Адаптация и сенсибилизация: 3. Адаптация и сенсибилизация органов чувств

Содержание

3. Адаптация и сенсибилизация органов чувств

Адаптация, или приспособление, – это изменение чувствительности органов чувств под влиянием действия раздражителя.

Можно различать три разновидности этого явления:

1. Адаптация как полное исчезновение ощущения в процессе продолжительного действия раздражителя. В случае действия постоянных раздражителей ощущение имеет тенденцию к угасанию. Например, легкий груз, покоящийся на коже, вскоре перестает ощущаться. Обычным фактом является и отчетливое исчезновение обонятельных ощущений вскоре после того, как мы попадаем в атмосферу с не приятным запахом. Полной адаптации зрительного анализатора при действии постоянного и неподвижного раздражителя не наступает. Это объясняется компенсацией неподвижности раздражителя за счет движений самого рецепторного аппарата. Постоянные произвольные и не произвольные движения глаз обеспечивают непрерывность зрительного ощущения.

2. Адаптацией называют также другое явление, близкое к описанному, которое выражается в притуплении ощущения под влиянием действия сильного раздражителя. Например, при погружении руки в холодную воду интенсивность ощущения, вызываемого холодовым раздражителем, снижается. Когда мы из полутемной комнаты попадаем в ярко освещенное пространство, то сначала бываем ослеплены и не способны различать вокруг какие-либо детали. Через некоторое время чувствительность зрительного анализатора резко снижается, и зрение нормализуется. Это понижение чувствительности глаз при интенсивном световом раздражении называют световой адаптацией.

Описанные два вида адаптации можно объединить термином негативная адаптация, поскольку в результате их снижается чувствительность анализаторов.

3. Адаптацией называют повышение чувствительности под воздействием слабого раздражителя. Этот вид адаптации, свойственный некоторым видам ощущений, можно определить как позитивную адаптацию.

В зрительном анализаторе это тепловая адаптация, когда увеличивается чувствительность глаза под влиянием пребывания в темноте. Аналогичной формой слуховой адаптации является адаптация к тишине. В температурных ощущениях позитивная адаптация обнаруживается тогда, когда предварительно охлажденная рука чувствует тепло, а предварительно нагретая – холод при погружении в воду одинаковой температуры.

Исследования показали, что одни анализаторы обнаруживают быструю адаптацию, другие – медленную. Например, тактильные рецепторы адаптируются очень быстро. Сравнительно медленно адаптируется зрительный рецептор (время темновой адаптации достигает нескольких десятков минут), обонятельный и вкусовой.

Адаптация помогает по средствам органов чувств улавливать слабые раздражители и предохранять органы чувств от чрезмерного раздражения в случае необычайной силы воздействия.

Явление адаптации можно объяснить теми периферическими изменениями, которые происходят в функционировании рецептора при продолжительном воздействии на него раздражителя.

Явление адаптации объясняется и процессами, протекающими в центральных отделах анализатора. При длительном раздражении кора головного мозга отвечает внутренними охранительным торможением, снижающим чувствительность. Развитие торможения вызывает усиленное возбуждение других органов, что способствует повышению чувствительности в новых условиях (явление последовательной взаимной индукции).

Повышение чувствительности в результате взаимодействия анализаторов и упражнения называется сенсибилизацией.

Физиологическим механизмом взаимодействия ощущений являются процессы иррадиации и концентрации возбуждения в коре головного мозга, где представлены центральные отделы анализаторов. В результате иррадиации процесса возбуждения повышается чувствительность другого анализатора. При действии сильного раздражителя возникает процесс возбуждения, имеющий, наоборот, тенденцию к концентрации. По закону взаимной индукции это приводит к торможению в центральных отделах других анализаторов и снижению чувствительности последних.

Изменение чувствительности анализаторов может быть вызвано воздействием второсигнальных раздражителей. Так, получены факты изменения электрической чувствительности глаз и языка в ответ на предъявление испытуемым слов «кислый, как лимон». Эти изменения были аналогичны тем, при действительном раздражении языка лимонным соком.

Зная закономерности изменения чувствительности органов чувств, можно путем применения специальным образом подобранных побочных раздражителей сенсибилизировать тот или иной рецептор, т.е. повышать его чувствительность.

Сенсибилизация может быть достигнута и в результате упражнений. Известно, например, что развивается звуковысотный слух у детей, занимающихся музыкой.

Адаптация и сенсибилизация

Что происходит, когда мы заходим в тёмную комнату? Сначала мы ничего не видим, а потом чувствительность зрительного анализатора меняется — мы начинаем различать предметы в темноте. Что произойдёт, когда мы включим свет? Сначала мы немного закроем глаза, т.к. свет покажется слишком ярким. Потом глаза привыкнут к этому свету, чувствительность понизится. Значит, чувствительность способна меняться. Различают две формы изменения чувствительности:

адаптация— изменение чувствительности для приспособления к внешним условиям.Чувствительность может повышаться (например, адаптация к темноте) или понижаться (например, адаптация к яркому свету, к сильному запаху).

сенсибилизация

(англ. sensibilization) — повышение чувствительности под влиянием внутренних факторов, состояния организма, упражнений. Например, у слепых может так повыситься чувствительность обоняния, что они могут определять своих знакомых людей по запаху; глухие – танцевать благодаря повышению вибрационной чувствительности. Чувствительность повышается и при упражнениях, длительном занятии специальными профессиями. Опытный водитель слышит особенности работы двигателя своей машины, которые не слышит обычный пассажир.

Последовательный образ

Смотрите в центр картинки примерно в течение минуты. Затем посмотрите на белую часть бумаги. Вы увидите так называемый последовательный образ (послеобраз).

После действия раздражителя ощущение не сразу исчезает, а постепенно.Это инерция ощущений.Очень громкий звук перестал звучать, а у нас «стоит звон в ушах». След от раздражителя остается в виде последовательного образа. Благодаря этому явлению происходит слияние отдельных ощущений в единое целое, как, например, при восприятии мелодий, фильма и пр.

Явление контраста

Еще одно свойство ощущений явление контраста. Ощущение, которое испытывал человек сначала, оказывает влияние на следующее ощущение. Например, если дотронуться до холодного предмета после прикосновения к горячему, то ощущение холода будет более сильным.

Синестезия

Представьте себе, как вы кладёте на язык лимон. Что произошло? У вас выделилась слюна, возникло ощущение кислого. Обратите внимание, когда вы читали предложение о лимоне, вы просто видели слова – т.е. работал зрительный анализатор. Однако ощущение возникло во вкусовом анализаторе. Это очень интересное свойство ощущений, которое называется синестезией. Синестезия проявляется в том, что раздражитель действует на один анализатор, а ощущение появляется в другом анализаторе. Синестезия проявляется, когда мы видим оранжевый цвет и он кажется нам тёплым; слышим музыку и она кажется нам светлой, лёгкой или мрачной и тяжелой и т.п.

Итак,

— мы принимаем не все раздражители, а только те, которые находятся в пределах порогов нашей чувствительности

— наша чувствительность может меняться: понижаться или повышаться

— ощущения возникают и исчезают не сразу, а через какое-то время после действия раздражителя

— ощущения влияют друг на друга.

Следует отметить, что органы чувств очень тесно связаны с органами движения, которые участвуют в процессах получения информации. Например, без движения рукой мы не ощутим свойства предмета, без вдыхания воздуха мы не почувствуем запах, без движения глаза мы не видим.

Мы почти не встречаемся с ощущениями как с отдельным процессом. Всё-таки мы едим не белые и жёлтые пятна, а яичницу; слышим не отдельные звуки, а мелодию. Другими словами у нас есть целостные образы предметов и явлений. Процесс формирования этих образов называется восприятием (иногда употребляется также термин “перцепция”, “перцептивный процесс” от латинского

perception— восприятие).

Сенсорная адаптация и взаимодействие ощущений

   Абсолютная и относительная чувствительность ощущений не остаются неизменными. Их пороги нельзя выражать в постоянных числах.

Исследования показали, что и абсолютная, и относительная чувствительность могут меняться в широких пределах: в темноте зрение обостряется, при сильном освещении его чувствительность снижается. В зависимости от окружающей обстановки чувствительность (например зрительная) человека резко меняется. Исследования также показали, что чувствительность глаза в темноте обостряется в 200000 (!) раз.

Такого рода изменения чувствительности связаны с явлением сенсорной адаптации — изменением чувствительности, происходящим вследствие приспособления органа чувств к действующим на него раздражителям. Адаптация выражается в том, что:

— при воздействии на органы чувств достаточно сильных раздражителей чувствительность уменьшается,

— при воздействии слабых раздражителей (или отсутствии оного) чувствительность увеличивается.

Такое изменение чувствительности не происходит сразу, оно требует определённого времени. Для разных органов чувств эти временные характеристики различаются. Чтобы зрение в тёмной комнате приобрело нужную чувствительность, должно пройти около 30 мин. Адаптация слуховых органов идёт гораздо быстрее, они адаптируются к окружающему фону уже через 15 с. Так же быстро происходит изменение чувствительности у осязания (слабое прикосновение к коже перестаёт восприниматься уже через несколько секунд).

Существует адаптация к запахам. Существует тепловая адаптация (привыкание к изменению температуры окружающей среды). Однако эти явления выражены отчётливо лишь в среднем диапазоне, и привыкание к сильному холоду или сильной жаре, так же как и к болевым раздражителям, почти не встречается.

В основном адаптация ощущений зависит от процессов, происходящих непосредственно в рецепторе. Под влиянием света, например, разлагается (выцветает) зрительный пурпур, находящийся в палочках сетчатки глаза. В темноте зрительный пурпур восстанавливается, чувствительность повышается.

Адаптация связана и с процессами, протекающими в центральных отделах анализаторов. На изменение чувствительности влияет разная возбудимость нервных центров. Длительное раздражении коры головного мозга провоцирует охранительное торможение, снижающее в том числе чувствительность. Адаптация демонстрирует большую пластичность организма в его приспособлении к условиям среды.

Взаимодействие ощущений

   Чувствительность анализатора может меняться и под влиянием раздражения иных (не «родных» для анализатора) органов чувств. Существует два вида взаимодействия ощущений:

— взаимодействие между ощущениями одного вида,

— взаимодействие между ощущениями различных видов.

П. П. Лазарев установил, что освещение глаз делает слышимые звуки более громкими. С. В. Кравков показал, что ни один орган чувств не может работать, не оказывая влияния на функционирование других органов. В его экспериментах, например, звуковое раздражение (свист) обострял работу зрительного ощущения, повышал его чувствительность к световым раздражителям.

Запахи тоже могут повышать или понижать световую и слуховую чувствительность. Все анализаторы способны влиять друг на друга. Взаимодействие ощущений проявляется в двух противоположных процессах (и это показывает родство с процессами адаптации): повышении чувствительности, понижении чувствительности.

Общая закономерность во взаимодействии ощущений: слабые раздражители повышают, а сильные понижают чувствительность анализаторов при их взаимодействии между собой.

Механизм взаимодействия ощущений одного вида, на самом деле, похож на взаимодействие ощущений разного вида. Сильный сигнал в одних участках зрительного поля, например, может понизить чувствительность в других участках зрительного поля (и наоборот). Так, серый цвет на белом фоне будет выглядеть темнее, а в окружении черного цвета — светлее.

Сенсибилизация

   Существуют способы повысить чувствительность органов чувств. Это повышение чувствительности называется сенсибилизацией. А. Р. Лурия выделял две стороны повышения чувствительности по типу сенсибилизации:

— имеющая длительный, постоянный характер и зависящая в основном от устойчивых изменений, происходящих в организме,

— имеющая временный характер и зависящая от физиологического и психического состояния человека.

Первый вид сенсибилизации тесно связан с изменением чувствительности. Исследования показали, что острота чувствительности органов чувств нарастает с возрастом, достигая максимума к 20-30 годам, в дальнейшем происходит стабилизация с последующим падением чувствительности к старости.

Синестезия

   Синестезия это возникновение под влиянием раздражения одного анализатора ощущения, характерного для другого анализатора. У многих людей звуковые волны способны создавать иллюзию окрашенности окружающего пространства в тот или иной цвет.

Синестезия, по некоторым предположениям, может служить основой выдающихся способностей. У многих композиторов имеется так называемый цветовой слух. Известный мнемонист Ш., обладающий феноменальной памятью и которого исследовал А. Р. Лурия, мог охарактеризовать голос какого-нибудь человека как «жёлтый и рассыпчатый» (звуки разных тонов у него вызывали разные зрительные ощущения).

Явления синестезии наглядно показывают тесную связь анализаторов между собой.

Литература

Маклаков А. Г. Общая психология. СПб: Питер, 2001.

 


См. также

Ощущения

 


   RSS     [email protected] 

Можно ли утверждать, что слабые раздражители усиливают, а сильные – ослабляют чувствительность анализаторов? Изменчивость чувствительности анализаторов и ее причины Абсолютная и различительная чувствительность анализаторов к раздражителям не остается пост.

Различные органы чувств, дающие нам сведения о состоянии окружающего нас внешнего мира, могут быть чувствительны к отображаемым явлениям с большей или меньшей точностью.

Чувствительность наших органов чувств может меняться и в очень больших пределах. Различают две основные формы изменчивости чувствительности, из которых одна зависит от условий среды и называется адаптацией, а другая от условий состояния организма и называется сенсибилизацией.

Адаптация – приспособление анализатора к раздражителю. Известно, что в темноте наше зрение обостряется, а при сильном освещении его чувствительность снижается. Это можно наблюдать при переходе от темноты к свету: глаз человека начинает испытывать резь, человек временно «слепнет».

Важнейшим фактором, влияющим на уровень чувствительности, является взаимодействие анализаторов. Сенсибилизация – это повышение чувствительности в результате взаимодействия анализаторов и упражнения. Это явление нужно использовать при управлении автомобилем. Так, слабое действие побочных раздражителей (например, обтирание холодной водой лица, рук, затылка или медленное разжевывание кисло-сладкой таблетки, например, аскорбиновой кислоты) повышает чувствительность ночного зрения, что очень важно при управлении автомобилем в темное время суток.

Разные анализаторы имеют неодинаковую способность к адаптации. Практически не возникает адаптации человека к болевому ощущению, что имеет важное биологическое значение, так как болевое ощущение является сигналом неблагополучия в организме.

Адаптация слуховых органов идет гораздо быстрее. Слух человека адаптируется к окружающему фону уже через 15 сек. Так же быстро происходит изменение чувствительности в осязании (слабое прикосновение к коже перестает восприниматься уже через несколько секунд).

Известно, что условия деятельности, связанные с постоянной переадаптацией анализаторов, вызывают быстрое утомление. Например, вождение автомобиле в темное время суток по автомагистрали с меняющейся освещенностью дорожного полотна.

Более существенное и постоянное влияние на органы чувств в процессе вождения автомобиля оказывают такие факторы как шум и вибрация.

Постоянно действующий шум (а шум, возникающий при движении автомобиля, как правило, постоянный) оказывает отрицательное воздействие на органы слуха. Помимо этого под влиянием шума удлиняется скрытый период двигательной реакции, снижается зрительное восприятие, ослабевает сумеречное зрение, нарушаются координация движений и функции вестибулярного аппарата, наступает преждевременное утомление.

Изменение чувствительности органов чувств меняется и с возрастом человека. Уже после 35 лет вообще снижается острота зрения и его адаптация, ухудшается слух. И хотя многие водители относят это за счет плохого освещения, слабых фар, однако остается непреложным факт, что глаза у них видят далеко не одинаково хорошо. С возрастом они не только хуже видят, но и легче подвергаются ослеплению, чаще сужается поле зрения.

Рассмотрим теперь влияние алкоголя и других психоактивных и лекарственных препаратов на психическую деятельность человека.

При приеме снотворных, успокоительных, антидепрессантов, противосудорожных (фенобарбитал) и противоаллергических лекарств (пипольфен, тавегил, супрастин) наступает сонливость, головокружение, снижение внимания и времени реакции. Безобидные лекарства от кашля или головной боли могут угнетающе действовать на центральную нервную систему, снижая внимание и замедляя скорость реакции. Прежде всего, это препараты, содержащие кодеин (трамадол, трамалт, ретард, пенталгин, спазмовералгин, седальгин).

Таким образом, следует внимательно изучать инструкцию препарата, который водитель собирается принимать перед тем, как сесть за руль

Рассмотрим теперь влияние алкоголя на управление транспортным средством. Хотя в Правилах дорожного движения запрещено управлять транспортным средством в состоянии алкогольного опьянения, в нашей стране, к сожалению, существуют сильные традиции сомневаться в правильности действий и/или результата освидетельствования на состояние опьянения. Считая, что «я – в норме», водитель садится за руль нетрезвым и подвергает других людей и себя опасности.

Так, исследования обнаружили существенные нарушения функций нервной системы уже и от достаточно малых доз алкоголя. Объективно установлено заметное ослабление функций всех органов чувств от весьма незначительных доз алкоголя, в том числе и пива.

Под воздействием средней доз, то есть одной-полтора рюмок водки, двигательные акты на первых порах ускоряются, а затем замедляются. Другое чувство, легко утрачиваемое выпившим человеком, – это чувство страха.

Кроме того, следует иметь в виду, что при снижении температуры на 5° вредное действие алкоголя усиливается почти в десять раз! А ведь люди уверены в том, что спирт обладает согревающим эффектом, и считают, что для замерзшего человека глоток чего-нибудь крепкого – самое лучшее лекарство.

Таким образом, на нашу способность видеть, слышать, чувствовать влияют многие привычные нам вещи: свет и темнота, лекарства, алкоголь. Садясь за руль автомобиля, необходимо это учитывать, чтобы избежать опасных ситуаций и ДТП.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Изменчивость чувствительности анализаторов и ее причины

Заключение

Литература

Введение

О богатстве окружающего мира, о звуках и красках, запахах и температуре, величине и о многом другом мы узнаем благодаря органам чувств. С помощью органов чувств человеческий организм получает в виде ощущений разнообразную информацию о состоянии внешней и внутренней среды.

Ощущение — это простейший психический процесс, состоящий в отражении отдельных свойств предметов и явлений материального мира, а также внутренних состояний организма при непосредственном воздействии раздражителей на соответствующие рецепторы.

Органы чувств получают, отбирают, накапливают информацию и передают ее в мозг, ежесекундно получающий и перерабатывающий этот огромный и неиссякаемый поток. В результате возникает адекватное отражение окружающего мира и состояния самого организма.

Ощущения — это форма отражения адекватных раздражителей. Адекватным возбудителем зрительного ощущения является электромагнитное излучение, характеризующееся длинами волн в диапазоне от 380 до 770 миллимикрон, которые трансформируются в зрительном анализаторе в нервный процесс, порождающий зрительное ощущение. Слуховые ощущения — результат воздействия на рецепторы звуковых волн с частотой колебаний от 16 до 20000 Гц. Тактильные ощущения вызываются действием механических раздражителей на поверхность кожи. Вибрационные, приобретающие особое значение для глухих, вызываются вибрацией предметов. Свои специфические раздражителя имеют и другие ощущения (температурные, обонятельные, вкусовые). Однако различные виды ощущений характеризуются не только специфичностью, но и общими для них свойствами. К таким свойствам относятся качество, интенсивность, продолжительность и пространственная локализация.

Изменчивость чувствительности анализаторов и ее причины

Качество — это основная особенность данного ощущения, отличающая его от других видов ощущений и варьирующая в пределах данного вида. Слуховые ощущения отличаются по высоте, тембру, громкости; зрительные — по насыщенности, цветовому тону и т.п. Качественное многообразие ощущений отражает бесконечное многообразие форм движения материи.

Интенсивность ощущения является его количественной характеристикой и определяется силой действующего раздражителя и функциональным состоянием рецептора.

