Латентные различия между нашими чувствами

Учитывая ваши вопросы вместе взятые и ваш комментарий It would be interesting to know how much delay the brain can handle in understanding causality and associating events, я думаю, вы заинтересованы в межсенсорной асинхронии . Хорошо известным примером, когда две модальности стимула воспринимаются как отдельные, хотя на самом деле они исходят из одного и того же события, является гром, слышимый после молнии. Это вызвано тем, что звук распространяется со скоростью, намного меньшей скорости света, и, следовательно, гром может отставать от молнии на секунды.

^{источник: НАСА}

Однако во многих случаях одно событие, порождающее восприятие разных модальностей стимулов, на самом деле воспринимается как синхронное, хотя на самом деле они смещены во времени из-за различий в физических характеристиках стимулов. Возьмем в качестве примера грозу - когда она далеко, гром воспринимается как отдельный, потому что гром отстает на секунды. Но когда гроза достаточно близко, слуховой треск и визуальная молния на самом деле воспринимаются как синхронные, хотя на самом деле они все еще смещены из-за того, что звук движется намного медленнее, чем свет.

Таким образом, возникает вопрос, как вы справедливо задаете, каковы пределы , в которых стимулы разных модальностей могут быть асинхронными, хотя и восприниматься как одно событие? Другими словами, что такое окно интеграции ?

В обзоре Врумена и Кителса (2010) описываются различные психофизические исследования, в которых изучалась минимальная асинхронность между двумя стимулами разной модальности, приводящая к синхронизированному восприятию. Следующие значения относятся к простым раздражителям, таким как тактильные постукивания, звуковые сигналы и визуальные вспышки.

• Слуховые и тактильные раздражители: 80 мс
• Звуковые сигналы и визуальные вспышки: 25–50 мс
• Зрительные и тактильные раздражители: 35–65 мс

Обратите внимание, что эти различия в отставании относительно велики, учитывая скорость периферической нервной трансдукции (см. Другой ответ Нандор Пока ниже). Более того, окно интеграции между более сложными стимулами может быть намного больше. Например, окно для речевой и визуальной информации может достигать 203 мс . Такие большие окна интеграции указывают на более высокие процессы, играющие роль в мозге. Обратите внимание, что ожидается , что только временные задержки менее 20 мс останутся незамеченными из-за жестких ограничений разрешающей способности отдельных органов чувств.

Следовательно, Врумен и Кителс (2010) утверждают, что в мозгу должны работать высшие процессы , которые активно синхронизируют восприятия, смещенные во времени, но, по-видимому, относящиеся к одному и тому же событию. Один из таких механизмов называется временным чревовещанием , что означает, что одна модальность восприятия активно сдвигается во времени, чтобы соответствовать другой. Этот эффект наиболее выражен в зрительных стимулах, поскольку зрительное восприятие активно корректируется во времени, чтобы соответствовать звуковому или тактильному стимулу. Вероятные зрительные восприятия предпочтительно смещаются мозгом, потому что зрительная система является самым медленным из всех органов чувств.

<sub>Ссылка
- Вромен и Кителс, Att Percept Psychophys 2010; 72 (4): 871-84</sub>

Это действительно интересный набор вопросов, и я постараюсь ответить на все, но сделать это компактно. Итак, прежде всего, давайте посмотрим на классы нервов и скорость проводимости на этой и этой страницах википедии:

Периферические нервы можно разделить на три группы A, B и C (в зависимости от их диаметра).

Группа А – самые толстые (наибольшие в диаметре), миелинизированы и имеют высокую скорость проведения.

Группу А можно разделить на подклассы:

• Альфа-нервы «А» имеют толщину 13–20 мкм (микрометров) и скорость проводимости 80–120 м/с (это равно 288–432 км/ч (метр/с * 3,6) или 180–270 миль в час (км/ч / 1, 6)). Они связаны с проприоцепцией (это подсознательное ощущение отвечает за то, что мы знаем, как наше тело расположено в 3D и где наши конечности по сравнению с нашим телом).

Это означает, что у довольно среднего человека ростом 180 см (около 6 футов) стимул по такому нерву может пройти через все тело человека за 0,018 с (при средней скорости проведения 100 м/с). случай, я буду обсуждать это позже.

• Нервы «А» бета примерно в два раза тоньше, чем «А» альфа (6-12 мкм) и проводят стимул со скоростью 33-75 м/с. Среди прочего, они связаны с кожными механорецепторами.

