Аналогично, для слуховых ощущений совершенно «грязным» является шум, где так намешаны разные частоты, что невозможно выделить какой-либо определенный звуковой тон. Степень примеси шума к определенному звуковому тону характеризует его чистоту.
Для обонятельных ощущений в качестве «шумов» выступают посторонние запахи, сбивающие основной. Для тактильных — в качестве шума выступают обычно боль и внутренние органические ощущения и т.д.
Между прочим, одной из замечательных особенностей анализаторов выступает их удивительная способность «отстраиваться» от шумов и помех. Так, например, собаке, когда она идет по следу, удается выделять чрезвычайно слабый, почти выветрившийся запах одного определенного человека (или животного) из «забивающего шума» множества других свежих и намного более сильных запахов. Или, например, летучие мыши. Они, как известно, слепы и ориентируются с помощью «звукового локатора», испуская ультразвуки и принимая их эхо — отражение от окружающих предметов. Так вот, есть пещеры, где колонии летучих мышей насчитывают миллионы зверьков. Стоит войти в такую пещеру и поднять шум, как все они взлетают и начинают метаться в абсолютной темноте. При этом они никогда не сталкиваются и не налетают на препятствия. Непостижимо, как в чудовищной «каше» миллионов одновременно звучащих писков и их отражений каждый из зверьков ухитряется выделить и узнать слабенькое эхо именно своего голоса!
Для современной техники достигнуть такого — еще неразрешимая задача. По-видимому, здесь работают те же механизмы специфической чувствительности, доведенные до высшего предела совершенства. Отыскание их секрета позволило бы создать приемники в миллионы раз более эффективные, чем теперешняя наша электронная аппаратура. А этого требуют, например, задачи космической связи. Так зримо выступает великая всемирная связь явлений: от крохотной слепой летучей мыши до проблем выхода человечества в бездонные глубины космоса!
Ощущения имеют также определенную протяженность и длительность. Первая отражает количество рецептивных элементов, на которые воздействует соответствующий раздражитель, вторая — длительность действия этого раздражителя.
Так, ощущение света может охватывать все поле зрения, как, например, когда мы солнечным днем смотрим на ясное небо. А может занимать в нем ничтожную часть — как например, когда мы глухой ночью видим одинокий далекий огонек. Аналогично, ощущение может быть мимолетным, как например, вспышка фотолампы, а может устойчиво длиться, как например, неотступная зубная боль. Для каждого ощущения существуют определенные пороги протяженности и длительности раздражения, при которых оно может иметь место (так называемые пространственные и временные пороги).
Так, например, цветоощущение не возникает, если источник света имеет угловой размер меньше, чем 1 минута. В свою очередь, возникшее ощущение длится обычно еще некоторое время и после того, как раздражитель перестал действовать. Это — так называемое явление инерции ощущений. Некоторые же ощущения имеют предельную длительность, по истечение которой они исчезают, хотя раздражитель еще действует. Примеры этого мы видели, рассматривая адаптацию обоняния.
Благодаря инерции сенсорных клеток, при быстром чередовании раздражений, отдельные ощущения, которые ими порождаются, сливаются в единое, непрерывное, целостное переживание. Так, например, зрительные элементы имеют инерцию 0,1—0,9 сек. Значит, если на световом табло будут быстро (с периодом до
0,1 сек) вспыхивать одна за другой соседние лампочки, возбуждение от предыдущей вспышки не успевает исчезнуть до вспышки следующей лампочки, они сливаются, и мы видим одну движущуюся точку. Это — так называемый феномен-фи (ср). На нем основана, например, движущаяся световая реклама. Таким же образом отдельные звуки сливаются в мелодию, отдельные кадры (24 в секунду) — в движущийся кинофильм, отдельные вспышки на экране телевизора — в изображение и т.д.
Отсюда видно огромное значение явлений остаточного возбуждения в деятельности нервной системы. Уже на уровне анализаторов оно обеспечивает объединение, слияние, синтезирование информации о свойствах раздражителя по признаку их связи во времени. Так кажущийся недостаток нервных клеток — их инерционность, сравнительная медлительность их реакции —- блестяще используется природой. Он превращает рецептивные поля из простых чувствительных датчиков в интегрирующие и синтезирующие устройства.
Таким образом, внутримодальные вариации ощущений представляют собой как бы ступень более тонкого декодирования. С помощью его извлекается информация о свойствах раздражителя, которая содержится в сериях электрических импульсов, параллельно поступающих в сенсорное поле за определенный отрезок времени.
Попробуем рассмотреть этот процесс более детально. Возьмем, например, срезы всех центростремительных аксонов, идущих от сетчатки глаза, у их основания, т.е. на местах их входа в свои нейроны. Всего таких аксонов идет от сетчатки около ста тысяч.