Продолжительность ощущения есть его временная характеристика. Она также определяется функциональным состоянием органа чувств, но главным образом временем действия раздражителя и его интенсивностью. При воздействии раздражителя на орган чувств ощущение возникает не сразу, а спустя некоторое время, которое назвали латентным (скрытым) периодом ощущения. Латентный период для различных видов ощущений неодинаков: для тактильных ощущений, например, он составляет 130 миллисекунд, для болевых — 370 миллисекунд. Вкусовое ощущение возникает спустя 50 миллисекунд после нанесения химического раздражителя на поверхность языка.

Подобно тому, как ощущение не возникает одновременно с началом действия раздражителя, оно и не исчезает одновременно с прекращением его действия. Эта инерция ощущений проявляется в так называемом последействии.

Зрительное ощущение обладает некоторой инерцией и исчезает не сразу после того, как перестает действовать вызвавший его раздражитель. На инерции зрения, на сохранении зрительного впечатления в течении некоторого времени основан принцип кинематографа.

Подобное явление происходит и в других анализаторах. Например, слуховые, температурные, болевые и вкусовые ощущения также продолжаются некоторое время после действия раздражителя.

Для ощущений также характерна пространственная локализация раздражителя. Пространственный анализ, осуществляемый дистантными рецепторами, дает нам сведения о локализации раздражителя в пространстве. Контактные ощущения (тактильные, болевые, вкусовые) соотносятся той частью теля, на которую воздействует раздражитель. При этом локализация болевых ощущений бывает разлитой и менее точной, чем тактильных.

Различные органы чувств, дающие нам сведения о состоянии окружающего нас внешнего мира, могут отображать эти явления с большей или меньшей точностью. Чувствительность органа чувств определяется минимальным раздражителем, который в данных условиях оказывается способным вызвать ощущение. Минимальная сила раздражителя, вызывающая едва заметное ощущение, называется нижним абсолютным порогом чувствительности.

Раздражители меньшей силы, так называемые подпороговые, не вызывают возникновения ощущений, и сигналы о них не передаются в кору головного мозга. Кора в каждый отдельный момент из бесконечного количества импульсов воспринимает лишь жизненно актуальные, задерживая все остальные, в том числе импульсы от внутренних органов. Такое положение биологически целесообразно. Нельзя представить себе жизнь организма, у которого кора больших полушарий одинаково воспринимала бы все импульсы и обеспечивала на них реакции. Это привело бы организм к неминуемой гибели.

Нижний порог ощущений определяет уровень абсолютной чувствительности данного анализатора. Между абсолютной чувствительностью и величиной порога существует обратная зависимость: чем меньше величина порога, тем выше чувствительность данного анализатора.

Наши анализаторы обладают различной чувствительностью. Порог одной обонятельной клетки человека для соответствующих пахучих веществ не превышает 8 молекул. Чтобы вызвать вкусовое ощущение, требуется, по крайней мере, в 25 000 раз больше молекул, чем для создания обонятельного ощущения.

Очень высока чувствительность зрительного и слухового анализатора. Человеческий глаз, как показали опыты С.И. Вавилова, способен видеть свет при попадании на сетчатку всего 2 — 8 квантов лучистой энергии. Это значит, что мы способны были бы видеть в полной темноте горящую свечу на расстоянии до 27 километров. В то же время для того, чтобы мы ощутили прикосновение, необходимо в 100 — 10 000 000 раз больше энергии, чем при зрительных или слуховых ощущениях.

Абсолютная чувствительность анализатора ограничивается не только нижним, но и верхним порогом ощущения. Верхним абсолютным порогом чувствительности называется максимальная сила раздражителя, при которой ещё возникает адекватное действующему раздражителю ощущение. Дальнейшее увеличение силы раздражителей, действующих на наши рецепторы, вызывает в них лишь болевое ощущение (например, очень громкий звук, слепящая яркость).

Величина абсолютных порогов, как нижнего, так и верхнего, изменяется в зависимости от различных условий: характера деятельности и возрасти человека, функционального состояния рецептора, силы и длительности раздражения и т.п.

С помощью органов чувств мы можем не только констатировать наличие или отсутствие того или иного раздражителя, но и различать раздражители по их силе и качеству. Минимальное различие между двумя раздражителями, вызывающее едва заметное различие ощущений, называется порогом различения или разностным порогом.

Разностная чувствительность, или чувствительность к различению, также находится в обратной зависимости к величине порога различения: чем порог различения больше, тем меньше разностная чувствительность.

Ощущение возникает как реакция нервной системы на тот или иной раздражитель и имеет рефлекторный характер. Физиологической основой ощущения является нервный процесс, возникающий при действии раздражителя на адекватный ему анализатор.

Анализатор состоит из трех частей: 1) периферического отдела (рецептора), являющегося специальным трансформатором внешней энергии в нервный процесс; 2) афферентных (центростремительных) и эфферентных (центробежных) нервов — проводящих путей, соединяющих периферический отдел анализатора с центральным; 3) подкорковых и корковых отделов (мозговой конец) анализатора, где происходит переработка нервных импульсов, приходящих из периферических отделов.

Для возникновения ощущения необходима работа всего анализатора как целого. Воздействие раздражителя на рецептор вызывает появление раздражения. Начало этого раздражения выражается в превращении внешней энергии в нервный процесс, который производится рецептором. От рецептора этот процесс по центростремительному нерву достигает ядерной части анализатора. Когда возбуждение достигает корковых клеток анализатора, возникает ответ организма на раздражение. Мы ощущаем свет, звук, вкус или другие качества раздражителей.

Анализатор составляет исходную и важнейшую часть всего пути нервных процессов, или рефлекторной дуги. Рефлекторное кольцо состоит из рецептора, проводящих путей, центральной части и эффектора. Взаимосвязь элементов рефлекторного кольца обеспечивает основу ориентировки сложного организма в окружающем мире, деятельность организма в зависимости от условий его существования.

Процесс зрительного ощущения не только начинается в глазу, но и завершается в нем. То же самое характерно и для других анализаторов. Между рецептором и мозгом существует не только прямая (центростремительная), но и обратная (центробежная) связь. Принцип обратной связи, открытый И.М. Сеченовым, требует признания того, что орган чувств является попеременно рецептором и эффектором. Ощущение не есть результат центростремительного процесса, в его основе лежит полный и притом сложный рефлекторный акт, подчиняющийся в своем формировании и протекании общим законам рефлекторной деятельности.

Динамика процессов, происходящих в подобном рефлекторном кольце, есть своеобразное уподобление свойствам внешнего воздействия. Например, осязание является именно таким процессом, в котором движения рук повторяют очертания данного объекта, как бы уподобляясь его форме. Глаз действует по такому же принципу благодаря сочетанию деятельности своего оптического “прибора” с глазодвигательными реакциями. Движения голосовых связок также воспроизводят объективную звуковысотную природу. При выключении вокально-моторного звена в экспериментах неизбежно возникало явление своеобразной звуковысотной глухоты. Таким образом, благодаря сочетанию сенсорных и моторных компонентов сенсорный (анализаторный) аппарат воспроизводит объективные свойства воздействующих на рецептор раздражителей и уподобляется их природе.

Органы чувств представляют собой, по сути дела, фильтры энергии, через которые проходят соответствующие изменения среды.

Согласно одной из гипотез, которая мне наиболее близка, отбор информации в ощущениях происходит на основе критерия новизны. Действительно, в работе всех органов чувств наблюдается ориентировка на изменение раздражителей. При действии постоянного раздражителя чувствительность как бы притупляется и сигналы от рецепторов перестают поступать в центральный нервный аппарат. Так, ощущение прикосновения имеет тенденцию к угасанию. Оно может совершенно исчезнуть, если раздражитель вдруг перестанет двигаться по коже. Чувствительные нервные окончания сигнализируют мозгу о наличии раздражения только тогда, когда изменяется сила раздражения, даже если время, в течение которого он сильнее или слабее давит на кожу, очень непродолжительно.

Факты, свидетельствующие об угасании ориентировочной реакции на постоянный раздражитель, были получены в опытах Е.Н. Соколова. Нервная система тонко моделирует свойства внешних объектов, действующих на органы чувств, создавая их нервные модели. Эти модели выполняют функцию избирательно действующего фильтра. При несовпадении воздействующего на рецептор раздражителя в данный момент со сложившейся ранее нервной моделью появляются импульсы рассогласования, вызывающие ориентировочную реакцию. И наоборот, ориентировочная реакция угасает на тот раздражитель, который ранее применялся в опытах.

Чувствительность анализаторов, определяемая величиной абсолютных порогов, не постоянна и изменяется под влиянием ряда физиологических и психологических условий, среди которых особое место занимает явление адаптации.

Адаптация, или приспособление, — это изменение чувствительности органов чувств под влиянием действия раздражителя.

Можно различать три разновидности этого явления.

1. Адаптация как полное исчезновение ощущения в процессе продолжительного действия раздражителя. В случае действия постоянных раздражителей ощущение имеет тенденцию к угасанию. Например, легкий груз, покоящийся на коже, вскоре перестает ощущаться. Обычным фактом является и отчетливое исчезновение обонятельных ощущений вскоре после того, как мы попадаем в атмосферу с неприятным запахом. Интенсивность вкусового ощущения ослабевает, если соответствующее вещество в течение некоторого времени держать во рту и, наконец, ощущение может угаснуть совсем.

Полной адаптации зрительного анализатора при действии постоянного и неподвижного раздражителя не наступает. Это объясняется компенсацией неподвижности раздражителя за счет движений самого рецепторного аппарата. Постоянные произвольные и непроизвольные движения глаз обеспечивают непрерывность зрительного ощущения. Эксперименты, в которых искусственно создавались условия стабилизации1 изображения относительно сетчатки глаз, показали, что при этом зрительное ощущение исчезает спустя 2-3 секунды после его возникновения, т.е. наступает полная адаптация.

2. Адаптацией называют также другое явление, близкое к описанному, которое выражается в притуплении ощущения под влиянием действия сильного раздражителя. Например, при погружении руки в холодную воду интенсивность ощущения, вызываемого температурным раздражителем, снижается. Когда мы из полутемной комнаты попадаем в ярко освещенное пространство, то сначала бываем ослеплены и не способны различать вокруг какие-либо детали. Через некоторое время чувствительность зрительного анализатора резко снижается, и мы начинаем нормально видеть. Это понижение чувствительности глаза при интенсивном световом раздражении называют световой адаптацией.

Описанные два вида адаптации можно объединить термином негативная адаптация, поскольку в результате их снижается чувствительность анализаторов.

3. Адаптацией называют повышение чувствительности под влиянием действия слабого раздражителя. Этот вид адаптации, свойственный некоторым видам ощущений, можно определить как позитивную адаптацию.

В зрительном анализаторе это темновая адаптация, когда увеличивается чувствительность глаза под влиянием пребывания в темноте. Аналогичной формой слуховой адаптации является адаптация к тишине.

Адаптационное регулирование уровня чувствительности в зависимости от того, какие раздражители (слабые или сильные) воздействуют на рецепторы, имеет огромное биологическое значение. Адаптация помогает посредством органов чувств улавливать слабые раздражители и предохраняет органы чувств от чрезмерного раздражения в случае необычайно сильных воздействий.

Явление адаптации можно объяснить теми периферическими изменениями, которые происходят в функционировании рецептора при продолжительном воздействии на него раздражителя. Так, известно, что под влиянием света разлагается зрительный пурпур, находящийся в палочках сетчатки глаза. В темноте же, напротив, зрительный пурпур восстанавливается, что приводит к повышению чувствительности. Явление адаптации объясняется и процессами, протекающими в центральных отделах анализаторов. При длительном раздражении кора головного мозга отвечает внутренним охранительным торможением, снижающим чувствительность. Развитие торможения вызывает усиленное возбуждение других очагов, что способствует повышению чувствительности в новых условиях.

Интенсивность ощущений зависит не только от силы раздражителя и уровня адаптации рецептора, но и от раздражителей, воздействующих в данный момент на другие органы чувств. Изменение чувствительности анализатора под влиянием раздражения других органов чувств называется взаимодействием ощущений.

В литературе описаны многочисленные факты изменения чувствительности, вызванные взаимодействием ощущений. Так, чувствительность зрительного анализатора изменяется под влиянием слухового раздражения.

Слабые звуковые раздражители повышают цветовую чувствительность зрительного анализатора. В то же время наблюдается резкое ухудшение различительной чувствительности глаза, когда в качестве слухового раздражителя применяется, например, громкий шум авиационного мотора.

Зрительная чувствительность повышается также под влиянием некоторых обонятельных раздражении. Однако при резко выраженной отрицательной эмоциональной окраске запаха наблюдается снижение зрительной чувствительности. Аналогично этому при слабых световых раздражениях усиливаются слуховые ощущения, а воздействие интенсивных световых раздражителей ухудшает слуховую чувствительность. Известны факты повышения зрительной, слуховой, тактильной и обонятельной чувствительности под влиянием слабых болевых раздражений.

Изменение чувствительности какого-либо анализатора наблюдается и при подпороговом раздражении других анализаторов. Так, П.П. Лазаревым (1878-1942) были получены факты снижения зрительной чувствительности под влиянием облучения кожи ультрафиолетовыми лучами.

Таким образом, все наши анализаторные системы способны в большей или меньшей мере влиять друг на друга. При этом взаимодействие ощущений, как и адаптация, проявляется в двух противоположных процессах: повышении и понижении чувствительности. Общая закономерность здесь состоит в том, что слабые раздражители повышают, а сильные понижают чувствительность анализаторов при их взаимодействии.

Взаимодействие ощущений проявляется еще в одном роде явлений, называемом синестезией. Синестезия — это возникновение под влиянием раздражения одного анализатора ощущения, характерного для другого анализатора. Синестезия наблюдается в самых различных видах ощущений. Наиболее часто встречаются зрительно-слуховые синестезии, когда при воздействии звуковых раздражителей у субъекта возникают зрительные образы. У различных людей нет совпадения в этих синестезиях, однако, они довольно постоянны для каждого отдельного лица.

На явлении синестезии основано создание в последние годы цветомузыкальных аппаратов, превращающих звуковые образы в цветовые. Реже встречаются случаи возникновения слуховых ощущений при воздействии зрительных раздражении, вкусовых — в ответ на слуховые раздражители и т.п. Синестезией обладают далеко не все люди, хотя она довольно широко распространена. Явление синестезии — еще одно свидетельство постоянной взаимосвязи анализаторных систем человеческого организма, целостности чувственного отражения объективного мира.

Повышение чувствительности в результате взаимодействия анализаторов и упражнения называется сенсибилизацией.

Физиологическим механизмом взаимодействия ощущений являются процессы иррадиации и концентрации возбуждения в коре головного мозга, где представлены центральные отделы анализаторов. По И.П. Павлову, слабый раздражитель вызывает в коре больших полушарий процесс возбуждения, который легко иррадирует (распространяется). В результате иррадиации процесса возбуждения повышается чувствительность другого анализатора. При действии сильного раздражителя возникает процесс возбуждения, имеющий, наоборот, тенденцию к концентрации. По закону взаимной индукции это приводит к торможению в центральных отделах других анализаторов и снижению чувствительности последних.

Изменение чувствительности анализаторов может быть вызвано воздействием второсигнальных раздражителей. Так, получены факты изменения электрической чувствительности глаз и языка в ответ на предъявление испытуемым слов “кислый, как лимон”. Эти изменения были аналогичны тем, которые наблюдались при действительном раздражении языка лимонным соком.

Зная закономерности изменения чувствительности органов чувств, можно путем применения специальным образом подобранных побочных раздражителей сенсибилизировать тот или иной рецептор, т.е. повышать его чувствительность.

Сенсибилизация может быть достигнута и в результате упражнений.

Возможности тренировки органов чувств и их совершенствования очень велики. Можно выделить две сферы, определяющие повышение чувствительности органов чувств: 1) сенсибилизация, к которой стихийно приводит необходимость компенсации сенсорных дефектов (слепота, глухота) и 2) сенсибилизация, вызванная деятельностью, специфическими требованиями профессии субъекта.

Утрата зрения или слуха в известной мере компенсируется развитием других видов чувствительности.

чувствительность анализатор ощущение раздражитель

Заключение

Особый интерес представляет возникновение у человека чувствительности к раздражителям, по отношению к которым не существует адекватного рецептора. Такова, например, дистанционная чувствительность к препятствиям у слепых.

Явления сенсибилизации органов чувств наблюдаются у лиц, длительно занимающихся некоторыми специальными профессиями. Опытные летчики по слуху легко определяют количество оборотов двигателя. Они свободно отличают 1300 от 1340 оборотов в минуту. Нетренированные люди улавливают разницу только между 1300 и 1400 оборотами.

Все это — доказательство того, что наши ощущения развиваются под влиянием условий жизни и требований практической трудовой деятельности.

Несмотря на большое количество подобных фактов, проблема упражнения органов чувств изучена ещё недостаточно. Изучение её, позволит существенно расширить способности человека!

Литература:

1. Немов Р.С. Психология. В 3-х кн. Кн.1.Общие основы психологии.- М.: ВЛАДОС, 2000.

2. Общая психология. /Под редакцией А.В. Петровского. — М.: Просвещение, 1991

3. Основы психологии. Практикум/ Ред.-сост. Л.Д. Столяренко. Ростов н/Д, 1999.

4. Рубинштейн С.Л. Основы общей психологии. — в 2 т. — М., 1984.

5. Столяренко Л.Д. Основы психологии. — Ростов-на-Дону: Феникс, 1997.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

    Значение изучения анализаторов человека с точки зрения информационных технологий. Виды анализаторов человека, их характеристика. Физиология слухового анализатора как средства восприятия звуковой информации. Чувствительность слухового анализатора.

    реферат , добавлен 27.05.2014

    Структуры и механизмы интеграции боли. Особенности болевой чувствительности слизистой оболочки полости рта. Болевая чувствительность, нейрофизиологические механизмы восприятия боли. Болевая рецепция полости рта. Физиологические механизмы обезболивания.

    курсовая работа , добавлен 14.12.2014

    Причина возникновения возбуждения в рецепторе. Возникновение сложных психических актов на базе ощущений. Синтез и анализ афферентных импульсов клетками. Механизм аккомодации глаза и его чувствительность к восприятию света. Различие высоты и силы звука.

    лекция , добавлен 25.09.2013

    Принцип работы анализатора, его отделы. Проприоцептивная чувствительность, мышечные рецепторы. Вестибулярный и висцеральный анализаторы, интерорецепторы. Виды висцерорецепторов в системах организма. Тактильный, ноцицептивный и слуховой анализаторы.

    контрольная работа , добавлен 12.09.2009

    Нервная система как важнейшая интегрирующая функция организма. Участие нервной системы человека в процессе адекватного приспособления к окружающей среде. Нижний и верхний абсолютный порог чувствительности. Классификация нервных рецепторов и их функции.

    реферат , добавлен 23.02.2010

    Морфофункциональная организация зрительной системы: кожная рецепция, тактильная чувствительность и ее пространственные пороги. Проводящие пути соматосенсорной системы. Характеристика половых особенностей тактильной чувствительности студентов 2 курса.

    курсовая работа , добавлен 17.05.2015

    Теории образования временной связи условного рефлекса. Физиология кожной чувствительности человека. Стадии и механизм условного рефлекса. Афферентные раздражения кожно-кинестетического анализатора. Отношения между интенсивностью стимула и ответом.

    контрольная работа , добавлен 09.01.2015

    Биологическая роль вкусовых ощущений. Детальная характеристика вкусового анализатора. Этапы первичного преобразования химической энергии вкусовых веществ в энергию нервного возбуждения вкусовых рецепторов. Особенности адаптации вкусовой чувствительности.

    презентация , добавлен 28.04.2015

    Понятие, строение и функции сенсорной системы, кодирование информации. Структурно-функциональная организация анализаторов. Свойства и особенности рецепторного и генераторного потенциалов. Цветовое зрение, зрительные контрасты и последовательные образы.

    контрольная работа , добавлен 05.01.2015

    Адаптация и сенсибилизация, влияние факторов на вкусовые и обонятельные ощущения. Экспериментально вызванная сенсибилизация обоняния, индивидуальная восприимчивость запахов и вкусов. Физиотерапевтические и хирургические способы восстановления обоняния.

