Начну с пары метафор.
В третьем фильме «Властелин колец» сигнал о помощи отправляется из Минас Тирита в Гондор с помощью цепочки маяков. Когда смотритель одного из этих маяков видит, что загорелся тот, что рядом с ним, он приказывает зажечь свой собственный, тем самым запуская цепную реакцию. Когда загорается последний в поле зрения Гондора, приходит сообщение о том, что Минас Тирит хочет помощи. В самом огне ничего не передается, в пламени нет информации, маяки либо включены, либо выключены. Единственная причина, по которой маяки передают сообщение, заключается в том, что граждане Гондора знают, почему должен быть зажжен этот маяк.
Представьте себе простой датчик давления внутри здания, соединенный проводом с электрическим светом на панели управления в комнате охраны. Когда кто-то наступает на датчик, он замыкает цепь, которая посылает электричество прямо на свет, включая его. На этикетке на светильнике написано, к чему он подключен и где находится. Чтобы при включении света человек за пультом знал, что кто-то находится в этом секторе здания. Но если быть более точным, он знает, что кто-то активировал этот конкретный датчик давления, и если бы он не был помечен, он бы не понял, что означает сообщение.
Я понимаю человеческую нервную систему так, что она работает точно так же. Основываясь на информации, которую я узнал из детских образовательных программ в детстве, и некоторых моментах, которые я усвоил с тех пор.
В наших ушах есть датчики, предназначенные для реагирования на звук. Каждый из них имеет прямую связь с мозгом через цепочку нервных клеток. Когда один из сенсоров достаточно стимулируется, он поражает нейрон, к которому он подключен, это, в свою очередь, заставляет нейрон воздействовать на следующий и так далее вплоть до мозга.
Сами по себе импульсы/всплески не содержат фактической информации, это просто чистое электричество, каждый всплеск содержит одинаковое количество напряжения. Единственная причина, по которой мозг способен интерпретировать их, заключается в том, что он точно знает, к чему подключена каждая цепочка. Когда импульс достигает мозга, он знает, что он исходит от датчика в ухе, который отвечает за определенный уровень звука, мозг принимает эти сигналы и переводит их в звуки, которые мы слышим. Нервные клетки работают примерно как бинарные, они либо включены, либо выключены, и между ними ничего нет. Частота шипов, идущих по цепочке, показывает, насколько интенсивен звук. Если бы мозг не знал, с чем связана эта цепочка, то сигнал мог бы означать абсолютно что угодно.
Это подтверждается состоянием, известным как синестезия, при котором из-за «переплетения проводов» в мозгу есть люди, которые слышат цвет или ощущают вкус музыки.
У меня вопросы, правильно ли я рассуждаю? Точно так же работают нервы и восприятие? Было ли это научно доказано вне всяких сомнений? Есть ли в импульсах что-то, что содержит дополнительную информацию? Работа нервной системы обсуждается в научных кругах? Мне сказали, что мы никогда не могли подключить глазное яблоко или любое другое сенсорное устройство человека к компьютеру, поэтому мы никогда не могли проверить его работу, это правда?
Но самое главное, означает ли это, что есть вещи, которые наши органы чувств не могут обнаружить? Я уже знаю, что есть вещи за пределами нашего диапазона зрения и слуха, и тогда мозг расплывается вместе. Я имею в виду, что это...
Я знаю, что у нас есть разные органы чувств в ушах, предназначенные реагировать на более высокие или низкие звуки. Скажем, у нас есть датчик, реагирующий на звук уровня 1 (я не знаю единиц измерения звука), а рядом с ним датчик, реагирующий на звук уровня 2. Что произойдет, если мы попытаемся услышать звук 1,5? Разве это не воспринимается ухом, потому что у нас нет датчиков в этом диапазоне?
Можем ли мы что-то ощущать только в том случае, если у нас есть датчик для этого, и эти датчики созданы только для обнаружения одной сверхспецифической вещи?
Я попытаюсь ответить, но, пожалуйста, знайте, что у вас нет четкого и определяющего вопроса. Это больше подходит для разговора или открытой дискуссии, и я рекомендую начать чат на эту тему. Будьте осторожны, вопрос может быть отложен. Я попробую и отвечу сверху вниз. Я абсолютно не думаю, что это будет плодотворным для других людей. Вот оно:
В наших ушах есть датчики, предназначенные для реагирования на звук. Каждый из них имеет прямую связь с мозгом через цепочку нервных клеток. Когда один из сенсоров достаточно стимулируется, он поражает нейрон, к которому он подключен, это, в свою очередь, заставляет нейрон воздействовать на следующий и так далее вплоть до мозга.
Возьмем пример с глаз; сетчатка состоит из светочувствительных нейронов, типа сенсорных нейронов. Внутренний нос иннервирован обонятельными чувствительными нейронами. Аналогичным образом улитка иннервируется нейронами. Во-первых, вы не дали понять, что нейроны являются датчиками.Но на самом деле сенсорный нейрон — это нейрон первого порядка. Обработка сенсорной информации происходит через нейроны первого, второго, третьего и более высокого порядка, пока информация не будет функционально интегрирована где-то в мозгу. Существуют нейроны, которые модулируют сигнал по пути (например, латеральные тормозные интернейроны), которые находятся не на информационной магистрали, а скорее рядом с ней, регулируя вход и выход нейронов. Это довольно сложно, но у вас есть общая суть иерархии нейронов от сенсорного ввода (например, запах) до вывода (поведение, реакция, восприятие).
