигнала в наиболее распространенных кабелях – витых парах пятой категории (UTP 5) — составляет

0,7 от скорости света в вакууме

210 000 км / сек. В человеческих нервах же этот показатель принимает значения [1.3] от 0,5 до 120 м / сек.! Как вы думаете откуда такие фантастические скорости?

Происходит это потому, что принцип протекания электрического тока в живых клетках коренным образом отличается от его протекания в проводниках. Нервный импульс, по науке называемый потенциалом действия, передается по клеточной мембране за счет последовательного изменения электрического потенциала ее фрагментов. При этом само изменение потенциала происходит за счет ионных токов, протекающих между клеткой и межклеточным пространством (Рисунок 6).

Рисунок 6, (с) Яндекс. Картинки

Однако медленная скорость распространения — это не самое главное. Важно то, что информация, передаваемая в нервной системе, модулируется частотой потенциалов действия [1.4], каждый из которых имеет одинаковую амплитуду и длительность. Подобный подход к передаче информации физиологи окрестили как «все или ничего». Считается, что он более помехоустойчив (организм стареет, он может отравится, заболеть и т.д.) нежели простейшая амплитудная модуляция.

Длительность потенциала действия в нервах составляет 1 мс [1.5], что позволяет говорить о том, что за 1 секунду может быть передано от 0 до 1000 потенциалов действия или 1001 состояние (модуляция осуществляется частотой потенциалов действия), что дает нам пропускную способность T

10 бит / сек (для двоичного представления 1001 состояния нужно (бит).

Оценка мощности информационного потока, исходящего из рецептора

Изначально в этой главе я хотел рассказать про зрительные рецепторы, а затем в следующей главе рассчитать мощность потока зрительного восприятия. Я подобрал справочные данные по чувствительности глаз и вот-вот должен был найти «тактико-технические характеристики» фоторецепторов, но… найти их так и не смог.

Справедливости ради стоит отметить, что модель восприятия (Рисунки 1 и 2), используемая в этом исследовании, довольно примитивна и имеет некоторые неточности. В частности, сигнал с фоторецептора передается не напрямую в мозг, а предварительно пробегает по нескольким промежуточных нейронам, где осуществляется его первичная обработка. Но этот недостаток не является критичным, так как обработанные данные все равно передаются в мозг, где и осуществляется их основной анализ, а количество информации в результате первичной обработки может лишь уменьшиться. Это позволяет без серьезных искажений принять договорённость, при которой рецептором будут называть не только клетку, осуществляющую трансдукцию (то есть преобразование стимула в нервный импульс), но и остальные нейроны, по которым идет сигнал, до первого нейрона проводящего пути. Так что проблема не в модели, а в отсутствии первичной информации.

Кстати говоря, по другим органам чувств ситуация с характеристиками рецепторов такая же печальная.

Оценка мощности информационного потока, получаемого от зрения

Не смотря на наш провал с оценкой мощности информационного потока, поступающего от одного зрительного рецептора, попробуем рассчитать суммарный информационный поток, поступающий от зрения целиком. Для этого примем, что его мощность ограничивается лишь числом и пропускной способностью проводящих путей.

Физиологи сходятся во мнении, что из глаза исходит нервных окончаний [2.1] (считай проводящий путей), а с учетом того, что глаза два, и один проводящий путь позволяет передать 10 бит / сек. получаем мощность потока зрительного восприятия в бит / сек = 2 500 000 байт / сек = 2,5 Мб / сек.

Полученный результат близок к результату, указанному в трехтомнике Р. Шмидта [1.2] в части зрения.

Мегапиксели vs. глаза

Многие могут задаться вопросом: «Если мы воспринимаем так мало, то почему мегапиксели камер в смартфонах растут из года в год?».

Как ни странно, но на этот вопрос довольно просто ответить. Дело в том, что человеческое зрение устроено довольно хитро. Резко и четко мы воспринимаем небольшой участок (пятно высокой четкости) в центре обозреваемой картины, все остальное размыто, а по краям изображение вообще черно-белое.

Если рассматривать улыбку на знаменитой картине Леонардо Да Винчи «Мона Лиза», то реальное восприятие будет примерно таким (Рисунок 7):

Рисунок 7

Чтобы рассмотреть всю картину мы, словно читая, будем двигать по ней пятно высокой четкости, ну а мозг из этой «видеозаписи» уже смастерит нам красивую четкую картинку.

Те 2.5 Мб / сек. зрительного восприятия, что мы намеряли ранее, поступают в основном от этого пятна высокой четкости. А учитывая то, что взгляд, двигаясь по картинке, должен всегда получать качественное и четкое изображение, получается, что рассматриваемая картинка должна быть всегда лучше, чем глаз может воспринять пятном высокой четкости. Это и есть одна из причин роста мегапикселей.

Итоги и анализ результатов

Источник