Окружающий мир, его красоту, звуки, цвета, запахи, температуру, размер и многое другое мы узнаем благодаря органам чувств. С помощью органов чувств человеческий организм получает в виде ощущений разнообразную информацию о состоянии внешней и внутренней среды.

ОЩУЩЕНИЕ является простым психическим процессом, который состоит в отражении отдельных свойств предметов и явлений окружающего мира, а также внутренних состояний организма при непосредственном действии раздражителей на соответствующие рецепторы.

На органы чувств действуют раздражители. Следует различать раздражители, адекватные для определенного органа чувств и неадекватные для него. Ощущение является первичным процессом, с которого начинается познание окружающего мира.

ОЩУЩЕНИЕ — познавательный психический процесс отражения в психике человека отдельных свойств и качеств предметов и явлений при их непосредственном воздействии на его органы чувств.

Роль ощущений в жизни и познании реальности очень важна, поскольку они составляют единственный источник наших знаний о внешнем мире и о нас самих.

Физиологическое основание ощущений. Ощущение возникает как реакция нервной системы на тот или иной раздражитель. Физиологической основой ощущения является нервный процесс, возникающий при действии раздражителя на адекватный ему анализатор.

Ощущение имеет рефлекторный характер; физиологически оно обеспечивает анализаторные система. Анализатор — нервный аппарат, осуществляющий функцию анализа и синтеза раздражителей, которые пришли с внешней и внутренней среды организма.

АНАЛИЗАТОРЫ — это органы человеческого тела, которые анализируют окружающую действительность и выделяют в ней те «или Другие разновидности психоэнергии.

Понятие анализатора ввел И.П. Павлов. Анализатор состоит из трех частей:

Периферийный отдел — рецептор, превращает определенный вид энергии в нервный процесс;

Афферентные (центростремительные) пути, передающие возбуждение, возникшее в рецепторе в расположенных выше центрах нервной системы, и эфферентные (центробежные), по которому импульсы из расположенных выше центров передаются в низших уровней;

Подкорковые и корковые проективные зоны, где происходит переработка нервных импульсов с периферийных отделов.

Анализатор составляет исходную и важнейшую часть всего пути нервных процессов, или рефлекторной дуги.

Рефлекторная дуга = анализатор + эффектор,

Эффектором является моторный орган (определенный мышца), в который поступает нервный импульс из центральной нервной системы (мозга). Взаимосвязь элементов рефлекторной дуги обеспечивает основу ориентировки сложного организма в окружающей среде, деятельность организма в зависимости от условий его существования.

Для возникновения ощущения необходима работа всего анализатора как целого. Действие раздражителя на рецептор вызывает появление раздражения.

Классификация и разновидности ощущений, Существуют различные классификации органов чувств и чувствительности организма к раздражителям, поступающих в анализаторов из внешнего мира или изнутри организма.

В зависимости от степени контакта органов чувств с раздражителями различают чувствительность контактную (касательная, вкусовая, болевая) и дистантного (зрительная, слуховая, обонятельная). Контактные рецепторы передают раздражение при непосредственном контакте с объектами, которые влияют на них; таковы осязательный, вкусовой рецепторы. Дистантные рецепторы реагируют на раздражение, * которое идет от удаленного объекта; дистантрецепторамы есть зрительные, слуховые, обонятельные.

Поскольку ощущения возникают в результате действия определенного раздражителя на соответствующий рецептор, то в классификации ощущений учитывают свойства и раздражителей, которые их вызывают, и рецепторов, на которые влияют эти раздражители.

За размещением рецепторов в организме — на поверхности, внутри организма, в мышцах и сухожилиях — выделяют ощущения:

Экстероцептивные, отражающие свойства предметов и явлений внешнего мира (зрительные, слуховые, обонятельные, вкусовые)

Интероцептивные, содержащие информацию о состоянии внутренних органов (чувство голода, жажды, усталости)

Проприоцептивные, отражающие движения органов тела и состояние тела (кинестетические и статические).

Согласно системе анализаторов существуют такие разновидности ощущений: зрительные, слуховые, осязательные, болевые, температурные, вкусовые, обонятельные, голода и жажды, половые, кинестетический и статические.

Каждый из этих разновидностей ощущение имеет свой орган (анализатор), свои закономерности возникновения и функции.

Подкласс проприоцепцию, что является чувствительностью к движению, называют также кинестезии, а соответствующие рецепторы — кинестезические, или кинестетические.

К самостоятельным ощущений относятся температурные, что является функцией особого температурного анализатора, осуществляющий терморегуляцию и теплообмен организма с окружающей средой.

Например, орган зрительных ощущений — глаз. Ухо — орган восприятия слуховых ощущений. Тактильная, температурная и болевая чувствительность — функция органов, расположенных в коже.

Тактильные ощущения дают знания о мере равенства и рельефности поверхности предметов, которую можно почувствовать во время их ощупывания.

Болевые ощущения сигнализируют о нарушении целостности ткани, что, конечно, вызывает у человека защитную реакцию.

Температурное ощущение — ощущение холода, тепла, его вызывает контакт с предметами, которые имеют температуру, выше или ниже, чем температура тела.

Промежуточное положение между тактильными и слуховыми ощущениями занимают вибрационные ощущения, сигнализирующие о вибрации предмета. Органа вибрационного чувства пока не найдено.

Обонятельные ощущения сигнализируют о состоянии годности продуктов к употреблению, о чистом или загрязненный воздух.

Орган вкусовых ощущении — специальные чувствительные к химическим раздражителям колбочки, расположенные на языке и небе.

Статические, или гравитационные ощущения отражают положение нашего тела в пространстве — лежание, стояние, сидение, равновесие, падения.

Кинестетические ощущения отражают движения и состояния отдельных частей тела — рук, ног, головы, корпуса.

Органические ощущения сигнализируют о такие состояния организма, как голод, жажда, самочувствие, усталость, боль.

Половые ощущения сигнализируют о потребность организма в сексуальной разрядке, обеспечивающие получение удовольствия вследствие раздражения так называемых эрогенных зон и секса в целом.

С точки зрения данных современной науки принят разделение ощущений на внешние (экстероцепторы) и внутренние (интероцепторы) недостаточен. Некоторые виды ощущений можно считать внешне внутренними. К ним относятся температурные, болевые, вкусовые, вибрационные, мышечно-суставные, половые и статико-ди и иамич н и.

Общие свойства ощущений. Ощущение — это форма отражения адекватных раздражителей. Однако различным видам ощущений присуща не только специфичность, но и общие для них свойства. К таким свойствам относятся качество, интенсивность, продолжительность и пространственная локализация.

Качество — это основная особенность определенного ощущения, что отличает его от других видов ощущений и варьирует в пределах данного вида. Так, слуховые ощущения отличаются по высоте, тембру, громкости; зрительные — по насыщенности, цветовому тону и тому подобное.

Интенсивность ощущений является его количественной характеристикой и определятся силой раздражителя и функциональным состоянием рецептора.

Продолжительность ощущения есть его временной характеристикой. ее также определяет функциональное состояние органа чувств, но главным образом время действия раздражителя и его интенсивность. Во время действия раздражителя на орган чувств ощущение возникает не сразу, а через некоторое время, которое называется латентного (скрытого) периода ощущения.

Общие закономерности ощущений. Общими закономерностями ощущений является пороги чувствительности, адаптация, взаимодействие, сенсибилизация, контрастность, синестезия.

Чувствительность. Чувствительность органа чувств определяется минимальным раздражителем, который в конкретных условиях становится способным вызвать ощущение. Минимальную силу раздражителя, вызывает едва заметное ощущение, называют нижним абсолютным порогом чувствительности.

Раздражители меньшей силы, так называемые подпороговые, не вызывают возникновения ощущений, и сигналы о них не передаются в кору головного мозга.

Нижний порог ощущений определяет уровень абсолютной чувствительности этого анализатора.

Абсолютная чувствительность анализатора ограничивается не только нижним, а н верхним порогом ощущения.

Верхним абсолютным порогом чувствительности называют максимальную силу раздражителя, при которой еще возникает адекватное по определенной раздражителя ощущения. Дальнейший рост силы раздражителей, действующих на наши рецепторы, вызывает в них лишь болевое ощущение (например, сверхгромкого звук, ослепительная яркость).

Разница чувствительности, или чувствительность к различению, также находится в обратной зависимости к величине порога различения: что порог различения больше, тем меньше разница чувствительности.

Адаптация. Чувствительность анализаторов, определяемая величина лбсолютних порогов, не является постоянной и изменяется под влиянием ряда физиологических и психологических условий, среди которых особое место занимает явление адаптации.

Адаптация, или приспособление — это изменение чувствительности органов чувств под влиянием действия раздражителя.

Различают три разновидности этого явления:

Адаптация как сплошное исчезновение ощущения в процессе продолжительного действия раздражителя.

Адаптация как притупление ощущения под воздействием сильного раздражителя. Описанные два вида адаптации можно объединить термином негативная адаптация, поскольку в ее результате снижается чувствительность анализаторов.

Адаптация как повышение чувствительности под влиянием действия слабого раздражителя. Этот вид адаптации, присущий некоторым видам ощущений, можно определить как положительную адаптацию.

Явление увеличения чувствительности анализатора к раздражителю под действием внимательности, направленности, установки называется сенсибилизации. Это явление органов чувств возможно не только в результате применения косвенных раздражителей, но и путем упражнения.

Взаимодействие ощущений — это изменение чувствительности одной анализаторнои системы под влиянием другой. Интенсивность ощущений зависит не только во силы раздражителя и уровня адаптации рецептора, но и от раздражений, которые влияют в этот момент на другие органы чувств. Изменение чувствительности анализатора под влиянием раздражения других органов чувств маг. название взаимодействия ощущений.

При этом взаимодействие ощущений, как и адаптации, окажутся в двух противоположных процессах: повышении и понижении чувствительности. Запильних закономерность здесь состоит в том, что слабые раздражители повышают, а сильные понижают чувствительность анализаторов пол их взаимодействием.

Изменение чувствительности анализаторов может вызвать действие лругосиг нальных раздражителей.

Если тщательно, внимательно всматриваться, вслушиваться, смаковать, то чувствительность к свойствам предметов и явлений становится более четкой, яркой — предметы и их свойства намного лучше различаются.

Контраст ощущений — это изменение интенсивности и качества ощущений под влиянием предшествующего или сопутствующего раздражителя.

При одновременной действия двух раздражителей возникает одновременный контраст. Такой контраст можно хорошо проследить в зрительных ощущениях. Одна ии ты сама фигура на черном фоне покажется светлее, на белом — темнее. Зеленый предмет на красном фоне воспринимается более насыщенным. Поэтому военные объекты часто маскируют, чтобы не возникал контраст. Сюда нужно отнести явление последовательного контраста. После холодного слабый теплый раздражитель покажется горячим. Ощущение кислого повышает чувствительность к сладкому.

Синестезия чувств — это возникновение пол излиянием раздражителя одного анализаторы нидчутгив. которые характерны для другого анализатора. В частности, во время действия звуковых раздражителей, таких, как самолеты, ракеты и т.п., у человека возникают их зрительные образы. Или тот, кто видит раненого человека, также определенным образом чувствует боль.

Деятельность анализаторов окажутся во взаимодействии. Такое взаимодействие не является изолированной. Доказано, что свет повышает слуховую чувствительность, а слабые звуки повышают зрительную чувствительность, холодное омовение головы повышает чувствительность к красному цвету и тому подобное.


Различают две основные формы изменения чувствительности анализатора — адаптацию и сенсибилизацию.

Адаптацией называют изменение чувствительности анализатора под влиянием его приспособления к действующему раздражителю. Она может быть направлена как на повышение, так и на понижение чувствительности. Так, например, уже через 30-40 минут пребывания в темноте чувствительность глаза повышается в 20 000 раз, а в дальнейшем и в 200 000 раз. Глаз приспосабливается (адаптируется) к темноте в течение 4-5 минут — частично, 40 минут — достаточно и 80 минут — полностью. Такую адаптацию, которая приводит к повышению чувствительности анализатора, называют позитивной.

Негативная адаптация сопровождается снижением чувствительности анализатора. Так, в случае действия постоянных раздражителей, они начинают ощущаться слабее и исчезают. Например, обычным фактом для нас является отчетливое исчезновение обонятельных ощущений вскоре после того, как мы попадаем в атмосферу с неприятным запахом. Интенсивность вкусового ощущения тоже ослабевает, если соответствующее вещество долго держать во рту. Близким к описанному является и явление притупления ощущения под влиянием сильного раздражителя. Например, если из темноты выйти на яркий свет, то после «ослепления» чувствительность глаза резко снижается и мы начинаем нормально видеть.

Явление адаптации объясняется действием как периферических так и центральных механизмов. При действии механизмов, регулирующих чувствительность на самих рецепторах, говорят о сенсорной адаптации. В случае более сложной стимуляции, которая хотя и улавливается рецепторами, но не столь важна для деятельности, вступают в действие механизмы центральной регуляции на уровне ретикулярной формации, которая блокирует передачу импульсов, чтобы они не «загромождали» сознание избыточной информацией. Эти механизмы лежат в основе адаптации по типу привыкания к раздражителям (габитуации).

Сенсибилизация — это повышение чувствительности к воздействию ряда раздражителей; физиологически объясняется повышением возбудимости коры головного мозга к определенным стимулам в результате упражнения или взаимодействия анализаторов. По И.П. Павлову, слабый раздражитель вызывает в коре больших полушарий процесс возбуждения, который легко распространяется (ир-

радиирует) по коре. В результате иррадиации процесса возбуждения повышается чувствительность других анализаторов. Напротив, при действии сильного раздражителя возникает процесс возбуждения, который имеет тенденцию к концентрации, и по закону взаимной индукции это приводит к торможению в центральных отделах других анализаторов и снижению их чувствительности. Например, при звучании тихого тона одинаковой интенсивности и при одновременном ритмичном воздействии света на глаз будет казаться, что тон также меняет свою интенсивность. Другим примером взаимодействия анализаторов может служить известный факт повышения зрительной чувствительности при слабом вкусовом ощущении кислого во рту. Зная закономерности изменения чувствительности органов чувств, можно путем применения специально подобранных побочных раздражителей сенсибилизировать тот или иной анализатор. Сенсибилизация может быть достигнута и в результате упражнений. Эти данные имеют важное практическое приложение, например, в случаях необходимости компенсации сенсорных дефектов (слепота, глухота) за счет других, сохранных анализаторов или при развитии звуковысотного слуха у детей, занимающихся музыкой.

Таким образом, интенсивность ощущений зависит не только от силы раздражителя и уровня адаптации рецептора, но и от раздражителей, действующих в данный момент на другие органы чувств. Изменение чувствительности анализатора под влиянием раздражения других органов чувств называется взаимодействием ощущений. Взаимодействие ощущений, как и адаптация, появляется в двух противоположных процессах: повышения и понижения чувствительности. Слабые раздражители, как правило, повышают, а сильные понижают чувствительность анализаторов.

Взаимодействие анализаторов проявляется и в так называемой синестезии. При синестезии ощущение возникает под влиянием раздражения, характерного для другого анализатора. Наиболее часто возникают зрительно-слуховые синестезии, когда под влиянием слуховых раздражителей возникают зрительные образы («цветной слух»). Этой способностью обладали многие композиторы — Н.А. Римский-Корсаков, А.П. Скрябин и др. Слухо-вкусовые и зрительно-вкусовые синестезии хотя и встречаются намного реже, но нас не удивляет употребление в речи выражений типа: «острый вкус», «сладкие звуки», «кричащий цвет» и другие.

Свойства ощущений

Свойства ощущений — это пороги.
Абсолютный порог ощущений — это та минимальная интенсивность, при которой сигнал начинает осознаваться субъектом. Для разных видов ощущений существуют свои пороги, иногда значительно отличающиеся друг от друга.
Относительный (дифференциальный) порог, выражаемый законом Вебера — Фехнера, показывает, какое минимальное приращение интенсивности необходимо для того, чтобы ощутить изменение сигнала. Естественно, что чем больше исходный уровень, тем больше и порог. При тихом звуке достаточно слегка прибавить громкость, чтобы все ощутили разницу. Если же раздается громкая музыка или слышится сильный шум за окном, то незначительное их усиление нами не улавливается.

Ведущие свойства ощущений — это также адаптация, сенсибилизация и синестезия.

Адаптация — это способность органов чувств приспосабливаться, привыкать к новому, или изменившему интенсивность, сигналу. Существуют, например, темновая и световая адаптация, адаптация к температуре или качеству поверхности. Некоторые из них мы довольно часто испытываем в повседневной жизни. Так, зайдя с солнечной улицы в темное помещение, мы в первый момент почти ничего не видим. Однако довольно быстро глаза привыкают (адаптируются) к полумраку, и мы начинаем различать окружающее, сначала смутно, а затем все более и более отчетливо. Точно так же, выйдя на яркий свет из темноты, мы в первый момент плохо различаем окружающее, а затем световая адаптация помогает нам увидеть предметы. Опуская руку в горячую воду, мы вначале чувствуем высокую температуру, однако постепенно рука привыкает и перестает ощущать воду как горячую (или чрезмерно Есть только два вида чувствительности, к которой не может привыкнуть живое существо — боль и слух. Это связано с биологической целесообразностью, так как, привыкая, например к боли, у живого существа снижается порог опасности и оно может погибнуть. Важно также и постоянно слышать звуки окружающего мира, так как (особенно на первых этапах филогенеза) опасность можно было точнее определить именно по звуку, сигнализирующему о ее приближении. У человека также речь (т.е. звук) содержит чрезвычайно важную для жизни информацию. К звуку можно постараться привыкнуть, не замечать его (как и боль), но стоит ослабить внимание — и звук или боль опять осознаются, в то время как воссоздать ощущения горячей воды или слепоты в темной комнате мы уже не сможем ни при каких условиях.

Сенсибилизация связана с повышением чувствительности, снижением ее порога. Это свойство возникает в связи с усилением мотивации или определенными условиями жизни, требованиями профессиональной деятельности. Так, при высокой заинтересованности мы можем услышать звуки, которых бы не услышали в обычной ситуации (например, вам хочется услышать тихую речь, зная, что разговор идет именно о вас). Музыканты различают обертоны в звуке, кажущемся непрофессионалам единым тоном. Точно так же художники видят разные оттенки в едином для других цвете. Повышению чувствительности способствуют и условия жизни, например северные народы выделяют несколько оттенков белого цвета (единого для остальных), так как от состояния снега зависит многое в их жизни.

Синестезия основана на совместной работе нескольких анализаторов. Так, мы можем связать цвет со звуком (например цветомузыка) или с температурными ощущениями (теплые или холодные тона) и т.д. Синестезия помогает компенсировать и недостатки деятельности какого-то анализатора, например плохо слышащие люди различают звуки по вибрации. В любом случае такое совместное ощущение более устойчиво и лучше сохраняется в памяти, чем обычное.


Адаптация и сенсибилизация органов чувств

Адаптация — приспособление к внешним условиям. Различают физиологическую адаптацию (адаптация анализаторов как изменение их чувствительности), социально-психологическую адаптацию при включении в новую группу, профессиональную адаптацию при включении в новые виды деятельности.

Аккомодация — приспособление глаз к четкому видению различно удаленных предметов, у человека происходит за счет изменения кривизны хрусталика.

Модальность — качественная характеристика ощущений и восприятий, указывающая на их принадлежность определенным органам чувств, например: зрительным, слуховым, тактильным и др.

Ориентировочная реакция — сложная реакция организма на новизну ситуации. Проявляется в повышении чувствительности анализаторов и мобилизации энергетических ресурсов организма.

Сенсорный — относящийся к органам чувств.

Сенсибилизация — повышение чувствительности анализатора под влиянием внутренних факторов.

Синестезия — взаимодействие ощущений разных модальностей (слух и зрение и др.).

