Файл: кубанский государственный университет (фгбоу во КубГУ) Факультет физикотехнический Кафедра физики и информационных систем.docx

1 Физические параметры сенсорных стимулов

Сенсорная система – это часть нервной системы, отвечающая за восприятие определенных сигналов (так называемых сенсорных стимулов) из окружающей или внутренней среды. СС – это совокупность определенных нервных образований, которые обеспечивают отражение физических характеристик сенсорных стимулов, необходимых для формирования эффекторных реакций.

Сенсорная система состоит из нейронных проводящих путей, отделов головного мозга и рецепторов, ответственных за обработку полученных сигналов. Самыми известными сенсорными системами являются слух, вкус, зрение, обоняние и осязание. С помощью СС человек может чувствовать такие физические свойства, как вкус, температуру, давление или звук [1].


Рисунок 1 – Психофизиологический механизм ощущений
Главная функция сенсорных систем состоит в том, что поступающие в центральную нервную систему (ЦНС) сигналы сначала кодируются (анализируются, обрабатываются) поэтапно, начиная с рецептора и до коры больших полушарий (рисунок 1). В результате происходит декодирование поступившего сигнала, то есть возникает субъективное отражение внешнего мира и внутренней среды организма. Что служит основой для формирования адекватной поведенческой реакции (эфферентного ответа).

По отношению к сенсорным стимулам действия заключаются в восприятии и реакции, включающие: опознание функционирующего раздражителя, появление эмоций и возникновение мотивации, в сокращении скелетных мышц (движении), изменении функции внутренних органов.

Информация переходит в ощущения тогда, когда доходит до коры больших полушарий. Помимо этого, в ствол мозга поступают импульсы от слуховой и зрительной сенсорной системы, которые здесь начинают анализироваться. Они могут принимать участие как в формировании множества рефлекторных ответов, так и их контроле [2].

Возбудимость – умение реагировать на стимул определенной (пороговой) интенсивности. На различных уровнях СС возбудимости отличаются друг от друга. Порог возбуждения рецепторов ниже, чем коркового отдела.

---

Не ощущаемые или слабые (субсенсорные) стимулы могут вызывать рефлекторные реакции, влиять на настроение человека и его самочувствие.

Для надпороговых и пороговых стимулов действует психофизический закон Вебера-Фехнера: интенсивность ощущения пропорциональная логарифму интенсивности раздражителя:

),

(1)

где – интенсивность ощущения;

– интенсивность раздражителя.

Проблемы восприятия сенсорной информации и измерений ощущений изучает такая наука, как психофизика.

Психофизика – это психологическая дисциплина, которая изучает количественные отношения между интенсивностью ощущения, возникающего, как ответ на стимул и физическими характеристиками этого стимула[3].

Существует два порога ощущений:

- Дифференциальный порог ощущений – это порог различения по качеству или по амплитуде, то есть наименьшая величина, на которую должны отличаться два раздражителя для того, чтобы они оценивались как различные;

- Верхний и нижний абсолютный порог ощущений – это минимальная интенсивность стимула, вызывающая ощущения. Абсолютный порог способен изменяться в зависимости от физических характеристик раздражителя.

Сенсорная память – это первоначальная обработка информации, основанная на физических свойствах стимула – громкость звука, формы, изображения.

Уже после прохождения через сенсорную обработку стимул поступает в краткосрочную память.

Краткосрочная память – разновидность памяти, характеризующийся сравнительно непродолжительным периодом хранения информации (до 30 секунд) и незначительным количеством воспроизводимых элементов. Хранение информации в кратковременной памяти осуществляется в модально-специфической форме [4].

1.1 Стимул

1 Различные сенсорные рецепторы (сенсоры этих стимулов) локализованы в пяти известных нам органах чувств (язык, глаза, кожа, уши, нос) как на поверхности тела, так и внутри тела (например, проприорецепторы, вестибулярный орган);

---

2 Сенсорная система принимает сигнал, обладающий четырьмя элементами стимуляции: модальность, интенсивность, продолжительность и локализацию;

3 Каждый тип сенсора является свойственным для уникального раздражителя, вызывающий конкретизированные сенсорные модальности, такие как звук, вкус, образ, температура, тактильное ощущение, вибрация, боль, запах, а также положение тела и его движения;

4 Каждая модальность имеет несколько субмодальностей, например, звук может быть тихим или громким, вкус может быть горьким или сладким и так далее;

5 Стимулы достигают тела в виде всевозможных форм энергии, например, в виде механической (тактильные стимулы) или электромагнитной (зрительный стимул) [5].