В любой данный момент времени на каждом срезе может иметь место или фаза покоя, или фаза возбуждения, или рефракторная фаза, или фаза сверхчувствительности. Если взять за единицу отрезок времени в 6 миллисекунд (т.е. время полного срабатывания), то за этот период на срезе или будет иметь место возбуждение, или будет сохраняться фаза покоя. Иначе говоря, состояние афферентного нерва на этом срезе будет характеризоваться распределением в пространстве точек с потенциалами -80 милливольт и +40 милливольт. Условно это можно описать чередованием единиц (для возбужденного среза) и нулей (для среза в покое). Например, вот так:
Если «читать» это распределение всегда по одному правилу (например, по спирали, начиная с левого верхнего крайнего среза), то состояние афферентного нерва на входе в сенсорное поле можно будет описать двоичным числом.
Например, для мозаики на приведенном рисунке это будет:
11000110010111... В следующие 6 сек. эта мозаика изменится и будет описываться, например, так:
10100100000111... Сравнив, увидим, что первый «вход» остался в том же состоянии возбуждения; второй из состояния возбуждения перешел в состояние покоя, третий — из покоя в возбуждение и т.д.
Если подписать строчки, получающиеся для соседних интервалов времени одну под другой, то получим матрицу. Например, такую:
001001 10101000...
01 1001000001 10...
10101001 1 10001...
Нетрудно заметить, что она описывает частоту и ритм чередования импульсов на выходе каждого аксона, а также изменение всей мозаики состояний на выходе афферентного нерва во времени. Получаем опять системы двоичных чисел, которыми, как мы уже видели, можно передать любую информацию.
С физической точки зрения изменение во времени пространственного распределения потенциалов (или электрохимических состояний) представляет собой так называемую фазовую волну. Область всех возможных состояний системы называют фазовым пространством, а количество различных состояний, в которых может одновременно находиться система, принимают за число измерений этого условного фазового пространства.
При таком подходе, характер, ритм и частота совместных изменений элементов системы могут быть математически описаны как форма фазовой волны. Соответственно, можно сказать, что информация, подаваемая афферентным нервом в первичное сенсорное поле, закодирована формой фазовой волны в пространстве состояний на выходе афферентных аксонов.
Что же кодирует нерв таким способом? Свойства раздражителя, выражающиеся в характере его воздействия на рецептор. Но любое воздействие — это передача некоторого вида энергии и превращение ее в электрическую энергию. Соответственно, оно непосредственно характеризуется энергетической структурой, т.е. законом распределения его энергии в пространстве и времени.
Но распределение энергии в пространстве и времени тоже представляет собой волну. Только уже не условную фазовую волну в математическом фазовом пространстве, а реальную четырехмерную (пространственно-временную) волну в некотором реальном энергетическом поле. Структура соответствующего энергетического аспекта раздражителя описывается формой этой реальной волны в реальном пространстве ее энергетического поля.
Таким образом, кодирование -афферентной нервной системой структуры раздражителя заключается в переводе ее из формы четырехмерной волны некоторого реального энергетического поля в форму многомерной волны фазового пространства состояний афферентного нерва. Внутримодальные вариации ощущений выступают как специфические реакции сенсорного поля на различные формы этой волны.
По собственному опыту мы знаем, что реакции эти осознаются как качественно различные переживания внутри той же модальности. Так, например, переживание красного цвета и синего цвета выступают для нас внутренне как качественно различные переживания. Между тем, фактически различия раздражителей, отражаемые в этих ощущениях, являются лишь количественными. Они регистрируют разницу в длине волны световой энергии.
Таким образом, при тонком декодировании осуществляется новое изменение кода информации. Структурные различия раздражителей кодируются качественными различиями ощущений. Иными словами, различия формы фазовой волны афферентных импульсаций переживаются как различные свойства раздражителей.
Дело выглядит так, как если бы алфавит кода ощущений содержал несколько шрифтов, по одному для каждого вида энергии (это — модальные вариации). Внутри же каждого шрифта имеется набор различных букв для обозначения различных возможных структур распределения данного вида энергии в пространстве и времени (внутримодальные вариации).
Такой принцип декодирования позволяет мозгу отвлекаться от структуры состояний самой нервной системы и выделять лишь отражаемые в этих состояниях свойства раздражителя. Этим обуславливается и специфичность сенсорного отражения. Оно соответствует реальности, потому что различные по структуре раздражители отражаются в разных по качеству ощущениях. Но при этом качества ощущений заменяют собой те собственные структурные особенности раздражителя, которые лежат в их основе. Таким образом, ощущение как отражение объективно по содержанию, но субъективно по форме. Оно отражает действительные различия структуры раздражителей, но не отражает сами эти структуры.