Сенсорная адаптация имеет три формы:

  1. При длительном воздействии в некоторых модальностях пороги ощущений повышаются настолько, что ощущение исчезает. Такая сенсорная адаптация называется полной. Наиболее выражена она в тактильном, обонятельном и вкусовом анализаторах. Полная адаптация приводит к тому, что человек спустя определенное время перестает ощущать, например, давление на пле­чо ремня от висящей на нем сумки или «привыкает» к неприятным запахам в помещении. Это значит, что пороги ощущений в процессе сенсорной адаптации повышаются настолько, что данный постоянно действующий раздра­житель перестает вызывать ощущение.

  2. Притупление ощущений под влиянием сильных раздражений выражается в таком «привыкании» к яркому свету, сильному шуму, высокой температуре, что они перестают ощущаться как сильные. Такое снижение чувствительно­сти называется негативной адаптацией.

  3. Повышение чувствительности, или позитивная сенсорная адаптация, прояв­ляется, например, в обострении зрения после длительного пребывания в темноте или в обострении слуха в тишине. На изменение чувствительности влияет не только сила раздражителя, но и другие факторы, например интенсивность потребности. В голодном состоянии чувствительность к запахам пищи обостряется, что хорошо известно каждому из собственного опыта.

Восприятие, его виды и свойства

Восприятие (перцепция) — это познавательный психический процесс, состоящий в целостном отражении предметов, ситуаций и событий, возникающий при непо­средственном воздействии физических раздражителей на рецепторные поверх­ности органов чувств.

В результате деятельности восприятия (перцептивной деятельности, от лат. perceptio — восприятие) в субъективном пространстве формируется образ вос­приятия, или перцептивный образ объекта, ситуации или иного события, кото­рый обладает свойствами, отличными от свойств ощущений, на основе которых он строится. Таким образом, образ восприятия — не просто совокупность ощу­щений хотя бы потому, что сами ощущения в процессе построения этого образа могут претерпевать определенные, иногда существенные изменения. Образ вос­приятия, как и ощущение, является чувственным образом объекта, причем обра­зом, который возникает и существует при непосредственном, здесь-и-сейчас присутствии как субъекта, так и самого объекта. Обладая собственными меха­низмами, восприятие строит образ объекта или опознает его вместе с процесса­ми ощущения.

Сенсибилизация — виды, причины, адаптация

Сенсибилизация – это усиление чувствительности нервных центров под воздействием раздражителя. Повышение сенситивности может происходить в процессе ожидания значимого сигнала, приобретения опыта или в результате упражнений. Оно может быть обусловлено специфическими требованиями деятельности или возникать вследствие компенсации сенсорных дефектов. Примером сенсибилизации в первом случае может служить высокая восприимчивость глаза художника к пропорциональности форм и согласованности цветов и оттенков. Во втором – это обострение слуха и дистанционной чувствительности к препятствиям у незрячих людей.

Сенсибилизация, адаптация и синестезия непосредственно связаны с изменениями чувствительности анализаторов и относятся к качественным характеристикам ощущений.

Сенсибилизация ощущений

Сенсибилизация ощущений представляет собой возрастание чувствительности, которое происходит под влиянием следующих внутренних факторов:

  • Системная работа анализаторов и их взаимодействие. При низкой интенсивности ощущений одной модальности усиливаются ощущения другой модальности. Например, при незначительном охлаждении кожи появляется световая сенсибилизация;
  • Фармакологическое воздействие на организм. Введение различных веществ, таких как адреналин или фенамин, вызывает существенное обострение чувствительности рецепторов;
  • Психологическая установка. Ожидание какого-либо события, особенно значимого, способно настраивать на более четкое восприятие раздражителей. Так предстоящее посещение стоматолога может спровоцировать усиление зубной боли;
  • Приобретенный опыт. В процессе выполнения той или иной деятельности постепенно развиваются определенные сенсорные системы. В качестве примера сенсибилизации можно привести опытных дегустаторов, которые проводят сенсорный анализ по едва уловимым нюансам, или музыкантов, различающих на слух относительную длительность нот.

В результате сильного возбуждения одних анализаторов может происходить снижение чувствительности других. Десенсибилизация характерна, например, для работников промышленных цехов, так как высокий уровень шума несколько ухудшает зрение.

Компенсаторная сенсибилизация возникает при угнетении или отсутствии различных видов ощущений, когда этот недостаток возмещается за счет усиления восприимчивости других анализаторов. Например, в темноте улучшается слух.

Сенсибилизация и адаптация

Если сенсибилизация связана исключительно с повышением чувствительности в зависимости от психологических или физиологических факторов, то адаптация обусловлена окружающей средой и характеризуется как усилением, так и ослаблением ощущений. Адаптивные способности проявляются, например, при резкой смене уровня освещения – требуется какое-то время, чтобы глаза приспособились к темноте или яркому свету.

По степени выраженности ощущений различают 2 типа адаптации:

  • Анестезия. Возникает при продолжительном действии раздражителя, которое ведет к полному исчезновению ощущений. Например, в течение дня люди не ощущают прикосновений одежды или не обращают внимания на обручальное кольцо;
  • Притупление интенсивности чувств. Выражается в виде реакции на сильные раздражители. Это может быть привыкание к резкому запаху в медицинских учреждениях или в парфюмерном магазине.

Синтез адаптации и сенсибилизации осуществляется при структурировании неупорядоченных элементов. Живопись вблизи может выглядеть как хаотичные цветовые пятна, в которых со временем становится видна картина. В постоянном фоновом шуме также постепенно можно различить отдельные звуки. То есть, в процессе привыкания к интенсивному внешнему раздражителю появляется возможность его анализа, и направленность внимания на отдельные элементы способствует повышению восприимчивости к ним.

Сенсибилизация и синестезия

Сенсибилизация и синестезия – тесно связанные свойства ощущений. При синестетическом восприятии раздражение одного органа чувств сопровождается ощущениями, соответствующими другому органу. Наиболее распространенным примером сенсибилизации с изменением модальности является возникновение кислого вкуса при виде лимона. Также нередко появляются зрительные образы во время прослушивания музыки или чтения. С неврологической точки зрения этот феномен объясняется тем, что возбуждение нервных структур иррадиирует из одной модальности в другую, в результате чего образуется множество синестетических ощущений – «цветной» слух, «вкус» слов, «запах» цвета и другие варианты. Синестезия также считается основой метафорических оценок и переносов.

Сенсибилизация ощущений способна проявляться при сопоставлении различных раздражителей. Например, светлая фигура на черном фоне будет казаться белой. Участок серого цвета на зеленом фоне будет казаться красноватым, а на красном – наоборот, приобретет зеленый оттенок. Вертикальные линии кажутся более протяженными, чем горизонтальные, при объективно одинаковой длине. Контраст ощущений часто обыгрывают в рекламе, живописи, в дизайнах одежды и интерьера.

Исследования показывают, что сенсибилизация зависит также от следующих факторов:

  • Возраст. Нарастание восприимчивости рецепторов продолжается до 30 лет и впоследствии медленно снижается;
  • Тип нервной системы. К сенсибилизации больше предрасположены люди со слабой нервной системой, не обладающие выносливостью и устойчивостью.
  • Эндокринный баланс организма. При беременности наблюдается сенсибилизация обонятельных ощущений.

Временная сенсибилизация обусловлена тормозным состоянием коры головного мозга, возникающим при переутомлении.

Восприятие участвует в формировании поведения. Изменение чувствительности анализаторов и взаимосвязь ощущений обеспечивают получение и обработку информации об окружающем мире.

Нашли ошибку в тексте? Выделите ее и нажмите Ctrl + Enter.

Знаете ли вы, что:

Согласно исследованиям, женщины, выпивающие несколько стаканов пива или вина в неделю, имеют повышенный риск заболеть раком груди.

Кариес – это самое распространенное инфекционное заболевание в мире, соперничать с которым не может даже грипп.

Американские ученые провели опыты на мышах и пришли к выводу, что арбузный сок предотвращает развитие атеросклероза сосудов. Одна группа мышей пила обычную воду, а вторая – арбузный сок. В результате сосуды второй группы были свободны от холестериновых бляшек.

Ученые из Оксфордского университета провели ряд исследований, в ходе которых пришли к выводу, что вегетарианство может быть вредно для человеческого мозга, так как приводит к снижению его массы. Поэтому ученые рекомендуют не исключать полностью из своего рациона рыбу и мясо.

Если улыбаться всего два раза в день – можно понизить кровяное давление и снизить риск возникновения инфарктов и инсультов.

Человеческие кости крепче бетона в четыре раза.

Упав с осла, вы с большей вероятностью свернете себе шею, чем упав с лошади. Только не пытайтесь опровергнуть это утверждение.

Наши почки способны очистить за одну минуту три литра крови.

Вес человеческого мозга составляет около 2% от всей массы тела, однако потребляет он около 20% кислорода, поступающего в кровь. Этот факт делает человеческий мозг чрезвычайно восприимчивым к повреждениям, вызванным нехваткой кислорода.

В стремлении вытащить больного, доктора часто перегибают палку. Так, например, некий Чарльз Йенсен в период с 1954 по 1994 гг. пережил более 900 операций по удалению новообразований.

Раньше считалось, что зевота обогащает организм кислородом. Однако это мнение было опровергнуто. Ученые доказали, что зевая, человек охлаждает мозг и улучшает его работоспособность.

Первый вибратор изобрели в 19 веке. Работал он на паровом двигателе и предназначался для лечения женской истерии.

Стоматологи появились относительно недавно. Еще в 19 веке вырывать больные зубы входило в обязанности обычного парикмахера.

В нашем кишечнике рождаются, живут и умирают миллионы бактерий. Их можно увидеть только при сильном увеличении, но, если бы они собрались вместе, то поместились бы в обычной кофейной чашке.

Согласно мнению многих ученых, витаминные комплексы практически бесполезны для человека.

Синаптические механизмы адаптации и сенсибилизации в сетчатке

Депрессия и облегчение в синапсах биполярных клеток

Чтобы исследовать, как изменение временного контраста сигнализируется внутренней сетчатке, мы использовали два репортера синаптической активности: sypHy 16 для изображения синаптическая передача от популяции биполярных клеток и SyGCaMP2 (ссылки 17,18), чтобы отобразить пресинаптический переходный процесс кальция (Рис. 1a). Ступень света постоянной интенсивности приводила к изменению сигнала sypHy: клеммы ON становились ярче в ответ на скачок света, отражая ускорение слияния везикул, тогда как клеммы OFF становились тусклее, отражая замедление высвобождения везикул 16,19 (рис.1а). После 60 с адаптации интенсивность модулировалась примерно с таким же средним значением со 100% контрастом при 5 Гц. Была большая степень неоднородности в ответах популяции терминалей биполярных клеток (рис. 1а). Например, хотя большая часть терминалов была возбуждена повышенной дисперсией стимула, некоторые из них были подавлены (дополнительный рисунок 1 и дополнительный ролик 1).

Рисунок 1: Подавление и облегчение синаптических ответов на временной контраст.

( a ) Вверху, поле зрения, показывающее sypHy в синаптических окончаниях биполярных клеток и областях интереса (ROI), отмеченных разными цветами.Масштабная линейка соответствует 15 мкм. Внизу разностные изображения, показывающие изменение флуоресценции sypHy в ответ на скачок света и модуляцию интенсивности света с частотой 5 Гц (прямоугольная волна). Цветовая шкала справа показывает изменения флуоресценции для обоих разностных изображений (произвольные единицы). ( b ) Растровый график, показывающий относительное изменение флуоресценции для каждой области интереса, показанной на верхнем правом изображении в a . ( c , d ) Различные классы sypHy-реакции на постоянный свет и контраст в выключенных ( c ) и включенных ( d ) терминалах, различаются с помощью алгоритма кластеризации K-средних (5060 терминалов из 7 рыб) .Верхние кривые показывают средний сигнал sypHy в каждой группе вместе со сглаживанием, а нижний график показывает их преобразование в относительную скорость высвобождения везикул (см. Онлайн-методы). Стимул показан внизу. ( e ) Динамика усредненного отклика облегчающих терминалов на увеличение и уменьшение контраста ( n = 282 терминала, 3 рыбы), полученная путем кластеризации всех контрастно-реагирующих терминалов на два класса с использованием алгоритма K-средних (только облегчение показана группа).( f ) Пример реакции на увеличение и уменьшение контраста как в e . Период высокого контраста уменьшен до 15 с ( n = 73 терминала, 2 рыбы). Средняя интенсивность стимула составляла 5,5 × 10 5 фотонов мкм -2 с -1 на длине волны 590 нм. Все полосы погрешностей представляют собой s.e.m.

Хотя кинетика сигналов sypHy варьировалась от синапсов, алгоритм кластеризации, примененный к набору данных из 5090 терминалов от семи рыб, выявил четкие функциональные типы (рис.1б). Сначала клеммы ВКЛ и ВЫКЛ были разделены в соответствии с сигналом sypHy, вызванным постоянным светом. Количество клемм ВЫКЛ больше, чем ВКЛ, в соотношении 3: 1 (ссылка 20). Затем мы применили алгоритм K-средних для разделения клемм ON на четыре группы и клемм OFF на три (рис. 1c, d), при этом количество групп проверяется на основе показателя качества (онлайн-методы и дополнительный рис. . 1а). Затем динамику высвобождения везикул в каждой группе количественно оценивали как V exo , фракцию всех везикул в терминале, высвобождаемую в секунду (рис.1в).

Когда применялось ступенчатое увеличение контраста, самые сильные начальные ответы были вызваны в группе ВКЛ 1 и группе ВЫКЛ 1, после чего скорость высвобождения везикул снизилась до более низкой постоянной скорости в течение нескольких секунд ( n = 64 и 341 клеммы; рис. 1в, г). Следовательно, продукция этой популяции синаптических окончаний подавлена. Реакция терминалов в группе ON 2 и группе OFF 2 была качественно различной: увеличение контраста вызвало только небольшое начальное увеличение скорости высвобождения пузырьков, но в течение 1-2 с скорость начала увеличиваться и продолжала расти. поэтому более 60 с ( n = 95 и 318 клемм; рис.1в, г). При применении стимула с частотой 5 Гц эти стимулирующие терминалы были столь же распространены, как и депрессивные. Ответы группы 2 представляли собой специфическую сенсибилизацию к изменчивости стимула, потому что возвращение к постоянному свету сигнализировалось немедленным и значительным замедлением скорости высвобождения везикул. Наконец, группа 3 представляла устойчивый класс терминалов, которые не реагировали на быстрые модуляции интенсивности ( n, = 55 и 143 терминала; рис. 1c, d).

Синаптическая сенсибилизация сохранялась (рис.1д, е). При возврате к низкому контрасту скорость высвобождения везикул в терминалах группы 2 постепенно замедлялась до устойчивого состояния. 15-секундный период высокого контраста был достаточен для ускорения высвобождения пузырьков в ~ 3 раза по сравнению с устойчивым состоянием ( n = 73 терминала у 2 рыб; рис. 1f). Сенсибилизация к временному контрасту также наблюдалась на выходе сетчатки мыши, где средняя частота спайков некоторых RGC может увеличиваться в ~ 2 раза после 15-секундного воздействия высокого контраста 8 .Таким образом, сенсибилизация синапсов биполярных клеток происходит в условиях, аналогичных тем, которые вызывают сенсибилизацию в RGC. Таким образом, противоположные формы пластичности, адаптации и сенсибилизации уже очевидны в визуальном сигнале, который передается на внутреннюю сетчатку.

Континуум синаптических изменений

Отражают ли синапсы биполярных клеток, которые угнетают или облегчают в ответ на увеличение контраста, два различных подтипа? Или может индивидуальный синапс подвергаться любой форме пластичности в зависимости от стимула? Два наблюдения позволяют предположить, что последнее было правдой: полярность и амплитуда изменений усиления были распределены непрерывно (рис.2а), а синапсы, которые подавляются на одной частоте стимула, могут быть облегчены на другой.

Рисунок 2: Вариации контрастной адаптации в синапсах биполярных клеток.

( a ) Распределение индекса адаптации (AI) для ВЫКЛ клемм в группах 1 и 2 ( n = 653 клеммы, 7 рыб). На вставке поясняется, как измерялся индекс адаптации. Индекс адаптации меньше 1 представляет облегчение, а индекс больше 1 представляет депрессию (пунктирная линия).Обратите внимание на широкое и однофазное распределение индекса адаптации. ( b ) Средняя реакция терминалов с индексами адаптации 3–10 (депрессия, черный график) и 0–0,5 (облегчение, красный график). Средние отклики sypHy со сглаживающими припадками показаны выше, а преобразование в относительную скорость высвобождения показано ниже. В баре был применен стимул 100% контраста с частотой 5 Гц. Все полосы погрешностей представляют собой s.e.m.

Мы количественно оценили амплитуды зависимых от времени изменений синаптического усиления, используя индекс адаптации, рассчитанный как скорость высвобождения везикул сразу после изменения стимула, деленную на установившуюся скорость высвобождения, измеренную через 30 с.Таким образом, терминал с индексом адаптации больше 1 вызывает депрессию, тогда как терминал с индексом адаптации меньше 1 — облегчение. Распределение индексов адаптации по всем ВЫКЛЮЧЕННЫМ терминалам, отвечающим на стимул со 100% контрастом на частоте 5 Гц, не оказалось бимодальным ( n = 653 терминала от 7 рыб; рис. 2а), что указывает на то, что угнетающие и облегчающие синапсы отражают два части континуума.

В синапсах с индексом адаптации больше 3 за увеличением контраста сразу следовала сильная активация высвобождения везикул, которая подавлялась через ~ 10-15 с (рис.2б). Однако в синапсах с индексом адаптации менее 0,5 первоначальный ответ был едва заметен, и фасилитация продолжалась в течение 60-секундного периода наблюдения. Тем не менее, депрессия перевешивала облегчение через 30 с после увеличения контраста, так что средний индекс адаптации в популяции терминалей биполярных клеток составлял 1,32 ± 0,05 ( n = 244 терминала у 7 рыб).

Пластичность в ответ на изменения временных корреляций

RGC способны реагировать и адаптироваться не только к изменениям среднего или дисперсии стимула, но также к изменениям в статистике более высокого порядка, отражающей корреляции в пространстве и / или времени 21 .Чтобы проверить, могут ли биполярные клетки также ощущать изменения во временном паттерне стимула, мы увеличили частоту периодического стимула с 1 Гц до 5 Гц, сохранив при этом среднее значение и дисперсию постоянными. Отдельные биполярные ячейки отображают множество различных передаточных функций 20,22,23 , поэтому мы провели это сравнение с использованием терминалов с более сильным откликом на 5 Гц, чем на 1 Гц. В терминалах группы OFF 1 этот переход вызвал немедленный скачок скорости высвобождения пузырьков с последующей депрессией ( n = 66 терминалов у 2 рыб; рис.3а). Другими словами, синапсы биполярных клеток в адаптирующейся группе быстро сигнализировали об изменениях краткосрочных корреляций стимула, а также об изменениях его дисперсии.

Рисунок 3: Частотно-зависимая пластичность синаптической передачи от биполярных клеток.

( a ) Клеммы в группе ВЫКЛ 1 реагируют на изменение частоты. Стимул состоял из периода 5 Гц, за которым следовало возвращение к постоянному свету, затем периода 1 Гц и немедленного перехода к 5 Гц. Средний отклик sypHy со сглаживающими припадками показан выше, а преобразование в скорость высвобождения показано ниже (индекс адаптации> 1.5, n = 66 клемм, 2 рыбы). ( b ) Клеммы в группе ВЫКЛ 2 реагируют на изменение частоты (индекс адаптации <1, n = 35 клемм, 2 рыбы; см. Дополнительный рисунок 2). ( c ) Средний индекс адаптации как функция частоты стимула в выключенных терминалах, реагирующих на контраст ( n = 911 терминалов, 2 рыбы). Индекс адаптации измерялся при воздействии стимула при постоянном освещении, всегда при 100% контрасте. Таким образом, это не было «частотной адаптацией», поскольку изменялась и дисперсия, и частота стимула.( d ) Связь между индексом адаптации, измеренным в отдельных терминалах после увеличения контраста и после изменения частоты при постоянном контрасте ( n = 132 терминала, 2 рыбы). Контрастная адаптация измерялась при 5 Гц (первый стимул показан в a или b ). Частотную адаптацию измеряли от второго стимула с частотой 5 Гц, доставленного сразу после периода стимуляции с частотой 1 Гц. Каждая точка — это ответ от 23 терминалов. Линия показывает равенство.Все полосы погрешностей представляют собой s.e.m.