Альфа- и бета-волокна могут быть как афферентными (сенсорными), так и эфферентными (двигательными).

• Дельта-нервы «А» тонко миелинизированы и намного медленнее, чем предыдущие нервы со скоростью 3-30 м/с. Этот тип нервов связан с ноцицепцией, холодовыми терморецепторами и образует свободные нервные окончания для прикосновения и давления.

• Гамма-волокна «А» являются эфферентными волокнами со скоростью 4-34 м/с.

Нервы группы В представляют собой преганглионарные волокна (ганглии являются узлами нейронов вегетативной нервной системы) и проводят раздражители со скоростью 3-15 м/с. Они имеют толщину 1-5 мкм и миелинизированы.

Группа С – это постганглионарные волокна (идущие к органам) и принадлежащие ноцицепторам и рецепторам тепла. Они тонкие (0,2–1,5 мкм) и не миелинизированы. Скорость их проведения составляет 0,5-2 м/с.

Таким образом, разные сенсорные типы имеют разные нервы, связанные с ними, и это приводит к разной скорости проведения этих стимулов. Таким образом, ответ: да, существует разница во времени задержки ощущений для разных типов стимулов.

В этой статье ученый проверил время задержки реакции на тепло, вызывающее боль, и обнаружил следующее:

Исследователи стимулировали две разные части руки испытуемых: возвышение тенара — это основание большого пальца, и ладонную часть предплечья — это та же сторона предплечья, что и ладонь (нижняя часть предплечья, если вы представляете себе руки ладонями вниз). Как вы можете видеть на графике, ладонное предплечье имеет меньшее время задержки, чем основание большого пальца после определенного уровня стимула. Эти авторы также провели контрольный эксперимент, чтобы:

оценить общее время, необходимое для центральной сенсорной обработки, время принятия решения и время двигательного выполнения были измерены у одного субъекта для ответов на надпороговые слуховые стимулы. Слуховые стимулы были выбраны потому, что время первичной афферентной проводимости незначительно. Латентные периоды измерялись так же, как и при тепловых раздражителях. Десятый процентиль (точка, в которой 10% латентностей были быстрее, а 90% медленнее) был около 0,19 с.

Таким образом, реакция на звук довольно быстрая, но это, как и в случае с тепловым экспериментом, включает измеримую реакцию испытуемого, поэтому значение выше, чем фактическое ощущение.

Для эксперимента с тепловой болью авторы пришли к выводу:

Расстояние проводимости от стимулируемой области до спинного мозга у этого субъекта составило 0,78 м. Если время использования рецепторов, время нарастания и время проведения в шейном отделе спинного мозга не учитывать, то первичные афференты, сигнализирующие о первой боли, должны иметь скорость проведения не менее 0,78 м/(0,33—0,19) с или 6 м/с. .

Скорость 6/мс хорошо коррелирует со скоростью проведения А-дельта нерва.

Также вот еще одна диаграмма распределения времени задержки для разных уровней стимула:

Разница во времени задержки может быть результатом активации разных рецепторов. Температура около 40 градусов по Цельсию с большей вероятностью активирует те рецепторы тепла, которые имеют более низкую скорость проводимости. Большое количество медленных (1-1,5 с) ответов на эти стимулы хорошо коррелирует с волокнами группы С для рецепции тепла. С другой стороны, в ответ на более высокие и потенциально более опасные температуры ноцицепторы активируются с большей вероятностью, а более быстрое проведение этих стимулов приводит к более низким латентным периодам. Также переход от высокой задержки к низкой происходит достаточно плавно при повышении температуры.

Разница в значениях нервной проводимости — не единственное, что вызывает отставание в ощущениях. Эти стимулы не поступают непосредственно в мозг от рецепторов, а должны быть переданы сенсорным нейронам, затем они соединяются в спинном мозге, прежде чем стимул может быть передан в соответствующую часть мозга, а затем эти нейроны головного мозга еще нужно обработать сигнал. Важно отметить, что время задержки отличается от человека к человеку. Авторы этой статьи провели большую серию измерений, чтобы выяснить влияние возраста, пола и роста на скорость нервной проводимости, и оказалось, что, например:

С учетом возраста и температуры снижение скорости икроножной проводимости на 0,17 м/с на сантиметр увеличения высоты (0,44 м/с на дюйм) было несколько больше, чем сообщалось ранее.

Также в этой последней статье есть много хороших сравнительных таблиц различных нервов и состояний.