Сами импульсы/спайки не содержат фактической информации [...] Нервные клетки работают примерно как бинарные, они либо включены, либо выключены, между ними ничего нет.
Точная временная динамика этой коммуникационной магистрали между нейронами очень важна. На каком-то уровне слуховая громкость может быть закодирована частотой, но это ограничено только некоторым уровнем. Информация очень быстро кодируется, и «сырая» информация, которую предоставляют сенсорные нейроны, обрабатывается и трансформируется довольно рано в цепи. Например, вы можете активировать цепи, отвечающие за рефлексы, которые (так сказать) бездействуют до тех пор, поканервной активности активирует их. Зрение хорошо описывается с точки зрения кодирования; в первой области мозга, обрабатывающей зрение, все просто, и по мере обработки информации происходит все более высокий уровень кодирования; есть области, отвечающие за движение, цвет, распознавание объектов, даже специализированные области, например, за распознавание лиц.
Если бы мозг не знал, с чем связана эта цепочка, то сигнал мог бы означать абсолютно что угодно.
Правильный. Однако помните, что мозг очень пластичен и может учиться. В неврологии есть много любопытных случаев, когда это становится очевидным. Один известный широко описанный пример: вы можете носить очки, которые переворачивают мир, и это будет странно. Однако через какое-то время ваше восприятие переключит мир на «правильный путь вверх». Сетчатка практически не пострадала, но восприятие и интеграция информации могут существенно различаться независимо друг от друга.
Есть ли в импульсах что-то, что содержит дополнительную информацию?
Помните, что между двумя нейронами существует два типа соединений. Электрические и химические синапсы. Волна деполяризации действительно проходит через нейронную ось, но в большинстве случаев это не происходит через нейроны. Вместо этого нейроны (и связанные с ними клетки, такие как глия) выделяют химические мессенджеры (нейротрансмиттеры и нейромодуляторы), которые действуют как межклеточные сигналы. Они могут тормозить или возбуждать постсинаптический нейрон. Проще говоря, это не цепочка проводов; это линия проводов, химически взаимодействующих друг с другом; на каждом интерфейсе химические вещества должны диффундировать через промежутки и взаимодействовать с мембранными сенсорами принимающего нейрона. Это совсем не двоично. И, пожалуйста, знайте, что мы упрощаем систему, чтобы описать ее.
Точно так же работают нервы и восприятие?
Это упрощение того, как работают нейронные цепи. То, как работает восприятие, — это совершенно другая вещь, которой вы даже не начали заниматься. Это совсем другая тема для обсуждения. Бонусная ссылка!
Но самое главное, означает ли это, что есть вещи, которые наши органы чувств не могут обнаружить?
Сенсорная система может обнаружить только то, что она может обнаружить. Ваша кожа не может обнаруживать радиоволны. Ваши глаза не могут обнаружить инфракрасный свет. Ваш мобильный телефон, оснащенный аналогичными датчиками, не может обнаруживать нейтрино.
Я не знаю единицы измерения звука
Децибел (громкость) или герц (высота тона или частота).
Что произойдет, если мы попытаемся услышать звук 1,5? Разве это не воспринимается ухом, потому что у нас нет датчиков в этом диапазоне?
Вы описываете спектр объема как градуированную, прерывистую вещь. Это не! А вообще да. Если ваши сенсоры не могут что-то обнаружить, значит, организм этого не замечает. Очевидный.
Можем ли мы что-то почувствовать, только если у нас есть для этого датчик [...]?
Да. Но вы недооцениваете силу сенсора, такого как светочувствительная ячейка. Он может передавать информацию об амплитуде света и реагирует на диапазон света. Более того, каждый фотосенсор имеет свой спектр отклика и не одинаково реагирует на разные (хотя и одинаковые) длины волн света. Более того, если у вас есть участок светочувствительных клеток, вы можете определить движение, направление, скорость, размер, расстояние и все те приятные вещи, которые мы связываем со зрением. Богатство информации легко недооценить.
... эти датчики предназначены только для обнаружения одной сверхспецифической вещи?
Это зависит от того, как вы определяете конкретное. Оснащение нейрона сетчатки обычно специфично (например, экспрессия белков, ответственных за чувствительность к свету), но нейрон может реагировать на несколько вещей. Вы когда-нибудь пытались потереть глаза и видите фосфены ? Ваша сетчатка реагирует на повышенное давление. Можно сказать, что эти клетки чувствительны к свету и давлению. Это не очень конкретно. Аналогичным образом вы можете активировать эти нейроны на коротком расстоянии электрическим или магнитным способом. Это начинает звучать как довольно неопределенный датчик, в зависимости от того, как вы определяете его для себя.
Я абсолютно не хочу усугублять ситуацию, я очень рекомендую вам прочитать некоторые материалы по этой теме. Одно дело быть уверенным на уровне паблика в расплывчато сформулированных фактах о сенсорных цепях, и совсем другое — понимать и ценить нюансы и сложности, а также многие известные и неизвестные нейронауки. Это не слишком сложно понять. Вместо этого я бы попросил вас спросить об основах, прежде чем вы попросите исправить свой взгляд на биологические сенсорные системы. Книги дешевы, а иногда выручает интернет, и вы даже можете сэкономить чье-то время!