Эффекты изменения частоты стимула были качественно разными в терминалах в группе OFF 2: они усиливались при 5 Гц, но становились угнетающими при 1 Гц ( n = 35 терминалов у 2 рыб; рис. 3b и дополнительный рис. 2). Таким образом, депрессия или фасилитация могут возникать в одном и том же терминале, в зависимости от временных корреляций в стимуле. Этот эффект систематически исследовался путем измерения зависимости между индексом адаптации и частотой стимула, подаваемого при постоянном освещении, всегда с постоянным контрастом (100%).Депрессия преобладала на частотах ниже ~ 5 Гц, тогда как на более высоких частотах наблюдался прогрессивный сдвиг в сторону облегчения ( n = 911 терминалов, 2 рыбы; рис. 3c). Кроме того, в отдельных терминалах наблюдалась сильная корреляция между индексом адаптации, измеренным после изменения контраста, и индексом, измеренным после изменения частоты, когда контраст оставался постоянным (рис. 3d).

В совокупности результаты (рис. 1, 2, 3) показывают, что визуальный сигнал, передаваемый от биполярных клеток, может кодировать изменения как в дисперсии, так и во временном паттерне стимула, и изменения любого из этих свойств стимула могут сопровождаться адаптация в одних терминалах и сенсибилизация в других.Пластичность передачи сигнала от биполярных клеток может иметь общую роль в изменении отношения ввода-вывода в цепи сетчатки.

Адаптация по отношению к пресинаптическому кальциевому сигналу

Каковы механизмы, лежащие в основе депрессии и облегчения передачи от биполярных клеток? Кратковременные изменения силы синаптических связей часто связаны с относительно медленными изменениями концентрации кальция в пресинаптическом окончании 24 .Чтобы выяснить, происходят ли такие изменения в синапсах биполярных клеток, мы провели in vivo и измерений пресинаптического кальция с использованием SyGCaMP2 (ссылка 18). SypHy и SyGCaMP2 нельзя использовать одновременно, так как оба флуоресцируют зеленым светом, поэтому мы провели отдельные измерения для всех переходных выключенных терминалов, реагирующих на контраст; эту широкую популяцию можно было четко идентифицировать по функциям с использованием любого репортера.

При 1 Гц большинство терминалов биполярных ячеек адаптировались хорошо (средний индекс адаптации = 1.9 ± 0,1 с постоянной времени 2,9 ± 0,1 с, n = 307 клемм от 4 рыб; Рис. 4а). Уменьшение скорости высвобождения отражало процесс после притока кальция, поскольку средняя амплитуда пресинаптического сигнала кальция не изменялась за период развития синаптической депрессии ( n = 295 терминалов у 5 рыб; рис. 4a). Этот процесс, вероятно, будет зависимым от активности истощением быстро высвобождаемого пула пузырьков 25,26,27,28 .

Рис. 4. Пресинаптические кальциевые сигналы, связанные с депрессией и облегчением.

( a ) Средняя относительная скорость выброса (верхняя кривая, n = 309 клемм, 4 рыбы) и сигнал SyGCaMP2 (средний, n = 295 клемм, 5 рыбок) в двух отдельных сериях измерений в ВЫКЛЮЧЕННЫХ клеммах реагирует на контраст. Частота стимула 1 Гц была выбрана так, чтобы вызвать преобладание депрессии. Обратите внимание, что сигнал SyGCaMP2 устойчив во временной шкале, в течение которой синапсы подавляются. ( b ) Стимуляция с частотой 5 Гц выбрана таким образом, чтобы соотношение между подавляющими и способствующими синапсами составляло примерно 1: 1 (рис.1). Средняя относительная скорость высвобождения ( n = 659 терминалов, 7 рыб) и сигнал SyGCaMP2 ( n = 170 терминалов, 5 рыб) в выключенных терминалах, реагирующих на контраст. Обратите внимание на постепенное увеличение пресинаптического кальция в масштабе времени, которому способствует высвобождение везикул. ( c ) Средние относительные скорости высвобождения терминалов ВЫКЛ в слоях 1, 2, 5 и 6, отвечающих на стимул с частотой 5 Гц. Терминалы, нечувствительные к контрасту (группа 3), не включались. Облегчающие выключенные терминалы были обнаружены преимущественно в слоях 1 и 2.( d ) Средний сигнал SyGCaMP2 в терминалах ВЫКЛ в слоях 1, 2, 5 и 6, отвечающих на стимул с частотой 5 Гц. Обратите внимание, что в слоях 5 и 6 пресинаптические уровни кальция были стабильными, и преобладающим ответом была депрессия, тогда как в слоях 1 и 2 наблюдалось постепенное повышение пресинаптического кальция и большая доля терминалей, вызывающих облегчающую реакцию. указать сем

Для сравнения сигналов sypHy и SyGCaMP2 в условиях преобладания фасилитации мы модулировали стимул с частотой 5 Гц, а не 1 Гц ( n = 659 терминалов от 7 рыб; рис.4б). Пресинаптический кальциевый сигнал заметно изменился: начальная амплитуда уменьшилась на ~ 70%, но затем постепенно увеличивалась с облегчением зеркального отражения во времени ( n = 170 терминалов от 5 рыб). Увеличение концентрации кальция, связанное с облегчением, началось в течение 1 секунды после увеличения контраста (рис. 4b).

Мы дополнительно изучили взаимосвязь между степенью фасилитации и пресинаптическим кальциевым сигналом, разбив ответы переходных выключенных терминалов в соответствии со слоем внутреннего плексиформного слоя (IPL), в котором произошла передача.Высвобождение в слоях 1 и 2 демонстрирует стимулирующий компонент для стимула с частотой 5 Гц (рис. 4c) и постепенное повышение пресинаптического кальция (рис. 4d). Напротив, выключенные терминалы в слоях 5 и 6 не отображали эту вторую фазу сенсибилизации, а средний пресинаптический кальциевый сигнал не демонстрировал вторичного повышения. Эти результаты подтверждают идею о том, что сенсибилизация синапсов биполярных клеток отражает увеличение притока кальция.

Облегчение и подавление обратной связи от амакриновых клеток

Синаптический выход биполярных клеток регулируется обратной связью от ГАМКергических амакриновых клеток 29 .Может ли сенсибилизация биполярных клеток быть результатом уменьшения этих тормозных сигналов? Чтобы проверить эту модель растормаживания, мы измерили синаптическую активность во всех классах амакриновых клеток с использованием трансгенных рыбок данио, у которых SyGCaMP3 был помещен под контроль промотора ptf1a (рис. 5a) 30 . Ступень света или увеличение контраста вызывали отчетливые ответы противоположной полярности в идентифицируемых точках, представляющих отдельные синапсы или небольшие группы синапсов (рис.5а, б). Увеличение временного контраста, применяемое с частотой 5 Гц, сильно стимулировало синапсы амакриновых клеток, но этот ответ постепенно снижался в течение десятков секунд (индекс адаптации = 1,65 ± 0,20, n = 474 терминала, отвечающих на контраст, 5 рыб; рис. 5c). Таким образом, контрастная адаптация в продукции амакриновых клеток напоминала временную шкалу облегчения в синапсах биполярных клеток ( n = 370 угнетающих точек, 5 рыб; рис. 5d). Более того, хотя ступенчатое увеличение контраста вызвало адаптационный ответ в 370 из 474 синапсов амакринных клеток (78%), только 2% продемонстрировали облегчение, что представлено индексом адаптации существенно меньше 1.Таким образом, сенсибилизация к стимулу, приложенному с частотой 5 Гц, была почти исключительно свойством возбуждающей передачи в IPL, тогда как тормозные синапсы адаптировались.

Рис. 5. Стратификация синапсов амакриновых клеток, реагирующих на контраст.

( a ) Вверху, поле обзора, показывающее SyGCaMP3 в синапсах амакриновых клеток и области интереса через точку, отмеченную разными цветами. Масштабная линейка соответствует 15 мкм. Внизу разностные изображения, показывающие изменение флуоресценции SyGCaMP3 в ответ на изменение освещенности (слева) и контрастности (справа).Цветовая шкала справа показывает изменения флуоресценции (условные единицы). ( b ) Растровый график, показывающий относительное изменение флуоресценции для каждой области интереса, показанной на нижнем левом изображении в a . ( c ) Средние ответы включенных (зеленый) и выключенных (красный) синапсов амакриновых клеток на шаг света и контраста ( n = 158 и 175 терминалов от 5 рыб). ( d ) Справа, средний ответ SyGCaMP3 в ВКЛ (зеленый) и ВЫКЛ (красный) амакриновых клетках в слоях 1, 2, 5 и 6.Слева динамика кальция в тех же слоях (рис. 4г). ( e ) Отношение подавления к облегчению терминалей биполярных клеток (измерено с помощью sypHy) как функция амплитуды начальной реакции на контраст в амакриновых клетках. Каждая точка представляет собой усредненные ответы на одном уровне IPL, рассчитанные для 1447 терминалов от пяти рыб. Данные представлены линией (наклон = -5,5 ± 1,95). ( f ) Амакриновые клетки меньше адаптировались и имели меньшие начальные ответы на более низкой временной частоте (1 Гц, черный, n = 64 терминала от 2 рыб), чем на высокой частоте (5 Гц, красный, n = 230 терминалов. от 5 рыб).Данные представляют ответы от уровня 2. Заштрихованные серым цветом области указывают s.e.m.

Баланс между адаптацией и сенсибилизацией в выходе из биполярных клеток варьировал между разными слоями IPL (рис. 4), и модель растормаживания предсказывает, что активность синапсов амакринных клеток также будет зависеть от местоположения. Когда применялось ступенчатое увеличение контраста, начальный отклик в слоях 1 и 2 был в ~ 3 раза больше, чем у синапсов в слоях 5 и 6 (рис. 5d). Мы оценили это поведение более систематически, построив график отношения депрессии к облегчению терминалей биполярных клеток в каждом слое IPL против начальной степени активации синапсов амакринных клеток в том же слое (рис.5д). Доля терминалей биполярных клеток, демонстрирующих облегчение, коррелировала с более сильной активацией синапсов амакриновых клеток (коэффициент корреляции = -0,82, P <0,05, n = 6 слоев).

Баланс между депрессией и облегчением в терминалях биполярных клеток зависел от частоты стимула (рис. 3c). Если этот сдвиг между противоположными формами пластичности определяется отрицательной обратной связью от амакриновых клеток, то эти тормозящие сигналы также должны зависеть от частоты стимула.Это предсказание модели растормаживания также подтвердилось. Средние сигналы SyGCaMP3 в амакринных клетках, отвечающих на стимул с частотой 1 Гц из слоя 2 IPL, были небольшими и не менялись в течение нескольких десятков секунд ( n = 51 терминал, 2 рыбы; рис. 5f), но 5 Стимул -Гц генерировал более сильный начальный кальциевый сигнал, который затем подавлялся ( n = 230 терминалов, 5 рыб).

Пространственные и временные корреляции между синаптической активностью биполярных и амакриновых клеток подтверждают модель растормаживания (рис.5). Для дальнейшей проверки мы использовали две разные экспериментальные манипуляции. Во-первых, мы заблокировали рецепторы GABA A либо путем инъекции пикротоксина непосредственно в глаз (рис. 6a), либо путем купания всей рыбы в 100 мкМ пикротоксина (рис. 6b). В обоих случаях пикротоксин вызывал большую начальную реакцию на ступенчатое увеличение контраста и блокировал фасилитацию (средний индекс адаптации увеличился с 1,05 ± 0,12 до 1,41 ± 0,12, P <0,001, sd = 1,17 и 1,38, критерий суммы рангов Вилкоксона , двусторонний, n = 95 и 85 ВЫКЛ, 3 рыбы).Во-вторых, мы подавляли активность амакриновых клеток, применяя трикаин, блокатор потенциал-управляемых натриевых каналов (рис. 6c). Этот препарат предпочтительнее тетродотоксина, поскольку он очень быстро проникает в личинки и не требует инъекций. Трикаин также блокировал стимулирующий компонент ответа на стимул с частотой 5 Гц (индекс адаптации изменился с 1,12 ± 0,09 до 1,76 ± 0,10; P <0,001, sd = 0,98 и 0,86, критерий суммы рангов Вилкоксона, двусторонний, n = 88 и 64 клеммы ВЫКЛ, 5 рыб).Мы пришли к выводу, что адаптация и сенсибилизация в визуальном сигнале, передаваемом от биполярных клеток, отражают различия в величине и динамике подавления обратной связи от амакриновых клеток. Кроме того, свойства этих тормозных цепей различаются между разными уровнями IPL.

Рис. 6. Фармакологические манипуляции с подавляющим входом в биполярные клетки устраняют облегчение.

( a , b ) Динамика скорости высвобождения терминалов OFF из слоев 1 и 2 в контрольных условиях и в присутствии пикротоксина.Пикротоксин растворяли в насыщенном кислородом растворе Эймса и вводили в глаз ( a , n = 94 и 86 конечностей, 3 рыбы) или добавляли в раствор ванны ( b , n = 380 и 135 конечностей, 3 рыбы). ( c ) Динамика скорости высвобождения терминалов из слоев 1 и 2 в контрольных условиях и после нанесения 0,016% трикаина на раствор ванны ( n = 88 и 64 терминала, 5 рыб). Обратите внимание, что масштаб оси y в b больше, чем в a и c , и поэтому упрощение не так очевидно.Серые заштрихованные области обозначают s.e.m.

Адаптация и сенсибилизация в RGC

Насколько разные формы пластичности, наблюдаемые в биполярных клетках, отражаются на активности ганглиозных клеток? Чтобы исследовать этот вопрос, мы получили трансгенных рыб, экспрессирующих GCaMP3.5 под контролем промотора eno2 (рис. 7a, b). Сигналы кальция могли быть обнаружены в процессах через все слои IPL у этих рыб, но плотность маркировки не позволяла надежно изолировать сигналы от отдельных нейронов.Поэтому мы проанализировали динамику кальция на основе вокселей за вокселями (Рис. 7c), подход, который недавно был использован для оценки синаптической передачи в тектуме зрительного нерва 31 .

Рис. 7: Подавление и облегчение ответов нейронов, постсинаптических по отношению к биполярным клеткам.

( a ) Пример сетчатки глаза рыб, экспрессирующей GCaMP3 под контролем промотора eno2 . Масштабная линейка представляет 50 мкм. ( b ) Поле зрения в типичном эксперименте (вверху слева) и реакции на увеличение освещенности (вверху справа), увеличение контраста (внизу слева) и уменьшение света (внизу справа).Каждая точка на верхнем левом изображении, вероятно, представляет собой отсек с высокой концентрацией кальциевых каналов. Масштабная линейка соответствует 15 мкм. ( c ) Динамика каждого воксела из b была сгруппирована в три класса (7,552 вокселей из 1 поля зрения). Первоначально ответы не были разделены на ВКЛ и ВЫКЛ, так как большинство ганглиозных клеток у личинок рыбок данио находятся в состоянии ВКЛ-ВЫКЛ 32 . Обратите внимание, что шкала времени этого эксперимента короче, чем показано на рис. 1c, d.

Метод кластеризации ответов в дендритах ганглиозных клеток был таким же, как и метод, применявшийся к синаптической активности в биполярных клетках, за исключением того, что мы не начали с разделения сигналов ВКЛ и ВЫКЛ, потому что ганглиозные клетки рыбок данио преимущественно ВКЛЮЧЕНЫ-ВЫКЛЮЧЕНЫ 32 .Возникшие функциональные группы были аналогичны группам, наблюдаемым в терминалах биполярных клеток: группа 1 сначала сильно ответила на увеличение контраста, а затем адаптировалась, группа 2 ответила слабо, но затем стала сенсибилизированной, а группа 3 не показала четкой модуляции кальция после изменение контраста. Следовательно, адаптация и сенсибилизация визуального сигнала, передаваемого на IPL, также были очевидны в дендритах RGC.

Частичная сегрегация подавляющих и облегчающих синапсов

Биполярные клетки передают визуальный сигнал через шесть слоев IPL 33 (рис.8), и долгое время считалось, что эта ламинарная организация отражает разделение сигналов, передаваемых через несколько каналов параллельной обработки 34 . Эту идею трудно систематически исследовать с помощью электрофизиологии, но визуализация репортеров в синапсах и дендритах обеспечивает новый подход к исследованию функциональной анатомии IPL.

Рис. 8. Стратификация различных групп терминалей биполярных клеток во внутренней сетчатке.

( a ) Вид IPL с терминалами биполярных клеток, экспрессирующих sypHy (рис.1а). Глубину терминала в IPL измеряли со стороны фоторецептора, и можно было распознать шесть слоев 43 . ( b , e ) Распределение ВЫКЛ ( b ) и ВКЛ ( e ) терминалов в зависимости от глубины ( n = 824 и 255 терминалов, 7 рыб). ( c , f ) Распределение выключенных ( c ) и включенных ( f ) терминалов в зависимости от уровня. Самые высокие плотности были в слоях 1, 2, 5 и 6 для клемм ВЫКЛ и 3, 4 и 5 для клемм ВКЛ.( d , g ) Отношение депрессии к облегчению терминалов OFF ( d ) и ON ( g ) рассчитывается для каждого слоя из реакции на стимул 5 Гц, измеренной с помощью sypHy. ( h ) Пространственное распределение терминалов биполярных клеток, реагирующих на контраст (красные, переходные, группы 1 и 2, n = 514 терминалей, 7 рыб) и нечувствительных к контрасту (синие, устойчивые, группа 3, n = 198 терминал, 7 рыб), по оценке для рыб Ribeye-sypHy рыб.Обратите внимание на высокую степень совпадения (коэффициент корреляции = 0,62). ( i ) Пространственное распределение временных и устойчивых ( n = 191 и 131 терминал, 4 рыбы) ответов в дендритах ганглиозных клеток и амакринных клеток, по оценке на eno2-SyGCaMP3 рыб. Обратите внимание на четкую сегрегацию (коэффициент корреляции = -0,51). Пунктирными линиями обозначены границы между слоями.

Мы исследовали распределение выключенных и включенных клемм в зависимости от глубины IPL (рис.8б, д) и слоя (рис. 8в, е) ( n = 824 и 255 терминалов, 7 рыб). В отличие от находок у других позвоночных, сигналы выключения и включения не ограничивались субпластинчатыми оболочками a и b. Например, большое количество ВЫКЛ терминалов наблюдалось в слоях 5 и 6, а также в слоях 1 и 2 (рис. 8c). Сосуществование терминалов, передающих сигналы включения и выключения через большую часть IPL, может быть одним из механизмов, который способствует преобладанию смешанных ганглиозных клеток ON-OFF у рыбок данио 32 .

Разделение подавляющих и облегчающих входов в IPL также было частичным, изменяясь в ∼2–3 раза как для выключенных, так и для включенных каналов ( n варьируется от 64 до 341 терминала, 7 рыб; Рис. 8d, g ). В результате ответы, усредненные по отдельным слоям IPL, содержали как угнетающие, так и облегчающие компоненты (рис. 4c). Отсутствие какой-либо строгой пространственной сегрегации между подавляющими и способствующими синапсами неудивительно, учитывая доказательства того, что ответы могут переключаться между этими двумя формами пластичности в зависимости от частоты стимула (рис.3в). Тем не менее, преобладание синапсов группы 2 в слоях 1 и 2 было достаточным, чтобы вызвать средний сигнал, который биполярные клетки OFF передали этим слоям для облегчения после увеличения контраста, тогда как преобладание синапсов группы 1 в слое 5 привело к преобладанию депрессии. (Рис. 4c). Подавляющие и облегчающие ответы в дендритах постсинаптических ганглиозных клеток также были частично сегрегированы, как наблюдалось у рыб eno2 GCaMP3.5 (данные не показаны).