---

1.2 Звук

Звук – физическое явление, которое представляет собой распространение механических колебаний в виде упругих волн в твердой, жидкой или газообразной среде. В узком смысле под звуком понимают такие колебания, рассматривая которые, можно понять, как они воспринимаются органами чувств животных и человека [6].

Как и любая волна, звук характеризуется амплитудой и частотой. Амплитуда характеризует громкость звука. Частота определяет высоту, тон. Нормальный человек способен воспринимать звуковые колебания в диапазоне частот от 16-20 Гц до 15-20 кГц. Звук ниже диапазона слышимости человека называют инфразвуком; выше: до 1 ГГц – ультразвуком, от 1 ГГц – гиперзвуком. Громкость звука непростым образом зависит от эффективного звукового давления, формы и частоты колебаний, а высота звука не только от частоты, но и от величины звукового давления.

Из числа слышимых звуков необходимо особо отметить речевые звуки, фонетические и фонемы (из которых состоит речь), и музыкальные звуки (из которых состоит музыка). Музыкальные звуки включают в себя не один, а несколько тонов, а в некоторых случаях и шумовые компоненты в широком диапазоне частот [7].

1.2.1 Воздействие звука на функциональное состояние

Для того, чтобы установить, какое же воздействие оказывает звук на организм человека, стоит определиться с основными понятиями:

Тело человека – это сложная динамическая системы. Она способна изменяться в зависимости от положения, которое примет человек. Меняется такая система и от физического (напряженности, расслабленности) и других различных факторов. Рассматривая подробней данную систему, можно заметить, что для нее существуют опасные, резонансные частоты. При взаимодействии организма с такими частотами, у человека резко возрастает амплитуда колебаний, как всего тела, так и отдельных его органов.

Из года в год, ученые проводили специальные исследования, по результатам которых было выявлено следующее: для тела человека в положении сидя резонанс наступает при частоте 4-6 Гц, для глазных яблок 60-90 Гц, для головы 20-30 Гц. А так же человечество узнала, что при интенсивном воздействии любая вибрация опасна. Она может стать причиной травматизации костной ткани и позвоночника, расстройству зрения, и даже спровоцировать преждевременные роды у женщин [8].

---

1 – Полукружные каналы; 2 – преддверие.
Рисунок 2 – Строение вестибулярного аппарата
В организме человека, после колебаний большой интенсивности, возникают переменные механические напряжения. Любое изменение напряжения в ту же секунду улавливаются различными рецепторами.

Вестибулярный аппарат – такой орган чувств, который воспринимает любую информацию о вибрации, которая в свою очередь, воздействует на человека.

Вестибулярный аппарат (рисунок 2) находится в височной кости черепа и состоит из полукружных каналов и преддверия, расположенных во взаимоперпендикулярных плоскостях. Вестибулярный аппарат обеспечивает анализ положений и перемещений головы в пространстве, активизацию тонуса мышц. Человеческий организм по-разному реагирует на звуки различного уровня. Звуки уровня 70-90 дБ при продолжительном воздействии приводят к заболеванию нервной системы, а более 100 дБ – к снижению слуха, вплоть до глухоты.

Звук формирует существенную нагрузку на нервную систему человека, оказывая на него психологическое воздействие. Звук способен повышать содержание в крови таких гормонов стресса, как адреналин, кортизол и норадреналин – даже во время сна. Чем дольше эти гормоны присутствуют в кровеносной системе, тем больше вероятность, что они приведут к физиологическим проблемам опасным для жизни [9].

Возможно защитить себя от ненужных звуков, применяя звукоизоляцию и звукопоглощение.

Звукоизоляция – это процесс уменьшения уровня шума, проходящего через ограждение в помещение. Главным параметром для оценки звукоизоляции любой конструкции является индекс Rw. Он показывает, на сколько дБ уменьшается уровень шума при использовании звукозащитной конструкции.

Звукопоглощение – это процесс перехода части энергии звуковой волны в тепловую энергию среды, в которой распространяется звук. Для звукопоглощения используют пористые, открытые со стороны падения звука и соединяющиеся между собой рыхлые волокнистые материалы, такие как минеральная вата, войлок, пробка и тому подобное, которые, крепятся на ограждающие конструкции помещений без воздушного зазора или на определенной дистанции от них [10].

---