Более четкое разделение сигналов в IPL было выявлено, когда мы сравнили распределение единиц, классифицируемых как временные (группы 1 и 2) и устойчивые (группа 3). Эти сигналы перекрывались на входе на протяжении всей IPL, как оценивалось с использованием SyGCaMP2 в биполярных клетках (коэффициент корреляции Пирсона = 0,62; n = 34 значения глубины, 514 переходных и 198 устойчивых окончаний, 7 рыб; рис. 8h). Но в дендритах ганглиозных клеток, обеспечивающих выходной сигнал, временные и устойчивые сигналы были сильно разделены, как оценивается в eno2 GCaMP3.5 рыб (коэффициент корреляции Пирсона = -0,51, n = 34 значения глубины, 191 переходная и 131 устойчивая точка, 4 рыбы; рис. 8i). Субламина а и b каждый содержал один слой, в котором RGC генерировали устойчивые ответы, и один, в котором ответы были временными. Похоже, что микросхемы в IPL действуют, чтобы подавить передачу переходных входов на одних уровнях и устойчивых входов на других.

Контрастная адаптация и сенсибилизация по функциональным путям в ганглиозных клетках сетчатки мыши

  • Альбрехт Д.Г., Фаррар С.Б., Гамильтон Д.Б. (1984) Характеристики адаптации нейронов к пространственному контрасту, зарегистрированные в зрительной коре кошек.J Physiol 347: 713–739. https://doi.org/10.1113/jphysiol.1984.sp015092

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • Appleby TR, Manookin MB (2019) Нейронная сенсибилизация улучшает точность кодирования в сетчатке приматов. Nat Commun 10: 1–15. https://doi.org/10.1038/s41467-019-11734-4

    CAS Статья Google Scholar

  • Baccus SA, Meister M (2002) Быстрая и медленная адаптация контраста в схемах сетчатки.Нейрон 36: 909–919. https://doi.org/10.1016/S0896-6273(02)01050-4

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • Барлоу HB (1961) Возможные принципы, лежащие в основе преобразования сенсорных сообщений. В: Розенблит WA (ред) Сенсорная коммуникация. MIT Press, Кембридж, стр. 217–234

    Google Scholar

  • Баден Т., Шуберт Т., Чанг Л. и др. (2013) История двух областей сетчатки: почти оптимальная выборка ахроматических контрастов в естественных сценах за счет асимметричного распределения фоторецепторов.Нейрон 80: 1206–1217. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2013.09.030

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • Берри М.Дж., Уорланд Д.К., Мейстер М. (1997) Структура и точность поездов спайков на сетчатке. Proc Natl Acad Sci 94: 5411–5416. https://doi.org/10.1073/pnas.94.10.5411

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • Brown SP, Masland RH (2001) Пространственный масштаб и клеточный субстрат контрастной адаптации ганглиозными клетками сетчатки.Nat Neurosci 4: 44–51. https://doi.org/10.1038/82888

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • Chichilnisky EJ (2001) Простой анализ белого шума световых ответов нейронов. NetwComput Neural Syst 12: 199–213

    CAS Статья Google Scholar

  • Demb JB (2008) Функциональная схема зрительной адаптации в сетчатке. J. Physiol. 586: 4377–4384.https://doi.org/10.1113/jphysiol.2008.156638

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • Demb JB, Singer JH (2015) Функциональная схема сетчатки. Анну Преподобный Vis Sci 1: 263–289. https://doi.org/10.1146/annurev-vision-082114-035334

    Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • Dragoi V, Sharma J, Miller EK, Sur M (2002) Динамика нейрональной чувствительности в зрительной коре и различение локальных особенностей.Nat Neurosci 5: 883–891. https://doi.org/10.1038/nn900

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • Durant S, Clifford CW, Crowder NA, Price NS, Ibbotson MR (2007) Характеризация контрастной адаптации в популяции первичных зрительных корковых нейронов кошек с использованием информации Фишера. J Opt Soc Am A 24: 1529–1537. https://doi.org/10.1364/JOSAA.24.001529

    Статья Google Scholar

  • Gaudry KS, Reinagel P (2007) Преимущества нормализации контраста, продемонстрированные в нейронах и модельных клетках.J Neurosci 27: 8071–8079. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1093-07.2007

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • Хосоя Т., Баккус С.А., Мейстер М. (2005) Динамическое прогнозирующее кодирование сетчаткой. Природа 436: 71–77. https://doi.org/10.1038/nature03689

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • Jin X, Chen AH, Gong HQ, Liang PJ (2005) Изменения скорости передачи информации ганглиозными клетками сетчатки во время контрастной адаптации.Brain Res 1055: 156–164. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2005.07.006

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • Kastner DB, Baccus SA (2011) Скоординированное динамическое кодирование в сетчатке с использованием противоположных форм пластичности. Nat Neurosci 14: 1317–1322. https://doi.org/10.1038/nn.2906

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • Kastner DB, Baccus SA (2013) Пространственная сегрегация адаптации и прогнозирующая сенсибилизация в ганглиозных клетках сетчатки.Нейрон 79: 541–554. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2013.06.011

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • Kastner DB, Ozuysal Y, Panagiotakos G, Baccus SA (2019) Адаптация торможения опосредует сенсибилизацию сетчатки. Curr Biol 29: 2640–2651

    CAS Статья Google Scholar

  • Кит Дж., Рейнагель П., Рейд Р.К., Мейстер М. (2001) Предсказание каждого спайка: модель ответов зрительных нейронов.Нейрон 30: 803–817. https://doi.org/10.1016/S0896-6273(01)00322-1

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • Ким К.Дж., Рике Ф. (2001) Адаптация временного контраста во входных и выходных сигналах ганглиозных клеток сетчатки саламандры. J Neurosci 21: 287–299. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.21-01-00287.2001

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • Liu JK, Gollisch T (2015) Ковариационный анализ, запускаемый спайком, показывает феноменологическое разнообразие контрастной адаптации в сетчатке.PLoS Comput Biol. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1004425

    Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • Лю X, Zhou Y, Gong HQ, Liang PJ (2007) Вклад ГАМКергического пути (путей) в коррелированную активность ганглиозных клеток сетчатки курицы. Brain Res 1177: 37–46. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2007.07.001

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • Manookin MB, Demb JB (2006) Пресинаптический механизм медленной контрастной адаптации в ганглиозных клетках сетчатки млекопитающих.Нейрон 50: 453–464. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2006.03.039

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • Марлин С.Г., Хасан С.Дж., Сайнадер М.С. (1988) Селективная по направлению адаптация в простых и сложных клетках полосатой коры головного мозга кошек. Дж. Нейрофизиол 59: 1314–1330. https://doi.org/10.1152/jn.1988.59.4.1314

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • Николаев А., Леунг К.М., Одерматт Б., Лагнадо Л. (2013) Синаптические механизмы адаптации и сенсибилизации в сетчатке.Nat Neurosci 16: 934–941. https://doi.org/10.1038/nn.3408

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • Pang R, Lansdell BJ, Fairhall AL (2016) Снижение размерности в нейробиологии. Curr Biol 26: R656 – R660. https://doi.org/10.1016/j.cub.2016.05.029

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • Puyang Z, Gong HQ, He SG, Troy JB, Liu X, Liang PJ (2017) Различные функциональные предрасположенности подтипов ганглиозных клеток сетчатки мыши к повреждению зрительного нерва.Exp Eye Res 162: 97–103. https://doi.org/10.1016/j.exer.2017.06.014

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • Ratliff CP, Borghuis BG, Kao YH, Sterling P, Balasubramanian V (2010) Retina структурирована для обработки избытка темноты в естественных сценах. Proc Natl Acad Sci 107: 17368–17373. https://doi.org/10.1073/pnas.1005846107

    Статья PubMed Google Scholar

  • Рейнагель П. (2001) Многоликая адаптация.Природа 412: 776–777. https://doi.org/10.1038/350

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • Rivlin-Etzion M, Wei W, Feller MB (2012) Визуальная стимуляция меняет направление предпочтения избирательных по направлению ганглиозных клеток сетчатки. Нейрон 76: 518–525. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2012.08.041

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • Rodieck RW (1967) Рецептивные поля сетчатки глаза кошки: новый тип.Наука 157: 90–92. https://doi.org/10.1126/science.157.3784.90

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • Schwartz O, Pillow JW, Rust NC, Simoncelli EP (2006) Нейронная характеристика, запускаемая спайками. Дж Вис 6: 13–13. https://doi.org/10.1167/6.4.13

    Статья Google Scholar

  • Шарпи Т.О., Сугихара Х., Курганский А.В., Ребрик С.П., Страйкер М.П., ​​Миллер К.Д. (2006) Адаптивная фильтрация улучшает передачу информации в зрительной коре.Природа 439: 936–942. https://doi.org/10.1038/nature04519

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • Solomon SG, Peirce JW, Dhruv NT, Lennie P (2004) Глубокая контрастная адаптация на ранней стадии зрительного пути. Нейрон 42: 155–162. https://doi.org/10.1016/S0896-6273(04)00178-3

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • Van Rullen R, Thorpe SJ (2001) Скорость кодирования по сравнению с кодированием временного порядка: что ганглиозные клетки сетчатки сообщают зрительной коре.Нейронные вычисления 13: 1255–1283. https://doi.org/10.1162/08997660152002852

    Статья PubMed Google Scholar

  • Yan RJ, Gong HQ, Zhang PM, He SG, Liang PJ (2016) Временные свойства двухпиковых ответов ганглиозных клеток сетчатки мыши и эффекты тормозных путей. Cogn Neurodyn 10: 211–223. https://doi.org/10.1007/s11571-015-9374-9

    Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • Двухэтапная адаптация торможения опосредует предсказуемую сенсибилизацию сетчатки

    1 Введение

    Понимание того, как отдельные компоненты нервной цепи причинно влияют на биологическую функцию, представляет собой сложную проблему.Внутри нейронной цепи сигналы проходят через последовательные соединения и параллельные пути через множество типов клеток. Компоненты этих схем часто имеют нелинейные и взаимозависимые эффекты, а это означает, что эффекты отдельных механизмов должны рассматриваться в контексте конкретных вычислений. Следовательно, механизмы даже хорошо изученных нейронных вычислений, такие как рецептивные поля ориентационно-селективных нейронов в первичной зрительной коре (Hubel and Wiesel, 1962; Martinez, 2011), остаются не полностью изученными.

    Эта проблема аналогична классической проблеме демонстрации того, что молекулярный механизм вызывает процесс развития или что патоген ответственен за заболевание. Типичная цель — установить простую причинно-следственную связь путем блокировки или активации определенного молекулярного компонента и измерения влияния на последующий процесс.

    Проблема отличия медиатора от модулятора поставила под вопрос исследования молекулярных процессов долговременной нейронной пластичности (Sanes and Lichtman, 1999; Lisman et al., 2003). В нейронных схемах эта проблема усугубляется из-за повсеместного распространения параллельной обработки и нелинейной динамики. Кроме того, эта проблема недооценивается в отношении нейронных цепей, где стало обычным делом делать выводы, основанные только на пертурбациях, таких как использование оптогенетики, приводя к ошибочным интерпретациям (Otchy et al., 2015; Phillips and Hasenstaub, 2016). Следовательно, в настоящее время не существует общепринятого подхода к экспериментированию и вычислительному анализу, чтобы охарактеризовать причинную роль конкретного клеточного или молекулярного механизма в динамических нейронных вычислениях, особенно перед лицом сложных и неизвестных нелинейных эффектов.

    Вычисления схем — те, которые возникают не в результате действия одной клетки, а в результате взаимодействия нескольких нейронов в цепи, — представляют собой особенно сложную задачу для механистического исследования из-за необходимости изучения неповрежденной цепи. Тем не менее, схемные вычисления также предоставляют возможность для понимания из-за способности возмущать нейроны в схеме во время ее работы. Одним из таких схемных вычислений является сенсибилизация сетчатки, процесс, наблюдаемый у многих видов, который повышает локальную чувствительность после сильной локальной стимуляции (Kastner, Baccus, 2011; Николаев и др., 2013; Кастнер и Баккус, 2013). Теоретический анализ и эксперименты показали, что это повышение чувствительности воплощает в себе предсказание о том, что в будущем в том же регионе будет присутствовать целевой объект стимула (Kastner and Baccus, 2013). Предсказание будущих сенсорных сигналов — важная общая функция нервной системы (Montague and Sejnowski, 1994; Schultz et al., 1997), но механизмы таких вычислений, как правило, неизвестны. Хотя для сенсибилизации требуется передача от ГАМКергических амакриновых клеток (Kastner and Baccus, 2013), медленное действие фармакологических манипуляций может вызвать компенсаторные действия в цепи, что делает вывод неопределенным (Cook et al., 2000).

    Здесь мы используем одновременную внутриклеточную и многоэлектродную запись в сетчатке саламандры, чтобы количественно установить причинную роль класса тормозных интернейронов в вычислении сенсибилизации. Мы используем обобщенный подход: сначала измеряем ответы и передачу интернейрона, чтобы создать вычислительную модель входных и выходных путей интернейрона и параллельных путей, которые не проходят через клетку. Мы обнаружили, что снижение передачи на двух этапах тормозного пути вызывает сенсибилизацию.И вход, и выход из устойчивых амакриновых клеток уменьшаются во время локализованного сенсибилизирующего стимула. Мы также использовали текущую инъекцию, чтобы воспроизвести ввод, испытываемый отдельной амакриновой клеткой, и обнаружили, что этого ввода достаточно, чтобы вызвать сенсибилизацию. Кроме того, измеренных изменений в передаче амакриновых клеток было достаточно, чтобы вызвать сенсибилизацию ганглиозных клеток. Наконец, вычислительная модель характеризует изменение устойчивой тормозящей передачи и показывает, что она количественно объясняет наблюдаемые изменения чувствительности.

    Поведенческая сенсибилизация связана с изменениями возбуждающей синаптической силы или собственной возбудимости (Dale et al., 1988). На уровне схемы адаптация возбуждения лежит в основе вычитания прогноза, уменьшая ожидаемый результат схемы и тем самым передавая сигнал, обогащенный для новизны (Berry et al., 1999; Hosoya et al., 2005; Schwartz et al. , 2007б, а; Palmer et al., 2015). Мы обнаружили, что адаптация тормозного пути обеспечивает общий механизм присутствия сенсорного признака, чтобы впоследствии вызвать повышенную чувствительность этого признака, создавая предсказание будущих входных данных.

    2 Результаты

    В случае краткосрочного пластического процесса сенсибилизации сетчатки предыдущие результаты показали, что ГАМКергическая передача необходима для сенсибилизации сетчатки саламандры. Однако эти результаты не могут различить требование только постоянного уровня ингибирования и динамическое изменение ингибирования, которое могло бы происходить в результате изменений в ингибирующей передаче. Кроме того, такие результаты не показывают, что во время сенсибилизации происходит какое-либо изменение ингибирования, и что изменение ингибирования не является достаточным для сенсибилизации.

    2.1 Сенсибилизирующий стимул вызывает постгиполяризацию амакриновых клеток

    Поскольку сетчатка обрабатывает сигналы от фоторецепторов к ганглиозным клеткам, действие определенного интернейрона, такого как амакринная клетка, можно логически разделить на два этапа: 1) вход к амакриновой клетке, состоящей из цепей, ведущих от фоторецепторов к амакриновой клетке; и 2) выход амакриновой клетки, включающий схему, которая ведет от амакриновой клетки к ганглионарной клетке.Понимание вклада интернейрона в обработку всей цепи требует измерения как реакции мембранного потенциала нейрона, отражающей его вход, так и влияния его выхода на цепь (Lehky and Sejnowski, 1988).

    Сначала мы попытались определить, демонстрирует ли эта первая стадия — стадия ввода амакриновых клеток какие-либо изменения в обработке, которые коррелировали с динамикой сенсибилизации. Для этого мы одновременно регистрировали внутриклеточно от устойчивой амакриновой клетки Off-типа и внеклеточно от нескольких близлежащих ганглиозных клеток, при этом предъявляя на сетчатку зрительный стимул, вызывающий сенсибилизацию путем увеличения, а затем уменьшения временного контраста (Рисунок 1 — D) .Мы сосредоточились на быстро адаптирующихся и сенсибилизирующих ганглиозных клетках Off-типа, двух типах клеток саламандры, которые образуют независимые мозаики на сетчатке (Kastner and Baccus, 2011). Оба типа клеток сенсибилизируют, хотя адаптирующиеся клетки имеют более сильную адаптацию в центре рецептивного поля, что отменяет некоторую сенсибилизацию (Kastner and Baccus, 2013).

    Рисунок 1:

    Амакриновые клетки гиперполяризуются после сенсибилизирующего стимула. (А) Экспериментальная установка для одновременной внутриклеточной и многоэлектродной записи.(B) Пространственные рецептивные поля амакриновой клетки (красный) и ганглиозных клеток записываются одновременно. Серая заштрихованная область показывает локализованное пятно, которое мерцало на высоком контрасте, вызывая сенсибилизацию. (C) Средний ответ устойчивой амакриновой клетки Off на мигающий стимул с частотой 0,5 Гц. (D) Визуальный стимул (вверху) и реакция (внизу) примерной ганглиозной клетки (синее рецептивное поле на панели B), показывающая сенсибилизацию как повышенный ответ на низкий контраст (цветной график) после высокого контраста.Высокий контраст был 100% контрастом Майкельсона, а низкий контраст состоял из 9 различных двухфазных вспышек по 200 мс (вставка), чередующихся случайным образом. Высокий контраст был представлен только над воспринимающим полем амакриновой клетки, а остальная часть изображения представляла собой однородное поле с низким контрастом. (E) Визуальный стимул (вверху) и реакция примера амакриновой клетки (внизу, красное рецептивное поле от B), которая стала выпрямленной при высоком контрасте, на что указывают большие деполяризующие флуктуации. (F) Средний мембранный потенциал амакриновой клетки, показанный на E, для девяти различных низкоконтрастных вспышек.Временные интервалы для L ранний и L поздний показаны над стимулом в E, и хотя различные вспышки чередуются случайным образом, они показаны здесь соединенными в порядке увеличения силы с вертикальными линии, обозначающие начало каждой вспышки. (G) Средняя разница по продолжительности вспышки в мембранном потенциале между L поздним и L ранним для амакрина (n = 33, красный) и горизонтальным (n = 4, черный) клетки.Отрицательные значения указывают на то, что ячейка была более гиперполяризованной в течение L в начале по сравнению с L в конце . Планки погрешностей указывают на s.e.m.

    Мы проверили, изменили ли отдельные устойчивые амакриновые клетки Off (рис. 1), которые у саламандры являются ГАМКергическими (Yang et al., 1991), свои свойства реакции на локализованный раздражитель мигающего пятна, который сенсибилизирует ганглиозные клетки. Чтобы локализовать воздействие на единственную амакриновую клетку, с которой мы манипулировали, мы создали онлайн-карту рецептивного поля амакриновой клетки (рис. 1), используя стимул в виде шахматной доски белого шума.Это позволило нам разместить мерцающее пятно с высоким контрастом над амакриновой клеткой, а затем измерить его мембранный потенциал, когда пятно изменилось с высокого на низкий контраст (рис. 1). Такой локализованный высокий контраст также сенсибилизирует больше ганглиозных клеток, чем стимул однородного поля из-за пространственного антагонизма адаптации и сенсибилизации между центром и окружающим пространством (Kastner and Baccus, 2013).

    Sustained Off амакриновые клетки показали динамический ответ, который коррелировал с сенсибилизацией — они адаптировались к контрасту фокального стимула за счет гиперполяризации во время сенсибилизации (рис. 1 — G).Их мембранный потенциал гиперполяризован сразу после перехода от высокого к низкому контрасту, L ранний , по сравнению с более поздним во время низкого контраста, L поздно . Эта гиперполяризация была подобна постгиперполяризации, наблюдаемой в ганглиозных клетках и корковых нейронах, подвергающихся контрастной адаптации (Carandini and Ferster, 1997; Manookin and Demb, 2006). Хотя устойчивые Off амакриновые клетки не адаптируются к гауссовским стимулам с однородным полем (Baccus and Meister, 2002), этот более сильный, более фокусный стимул действительно генерирует адаптацию.Кроме того, мы наблюдали, что мембранный потенциальный ответ на фокальный стимул был более сильно выпрямлен, чем при предыдущих измерениях на стимул полного поля, что означает, что деполяризационные колебания были больше, чем гиперполяризации (Рисунок 1). Этот выпрямленный ответ вызывает изменение среднего мембранного потенциала при высоком контрасте. Ранее описанная точная модель контрастной адаптации показывает, что изменение среднего уровня сигнала вызывает адаптацию, вероятно, вызывая синаптическую депрессию во входных сигналах биполярных клеток в клетку (Ozuysal and Baccus, 2012).Напротив, горизонтальные клеточные ответы не были исправлены и не гиперполяризовались после высокого контраста (Рис. 1), указывая на то, что они не адаптируются к контрасту, что согласуется с предыдущими наблюдениями (Baccus and Meister, 2002).

    2.2 Изменения передачи амакрина во время сенсибилизации

    Затем мы измерили, были ли во время сенсибилизации изменения в обработке на стадии передачи от амакриновой клетки — выходной стадии амакриновой клетки — которая является стадией между интернейроном и ганглиозными клетками.Чтобы проверить, изменилась ли передача амакрина во время сенсибилизации, мы сначала измерили скорость активации ганглиозных клеток как функцию амплитуды вспышки света — функцию светового ответа ганглиозных клеток, G ( s ). Затем мы измерили, как G ( s ) изменился, когда мы доставили деполяризующие или гиперполяризующие импульсы (500 pA ) в амакриновую клетку (рис. 2 — B, см. Экспериментальные процедуры). Кривая ответа ганглиозных клеток, G ( s ), была приблизительно сигмоидальной и изменялась при введении импульсов тока в амакриновую клетку.

    Рисунок 2:

    Передача амакрина снижается во время сенсибилизации. (A) Визуальный стимул, чередующийся между высоким и низким контрастом. Высокий контраст представлял собой 100% контраст Майкельсона, представленный только над центром рецептивного поля амакриновых клеток, а низкий контраст, представленный повсюду, состоял из 9 различных вспышек, случайно чередующихся. Импульсы тока (0,5 нА) подавались точно в течение 200 мс, начиная с того момента, когда вспышка зрительного стимула переходила из одного состояния в другое. Ток подавался только во время вспышек, происходящих во время L раннего (0.8 — 3,2 с) и L позднее (16-20 с) после высокого контраста, и все три условия (гиперполяризационный ток, деполяризующий ток и контроль) случайным образом чередовались при каждом предъявлении стимула. (B) Средняя реакция типичной ганглиозной клетки на 9 различных вспышек зрения в течение 6 условий эксперимента. (C) Сдвиг кривой ответа ганглиозных клеток в ответ на гиперполяризацию амакриновых клеток (темные кружки, оранжевый) и деполяризацию (светлые кружки, бирюзовый) в течение L ранний (абсцисса) и L поздний (ордината) (n = 51 пара клеток, 23 амакриновые клетки).Эти значения были вычислены как параметр горизонтального сдвига µ , который улавливал влияние инжекции тока на кривую светового отклика ганглиозных клеток. (D) Средняя разница между двумя текущими состояниями в G ( s ) как функция реакции ганглиозной клетки, ∆ G A ​​ ( G ). Результаты получены для всех пар амакрин-ганглиозных клеток в пределах 200 мкм м друг от друга (n = 60 пар клеток, 24 амакриновых клетки).(E) Изменение передачи в зависимости от расстояния между амакриновыми и ганглиозными клетками, усредненное по всем парам (n = 95 пар клеток, 26 амакриновых клеток). Изменение передачи определяется как средняя разница между влиянием тока на скорость активации ганглиозных клеток в зависимости от скорости активации конкретных ганглиозных клеток в контрольных условиях (∆ G A ​​ ( G ) ранний — ∆ G A ​​ ( G ) поздно ) для каждой пары ячеек.Отрицательное изменение передачи указывает на уменьшение передачи в течение L в начале по сравнению с L в конце .

    Поскольку введение тока амакриновыми клетками изменило кривую светового ответа ганглиозных клеток, мы попытались измерить, изменился ли этот эффект во время сенсибилизации. Световые ответы анализировали от ганглиозных клеток в пределах 200 мкм м от амакриновой клетки. Чтобы измерить, как эффекты передачи амакрина изменились во время сенсибилизации, мы измерили сдвиг G ( s ), вызванный гиперполяризацией амакриновых клеток во время L ранний и L поздний (рис. 2).Эффект гиперполяризации амакрина составлял 1,74 ± 0,32 во время L в начале и 2,92 ± 0,47 во время L в конце , что указывает на то, что передача амакрина была на 40% меньше во время сенсибилизации ( p < 0,04). Эффект деполяризации амакрина (1,25 ± 0,28 во время L ранний и 1,36 ± 0,32 во время L конец ) был меньше половины эффекта гиперполяризации, что согласуется с предыдущими наблюдениями, которые поддерживали амакрин. клетки высвобождают сильное тоническое подавление и в основном действуют за счет гиперполяризации и растормаживания ганглиозных клеток (Manu and Baccus, 2011).Следовательно, величина эффектов деполяризации (рис. 2) существенно не различалась по популяции между L ранним и L поздним , уменьшившись на 9%. Таким образом, из этого простого анализа следует, что влияние передачи амакрина на световой ответ ганглиозных клеток было меньше во время L ранний , чем L конец .

    Критическая проблема в определении того, какие нейроны участвуют в вычислениях в параллельной и нелинейной схеме, заключается в том, неправильно ли назначен эффект одного пути другому.Поэтому мы провели дополнительный анализ, чтобы убедиться, что изменяющийся эффект введения амакринового тока возник из-за пластичности передачи этой клетки, а не из-за очевидного эффекта от несвязанной пластичности в другом месте цепи. Даже с простой сигмоидальной кривой ответа очевидный эффект нейрона a при зондировании током может измениться, даже если передача этого нейрона остается постоянной (Рисунок S3). Этот эффект может возникать из-за сдвига кривой ответа, вызванного изменениями в независимом пути b .Поскольку эффекты a доставляются в другую часть кривой нелинейного отклика, измеренные эффекты a могут измениться, даже если все изменения в схеме происходят из-за нейрона b .

    Рисунок S1:

    Идентификация амакриновых клеток. (A) Пространственно-временное рецептивное поле амакриновой клетки. Интенсивность стимула обозначена цветовой шкалой, красный цвет указывает на интенсивность ниже среднего значения. (B) Изображение амакриновой клетки из A. INL — это внутренний ядерный слой, IPL — это внутренний плексиформный слой, а GCL — это слой ганглиозных клеток.

    Рисунок S2:

    Влияние тока амакрина на функцию ответа ганглиозных клеток. (A) Пример преобразования с использованием только сдвига и масштабирования по горизонтальной оси (слева) и с использованием параметров только по вертикальной оси (справа). (B) Та же ячейка, что и на рисунке 2B, с двумя преобразованиями: L конец на L начало . Первое преобразование, T 4 , использует все 4 параметра (серый цвет, скрытые темно-бордовой линией), а второе преобразование T 2 использует только параметры горизонтальной оси (см. Экспериментальные процедуры).

    Рисунок S3:

    Пример взаимодействия между нейронами по нелинейному пути. (A) Схематическая диаграмма возбуждающей клетки b и тормозной клетки a , которая действует до нелинейной функции F () и находится под прямым экспериментальным воздействием. (B) Диаграмма выхода системы в двух условиях, когда коэффициент усиления β из b высокий (сплошная линия) и когда коэффициент усиления низкий (пунктирная линия). В этом примере выходной нейрон a вызывает эффект ∆ y , когда он возмущен.В этих двух условиях, даже несмотря на то, что коэффициент усиления a не изменяется, он имеет различный эффект, поскольку состояние покоя находится в другой точке кривой отклика.

    Чтобы исключить этот источник очевидного изменения в передаче, мы исследовали ∆ G A ​​ не как функцию разных уровней света, а как функцию от разных скоростей активации ганглиозных клеток, G . Мы обнаружили, что во время L раннего в целом произошло меньшее изменение скорости стрельбы (рис. 2).Этот пониженный эффект от введения тока был также очевиден, когда мы контролировали сдвиг кривой ответа ганглиозных клеток, сравнивая ∆ G A ​​ при одинаковых скоростях активации ганглиозных клеток в течение L ранний и L поздно (рис. 2 и E). Таким образом, уменьшение изменения скорости активации произошло не из-за того, что эффект применялся в разных точках кривой скорости активации ганглиозных клеток.

    Уменьшение передачи амакрина в течение L в начале распалось как функция расстояния между амакриновыми и ганглиозными клетками с пространственной постоянной λ = 100 ± 20 µ м (рис. 2E).Это увеличение передачи от L ранний к L конец согласуется с восстановлением после синаптической депрессии, процесса, который существует в амакринных клетках (Sagdullaev et al., 2011). Эти результаты показывают, что, учитывая нелинейные свойства цепи, амакринные реакции и передача коррелируют во времени с сенсибилизацией.

    2.3 Адаптация ингибиторной передачи в модели сенсибилизации

    Для разработки теста на то, опосредуют ли изменения в передаче амакрина сенсибилизацию, мы расширили предыдущую модель, в которой используется адаптивный компонент, который представляет свойства высвобождения синаптических пузырьков (Ozuysal и Baccus , 2012).Мы регистрировали внутриклеточную реакцию сенсибилизирующей ганглиозной клетки на стимул однородного поля. В этих условиях устойчивые амакриновые клетки не адаптируются с точки зрения их светового ответа (Baccus and Meister, 2002), в отличие от того, что происходит в ответ на точечный раздражитель (рис. 1E-G), что позволяет нам сосредоточиться на том, как адаптация при устойчивом воздействии Передача вне амакриновых клеток (рис. 2) вызывает сенсибилизацию.

    Пути модели состояли из линейного временного фильтра, статической нелинейности и кинетической модели первого порядка того типа, который используется для фиксации химических реакций, таких как рециклинг синаптических пузырьков.Эта линейно-нелинейно-кинетическая (LNK) модель точно фиксирует флуктуации мембранного потенциала адаптирующихся нейронов, а также все их адаптивные свойства (Ozuysal and Baccus, 2012). Тормозной путь подавлял возбуждающий путь до его нелинейности (рис. 3В), что согласуется с пресинаптическим ингибированием терминалей биполярных клеток, которое наблюдалось в синаптических терминалах рыбок данио во время сенсибилизации (Николаев и др., 2013), с порогом в возбуждающий путь, соответствующий порогу потенциал-зависимого кальциевого канала (Mennerick and Matthews, 1996).

    Рисунок 3:

    Вычислительная модель сенсибилизации от сниженного ингибирования. (A) Внутриклеточная запись сенсибилизирующей ганглиозной клетки, реагирующей на однородный полевой гауссовский белый шум при переходе между 35% и 5% контрастом, по сравнению с соответствием модели на панели B. Деполяризация мембраны, которая лежит в основе сенсибилизации, очевидна после перехода . (B) Двухканальная линейно-нелинейно-кинетическая модель (LNK) (Ozuysal and Baccus, 2012), каждый путь состоит из линейного временного фильтра, статической нелинейности и кинетического блока первого порядка (см. Экспериментальные процедуры).Тормозной путь (слева) доставляет свой выход до порога возбуждающего пути (справа), представляющего пресинаптическое торможение (Николаев и др., 2013; Kastner and Baccus, 2013). (C) Выход тормозного пути в точке, обозначенной x в B. Синий указывает на низкий контраст. (D) Нелинейность модели LN (отличная от линейного и нелинейного компонентов модели LNK) при различных значениях смещения для тормозного пути. Сплошные и пунктирные линии показывают измеренные нелинейности модели LN для L ранний и L поздний , соответственно.

    Эта модель захватила сенсибилизацию, включая миллисекундные флуктуации мембранного потенциала в масштабе времени, а также деполяризацию и сдвиг порога в течение L начало (рис. 3A и 3B). Мы исследовали результат ингибиторного пути и обнаружили, что среднее значение уменьшилось в течение L раннего (Рисунок 3C). Один из фундаментальных выводов, полученных при использовании модели LNK для адаптации контраста, заключался в том, что никакая часть схемы напрямую не измеряет контрастность входного сигнала.Скорее, синапс, представленный кинетическим блоком, всегда адаптируется к среднему значению, но поскольку сигнал выпрямлен, среднее значение сигнала отражает контраст стимула (Ozuysal and Baccus, 2012). Из-за особой роли, которую играет среднее значение входа в синапс, мы проверили, может ли среднее значение передачи от тормозного пути вызвать все эффекты сенсибилизации. Когда мы манипулировали средним значением тормозного пути в модели, мы плавно изменяли общую кривую ответа клетки между значениями, наблюдаемыми в течение L ранний и L конец , изменяя порог, смещение и крутизна выходной характеристики.Модель предполагает, что сенсибилизация может быть вызвана уменьшением тормозящей передачи, которая затем влияет на общую чувствительность цепи.

    2.4 Относительный вклад адаптации от ввода и передачи амакрина

    Для оценки относительного вклада в сенсибилизацию двух стадий снижения ингибирования — снижения амакринного ответа (рис. 1) и передачи (рис. 2) — мы представили модель на рис. со стимулом, используемым для записи изменений в амакриновой клетке.Хотя модель включала только адаптацию в передаче амакрина, мы добавили в измеренное смещение мембранный потенциал амакрина (рис. 1 E-G). Мы обнаружили, что измеренное изменение мембранного потенциала в результате адаптации в устойчивых амакриновых клетках Off (рисунок S4A) может составлять лишь часть полной величины сенсибилизации (рисунок 4). Наш анализ показал, что адаптация на уровне потенциала амакринной клеточной мембраны вносит вклад в менее половины изменения ингибирования, необходимого для сенсибилизации, и что адаптация на уровне передачи амакринных клеток вносит вклад в более чем половину изменения ингибирования, необходимого для сенсибилизация.

    Рисунок S4:

    Масштабирование модели LNK для соответствия данным. Масштабированное стандартное отклонение тормозного пути модели LNK (рис. 3В) в точке, следующей за тормозным фильтром, как функция амплитуды вспышки. Это значение сравнивается со средним стандартным отклонением ответов амакриновых клеток на тот же стимул от амакриновых клеток на рисунке 1E.

    Рисунок S5:

    Сравнение ошибок для преобразований от подачи тока и масштабированных эффектов сенсибилизации. (A) Ошибка при использовании преобразования T Sens (ордината) подходит только для регистрации изменений от G L ( с ) до G E ( с ), полученный сенсибилизацией, по сравнению с ошибкой преобразования κ T Оба ( κ µ B — , κ ν B — ) (абсцисса) подходят одновременно для фиксации изменений от сенсибилизации ( G L ( с ) до G E ( с )) и изменений от подачи гиперполяризующего тока ( G L ( s ) до G L− ).Ошибка представляет собой долю изменения среднеквадратического отклика, не учтенную преобразованием. Каждая точка представляет собой пару ячеек. (B) Ошибка при использовании преобразования T Hyp (ордината) подходит только для регистрации изменений от G L ( с ) до G L- , вызванных гиперполяризационным током впрыск во время L поздно , по сравнению с ошибкой от преобразования T Оба = ( µ B− , ν B− ) (абсцисса) подходят одновременно для захвата обеих сенсибилизаций ( G L ( s ) до G E ( s )) и подача тока ( G L ( s ) до G L ).(C) То же, что и панель (A) для ввода деполяризующего тока, и преобразования T Rec (ордината), подходят только для фиксации изменений восстановления от сенсибилизации ( G E ( s ) до G L ( s )), и одновременно подходят κ + T Оба ( κ + µ 47 B 906 + , κ + ν B + ) для улавливания как эффектов деполяризации, так и восстановления после сенсибилизации.(D) То же, что и панель (B) для преобразований T Sens , подходит только для захвата эффектов деполяризующего тока во время L ранний (ордината) и T Оба = ( µ B + , ν B + ), подходят одновременно для улавливания эффектов деполяризующего тока и восстановления после сенсибилизации.

    Рисунок 4:

    Относительный вклад потенциальной пластичности амакриновой клеточной мембраны в сенсибилизацию.(A) Нелинейность модели LN соответствует выходу модели LNK из рисунка 3 и стимулу, состоящему из гауссовского белого шума с низким контрастом 3,9%, которому предшествует высокий контраст 50% (см. Экспериментальные процедуры). Голубая кривая — это реакция модели во время L раннего . Темно-синяя кривая — это отклик модели во время L поздно . Зеленая кривая — это реакция модели только на низкий контраст при применении смещения к модели в тормозном пути после линейного фильтра.Применяемое смещение соответствовало среднему изменению мембранного потенциала, измеренному в амакриновых клетках во время сенсибилизации (рис. 1G, см. Экспериментальные процедуры). Ряд цветных кривых на заднем плане представляет собой реакцию модели только на низкий контраст с рядом смещений, применяемых к тормозному пути после линейного фильтра.

    2.5 Изменения выработки амакрина могут воспроизводить или отменять сенсибилизацию

    Предыдущая работа фармакологически показала, что ингибирование необходимо для сенсибилизации (Kastner and Baccus, 2013; Nikolaev et al., 2013). Это открытие, однако, не делает различий между разрешающей ролью ингибирования, такой как установка базового порога ганглиозных клеток, и нашей гипотезой о том, что изменения в ингибировании амакрина опосредуют сенсибилизацию. Чтобы проверить причинный эффект изменений передачи амакрина на сенсибилизацию, мы проанализировали, может ли эффект от введения тока в амакриновые клетки вызывать специфические изменения зрительной реакции сенсибилизированных ганглиозных клеток, а не просто изменение средней скорости возбуждения. .Для этого анализа мы использовали те же данные, что и на рисунках 1 и 2, где мы представили мигающий зрительный стимул сетчатке, который позволил быстро измерить реакцию ганглиозных клеток в зависимости от интенсивности света, G ( s ).

    Переход от одной сигмоиды к другой можно объяснить четырьмя параметрами, которые фиксируют: 1) горизонтальный сдвиг кривой вдоль оси силы света, 2) горизонтальное масштабирование, которое представляет собой изменение наклона кривой без изменение максимума, 3) вертикальный сдвиг кривой и 4) вертикальное масштабирование, изменяющее максимальный отклик.Однако мы обнаружили, что для улавливания 79,9 ± 3,2% (гиперполяризация) и 82,3 ± 3,2% (деполяризация) эффектов введения амакринового тока необходимы только два параметра: µ , горизонтальный сдвиг G ( с ) вдоль оси интенсивности света и ν , горизонтальное масштабирование вдоль оси интенсивности света (рис. S2A и S2B, см. Процедуры эксперимента).

    Чтобы определить, было ли уменьшение передачи амакриновых клеток достаточным для создания сенсибилизации, мы оценили для каждой пары клеток, были ли эффекты гиперполяризующего тока, введенного в амакриновые клетки, такими же, как эффекты сенсибилизации.Чтобы зафиксировать эффекты либо тока, либо сенсибилизации, либо того и другого, мы подгоняем преобразования, состоящие из параметров горизонтального смещения и масштабирования, T = ( µ, ν ), между кривыми отклика в различных условиях. Чтобы количественно оценить эффекты сенсибилизации, мы вычислили преобразование T Sens , которое изменило кривую ответа контрольных ганглиозных клеток с G L во время L поздно на G E , во время L в начале .Чтобы количественно оценить эффекты гиперполяризующего тока в течение L в конце , мы вычислили параметры, T Hyp , которые преобразовали кривую ответа ганглиозных клеток с G L на G L− в течение L в конце . Затем мы проверили, может ли одно преобразование, T Оба , подходить для одновременного захвата эффектов гиперполяризующего тока и сенсибилизации, а также два преобразования, T Sens или T Hyp , подходят отдельно для захвата сенсибилизации и подачи тока соответственно.Поскольку сенсибилизация, вероятно, возникла в результате воздействия нескольких амакриновых клеток, мы вычислили один параметр, κ , чтобы масштабировать эффекты гиперполяризации (рис. 5A и B, см. Экспериментальные процедуры). Таким образом, T Оба = ( µ, ν ) были пригодны для улавливания эффектов тока от G L до G L — , и одновременно κ был подогнан таким образом, чтобы κ T Оба = ( κ µ, κ ν ) лучше всего отражали эффекты сенсибилизации от G L к G E .Мы обнаружили, что масштабирование эффектов гиперполяризационного тока с использованием одного преобразования κ T Оба захватили 90,5 ± 3,1% эффекта сенсибилизации, зафиксированного параметрами T sens подходят только для сенсибилизации (рис. 5C и S5A). Кроме того, преобразование одновременно подгонки T Оба захватили 98,4 ± 7,2% эффектов тока, зафиксированных T Hyp , подходят только для подачи тока (рис. 5C и S5B).

    Рисунок 5:

    Передача амакриновыми клетками может создавать или сводить на нет сенсибилизацию. (A) Слева, кривые ответа ганглиозных клеток для примерной клетки в контрольных условиях во время L в начале , G E ( s ), (сплошная линия) и во время L поздний , G L ( s ) (пунктирная линия). Кривые на заднем плане представляют собой масштабированные версии κ T Оба = ( κ µ B− , ν B− ), масштабированные различными значениями κ .Кривая со значением κ = 1 указывает на T Оба , наилучшим образом подходят для преобразования G L ( с ) в измеренную кривую впрыска тока, G L− . Справа: те же измеренные кривые отклика управления, G E ( с ) и G L ( с ) вместе с L поздняя кривая, G L ( s ), преобразованный двумя различными преобразованиями: T Sens (серый, скрытый бордовой кривой) и κ T Оба (бордовый), с оптимизированным κ .(B) Слева, как панель (A) для κ + T Оба = ( κ + µ B + , κ + ν B + ). Справа, такая же, как панель (A) для T Rec (серый, не виден бордовым изгибом) и κ + T Оба (бордовый), с оптимизированным κ + .(C) Слева: ошибка, зафиксированная одновременными преобразованиями T Оба и κ T Оба в процентах от ошибки, зафиксированной преобразованиями по отдельности T Hyp и T Sens соответственно. Справа, то же самое для одновременных преобразований T Оба и κ + T И и одиночные преобразования T Dep и T Rec .(D) Гистограммы значений κ для всех пар клеток, которые имели сенсибилизированные ганглиозные клетки (адаптивный индекс > 0,05) и находились в пределах 200 µ м друг от друга (n = 25 пар клеток, 19 амакриновых клеток) для преобразования гиперполяризационных кривых в течение L поздних ( κ ) и деполяризационных кривых в течение L ранних ( κ ).

    Это указывает на то, что гиперполяризация амакрина оказывает почти такой же эффект на световой ответ ганглиозных клеток, что и сенсибилизация. Значение κ (рисунок 5D) в среднем составляло 0,99 ± 0,19, что означает, что в среднем для пар ячеек, которые мы записали с использованием 500 пА импульсов в течение L поздно производит такой же эффект, как и зрительная сенсибилизация. Мы пришли к выводу, что снижение ингибирования со стороны устойчивых амакриновых клеток достаточно, чтобы вызвать сенсибилизацию светового ответа ганглиозных клеток.

    Затем мы вычислили, будет ли деполяризация амакриновой клетки и, таким образом, восстановление уровня ингибирования в течение L ранний отменять сенсибилизацию, как предсказано моделью. Мы проверили, может ли одиночное преобразование, T Оба , одновременно улавливать эффекты деполяризующего тока и восстановление после сенсибилизации, а также два преобразования T Rec или T Dep подходят отдельно для захвата восстановления после сенсибилизации и подачи тока соответственно.Мы обнаружили, что одиночное преобразование κ + T Оба = ( κ + µ, κ + ν ) захватили 90,8 ± 3,3% эффекта восстановления после сенсибилизации от G E до G L в соответствии с параметрами T Rec подходит только с использованием G E и G L (Рисунок 5C и S5C).Кроме того, T Оба захватили 97,1 ± 1,1% эффектов тока, захваченных T Dep подходят только для подачи тока с использованием G E и G E + (Рисунок 5C и S5D). Значение κ + (рис. 5D) было 1,49 ± 0,31, что указывает на то, что в среднем эффект зрительной сенсибилизации был в 1,49 раза больше, чем эффект +500 pA тока, введенного в одну амакринную клетку в течение Л ранний .

    Экспериментальное уменьшение ингибирования амакриновой клетки в течение L конец вызывает световой ответ ганглиозных клеток, аналогичный сенсибилизированному ответу во время L ранний , и экспериментально увеличивает ингибирование амакрином в течение L ранний отменяет сенсибилизацию, вызывая реакцию ганглиозных клеток, аналогичную таковой во время L поздно .Таким образом, мы делаем вывод, что снижение ингибирования со стороны устойчивых амакриновых клеток Off-типа, которое возникает из наблюдаемой гиперполяризации амакрина (рис. 1G) и наблюдаемого снижения передачи амакрина во время сенсибилизации (рис. 2C-E), является необходимым и достаточным для того, чтобы вызвать сенсибилизацию световой ответ ганглиозных клеток.

    2.6 Прямая инъекция тока амакриновой клетки достаточна для генерации сенсибилизации

    Наконец, мы проверили, достаточен ли сигнал внутри самой амакриновой клетки для сенсибилизации близлежащих ганглиозных клеток.Мы разработали эксперимент по представлению низкоконтрастного визуального стимула при подаче тока в амакриновую клетку, чтобы только эта клетка имела высокий контраст. Визуальный стимул состоял из исключительно низкого контраста (рис. 6А). Чтобы имитировать реакцию на высококонтрастный визуальный стимул, мы использовали подход записи и воспроизведения (Manu and Baccus, 2011), периодически вводя ток, который воспроизводил изменение напряжения в амакриновой клетке, зарегистрированное ранее во время высокой контрастности (рис. 1E), в то время как измерение реакции нескольких ганглиозных клеток.Высококонтрастный ток, введенный в амакриновую клетку, был достаточным для того, чтобы вызвать сенсибилизацию ганглиозных клеток (рис. 6B-D), и этот эффект был специфическим для близлежащих ганглиозных клеток, имеющих пространственную постоянную λ = 150 ± 90 µ m . Подобные эксперименты с горизонтальными клетками показали, что сигнал, испытываемый горизонтальными клетками, был недостаточным, чтобы вызвать сенсибилизацию (рис. 6D).

    Рисунок 6:

    Текущая инъекция в амакриновые клетки достаточна для сенсибилизации ганглиозных клеток.(A) Визуальный стимул представлял собой непрерывный низкий контраст, состоящий из 9 различных случайных вспышек (вверху). Каждая вспышка длилась 400 мс, причем на 100 мс выше среднего, на 100 мс ниже среднего и 200 мс при средней интенсивности. Ток вводили в единственную амакриновую клетку, чтобы имитировать ее высококонтрастный ответ, используя подход записи и воспроизведения (Manu and Baccus, 2011) (см. Экспериментальные процедуры). (B) Средний ответ ганглиозной клетки на протокол стимула в A. Серый цвет указывает время текущей инъекции, а синий цвет указывает время без текущей инъекции.(C) Средний ответ ганглиозной клетки в B на 9 различных вспышек, представленных в зрительном стимуле во время L ранний и L поздний , как указано в A. (D) Среднее адаптивное индекс всех записанных быстрых ганглиозных клеток, нанесенный на график относительно расстояния между ганглиозными клетками и амакриновыми (красный) или горизонтальными клетками (черный). Адаптивный индекс равен, где r начало r конец — средняя скорость ганглиозных клеток в течение L начало и L конец , соответственно.Данные получены из 76 пар амакриновых и ганглиозных клеток и 10 пар горизонтальных и ганглиозных клеток. Черная кривая показывает экспоненциальную аппроксимацию данных амакриновых клеток. (E) Средняя разница в мембранном потенциале между L поздним и L ранним для амакриновых клеток (n = 22) после визуального высококонтрастного (черный) или высококонтрастного тока, введенного в амакриновая клетка (серая). Отрицательные значения указывают на то, что ячейка была деполяризована в течение L в конце по сравнению с L в начале .Планки погрешностей указывают на s.e.m.

    Мы исследовали величину сенсибилизации, вызванной инъекцией постоянного тока в одну амакриновую клетку, путем расчета сдвига кривой ответа ганглиозных клеток, усредненного по парам клеток. Мы обнаружили, что визуально индуцированная сенсибилизация была в 9,1 ± 0,2 раза выше, чем при инъекции постоянного тока в одну амакриновую клетку без высококонтрастной визуальной стимуляции. Это различие, вероятно, происходит из-за того, что сенсибилизирующее поле ганглиозных клеток составляет 300-410 мкм мкм (Kastner and Baccus, 2013), что значительно больше, чем рецептивное поле одной амакриновой клетки (110 мкм мкм), что позволяет предположить, что множественные амакриновые клетки клетки действуют во время зрительной сенсибилизации.Кроме того, ожидается, что эффект подавления трансмиссии амакриновых клеток составляет примерно 2/3 эффекта сенсибилизации, а остальная часть составляет постгиперполяризация мембранного потенциала амакринных клеток (рис. 1 и 4). Хотя амакриновые клетки испытали постгиперполяризацию во время зрительной сенсибилизации (рис. 1E), сенсибилизация от инъекции постоянного тока действует через эффект, отличный от этой постгиперполяризации, поскольку подача тока не всегда вызывала постгиперполяризацию в амакриновых клетках (рис. 6E).Таким образом, сигнал, испытываемый одиночными устойчивыми выключенными амакриновыми клетками во время местного высокого контраста, достаточен для сенсибилизации близлежащих ганглиозных клеток к слабоконтрастному зрительному стимулу.

    3 Обсуждение

    Здесь мы показали, что изменения в ингибировании на двух последовательных стадиях вызывают сенсибилизацию ганглиозных клеток сетчатки с использованием нейронных записей, динамических возмущений и компьютерного моделирования. Было показано, что снижение ингибирования лежит в основе повышения чувствительности зрительной коры (Fu et al., 2014) и поведенческий выбор у дрозофил (Jovanic et al., 2016), но как эти вычисления разворачиваются внутри цепи, неизвестно. Воспользовавшись преимуществами известных путей сетчатки для анализа вычисления сенсибилизации, мы сосредоточили внимание, в частности, на изменениях в тормозной передаче на стадии между амакриновыми клетками и ганглиозными клетками. Хотя снижение ингибирования, лежащее в основе сенсибилизации, может быть результатом синаптической депрессии самой амакринной клетки, оно также может включать более сложную полисинаптическую передачу.Таким образом, наши исследования показывают механистический вклад определенного компонента, амакрина в стадию ганглиозных клеток, и потребуются дальнейшие исследования, чтобы разделить эту стадию на более мелкие механистические части.

    3.1 Адаптация, вызванная узкополевыми амакриновыми клетками

    Наш вывод о том, что устойчивые Off амакриновые клетки вызывают сенсибилизацию, согласуется с рядом предыдущих результатов. Сенсибилизация сохраняется, когда путь On заблокирован, что делает амакриновые клетки On типа маловероятным кандидатом (Kastner and Baccus, 2013).Модель, воспроизводящая сенсибилизацию, содержит тормозной путь с тоническим выходом, который увеличивает чувствительность во время сенсибилизации за счет растормаживания (Kastner and Baccus, 2011, 2013), и было показано, что устойчивые амакриновые клетки Off функционируют в основном за счет растормаживания (Manu and Baccus, 2011) . Наконец, сенсибилизация происходит в масштабе меньшем, чем центр рецептивного поля ганглиозных клеток (Kastner and Baccus, 2011, 2013), что снижает вероятность того, что тормозная клетка будет иметь большое рецептивное или проективное поле.Устойчивые амакриновые клетки представляют собой узкое поле с небольшими рецептивными и проективными полями (de Vries et al., 2011), особенно по сравнению с временными клетками, такими как полиаксональная амакриновая клетка (Cook et al., 1998; Baccus et al., 2008) .

    3.2 Установление посредника в динамической нелинейной системе

    Установление того, что механизм отвечает за функцию, требует демонстрации того, что механизм необходим, достаточен и активен в нужное время и в нужном месте (Falkow, 2004; Kramer and Davenport, 2015).Хотя предыдущие результаты показывают, что передача от ГАМКергических амакриновых клеток была необходима для сенсибилизации, не было известно, опосредуют ли эти клетки этот процесс, и даже играет ли роль стимул, вызванный активностью в этих клетках. Наши результаты показывают, что снижение стимула, вызванного ингибированием амакринных клеток, необходимо, достаточно и коррелирует с изменениями сенсибилизации (рис. 7). Реакция на высокий контраст в устойчивых амакриновых клетках коррелирует с (рис. 1 и 2) и достаточна для возникновения сенсибилизации (рис. 6).Рисунок 5 показывает, что гиперполяризация амакрина или снижение передачи необходимы и достаточны для создания сенсибилизации. Взятые вместе, эти результаты показывают, что устойчивые амакриновые клетки опосредуют сенсибилизацию сетчатки. В нелинейной нейронной цепи, состояние которой изменяется в миллисекундном масштабе времени, установление причинно-следственной связи требует как динамических возмущений, так и измерений. Кроме того, может быть трудно определить правильное время и место, в котором механизм потенциально может вызвать целевой эффект, и несколько существенных трудностей сталкиваются с быстро растущим полем нейронных возмущений для определения нейронных механизмов (Otchy et al., 2015; Филлипс и Хазенштауб, 2016).

    Рисунок 7:

    Сводка экспериментальных результатов. Высокий контраст приводит к усилению амакринного ответа (Am Resp), гиперполяризации мембранного потенциала амакриновой клетки и снижению амакринной передачи, которая может быть полисинаптической. Цветные полосы указывают на разные экспериментальные выводы. Предыдущие результаты показали, что необходимы ГАМКергические амакриновые клетки, но не то, опосредуют ли они эффект сенсибилизации. Цифры обозначают цифры, которые показывают, что компоненты необходимы, достаточны или связаны с сенсибилизацией.В целом гиперполяризация или передача амакриновых клеток, или и то и другое, необходимы и достаточны для сенсибилизации и коррелируют с сенсибилизацией.

    Одна проблема, которую следует учитывать, заключается в том, что описанный механизм — это не просто конкретный нейронный компонент, такой как клетка или синапс, но фактически динамический ответ этого компонента; какой-то другой динамический отклик того же компонента может вызвать другой процесс. Таким образом, тесты на достаточность и необходимость должны согласовывать динамическое возмущение с конкретным паттерном нейронной реакции (Manu and Baccus, 2011), что требует как записи, так и возмущения одних и тех же клеток.Кроме того, показ того, что механизм активен в нужное время и в нужном месте, должен учитывать нелинейности и задержки в схеме, поэтому вычислительная модель системы имеет решающее значение для выполнения этого требования, как это было в нашем исследовании. Обратите внимание, что такая модель не должна учитывать все детали схемы, но должна учитывать сигналы, которые проходят через возмущенные нейроны, и те, которые проходят через другие недоступные нейронные пути, как мы это сделали здесь. Большинство современных исследований мозга еще не достигли этих требований, хотя существует достаточно экспериментальных и вычислительных методов, и можно ожидать, что они будут применяться, чтобы выявить причинный вклад динамических нейронных механизмов в дополнительные сложные динамические функции.

    3.3 Обновление прогнозируемой сенсибилизации

    Сенсибилизация была предложена для формирования прогноза будущего местоположения движущегося объекта, учитывая ожидание того, что если объект перемещается, он, вероятно, будет присутствовать поблизости в ближайшем будущем (Kastner and Baccus, 2013). Во время зрительной сенсибилизации эффект подавления трансмиссии амакриновых клеток, по-видимому, оказывает большее влияние на кривую ответа ганглиозных клеток, чем эффект амакриновых клеток после гиперполяризации (рис. 4). Однако мы обнаружили, что прямое манипулирование потенциалом амакринной клеточной мембраны из одной клетки во время сенсибилизации может отменить большую часть эффекта сенсибилизации (рис. 5).Хотя эта разница может быть результатом различий в экспериментальных условиях, когда в одном случае ток подавался после высококонтрастного визуального стимула, стоит учитывать, что в естественных условиях большее изменение устойчивого потенциала амакринной клеточной мембраны может действовать, чтобы отменить сенсибилизацию из-за зрительный стимул. Если это так, новый стимул, эффективный для деполяризации этих амакриновых клеток, мог бы действовать в немедленном масштабе — быстрее, чем сенсибилизация — чтобы потенциально отменить ранее созданную сенсибилизацию.Эта локальная отмена сенсибилизации может происходить даже на уровне одной амакриновой клетки. Таким образом, учитывая прогностический характер сенсибилизации, чтобы предупредить ганглиозную клетку о возможности нового движения локализованного объекта, последующее движение этого объекта, которое деполяризует амакриновые клетки Off-типа, могло бы служить для отмены предыдущей сенсибилизации, таким образом, позволяя реагировать. к новому движению и действиям, чтобы сделать это новое место чувствительным для последующих стимулов. Для подтверждения этой гипотезы о локальных стимулах для динамического обновления состояния сенсибилизации потребуются дальнейшие эксперименты.

    3.4 Адаптивное торможение в две стадии включает различные сенсибилизирующие компоненты

    Адаптация противостоит сенсибилизации в нервных путях, ведущих к нижестоящему нейрону. Таким образом, конечный результат чистой сенсибилизации в любой момент времени зависит от превышения сенсибилизации над адаптацией в рамках этих путей. Согласно модели, согласно которой уменьшение возбуждения вызывает адаптацию (Ozuysal and Baccus, 2012; Jarsky et al., 2011), а уменьшение ингибирования вызывает сенсибилизацию, чистая сенсибилизация должна возникать из-за различий в свойствах возбуждающей и тормозной пластичности.В двух выявленных нами компонентах сенсибилизации — адаптации амакринного ответа и снижении передачи амакрина — конкретная динамика, величина и порог этих процессов будут влиять на степень сенсибилизации. Биполярные клетки предположительно вызывают адаптацию амакринного ответа, и, таким образом, свойства адаптации амакринного ответа и возбуждающей адаптации биполярных клеток могут напрямую нейтрализовать друг друга (Kastner and Baccus, 2013; Nagel et al., 2015), хотя различия могут возникать из-за различных свойств, таких как возбуждающий и тормозной синаптические пороги.Напротив, преимущество создания сенсибилизации в два этапа может заключаться в том, что изменения в передаче амакрина могут позволить генерировать сенсибилизацию с динамикой, отличной от другой возбуждающей пластичности в цепи.

    Свойства сенсибилизации различаются по величине и динамике между ганглиозными клетками в зависимости от условий стимула (Kastner and Baccus, 2013). Изменение ингибирования за счет комбинированного воздействия двух источников — предположительно, биполярных синапсов и амакриновых синапсов — потенциально может обеспечить гибкость в динамике сенсибилизации в различных ганглиозных клетках.Более того, ингибирование, даже со стороны устойчивых выключенных амакриновых клеток, играет в цепи несколько ролей (Manu and Baccus, 2011; de Vries et al., 2011), что, вероятно, накладывает дополнительные ограничения на то, насколько тот или иной элемент может адаптироваться и при этом поддерживать его широкий функционал. Учитывая, что, как мы показали, ингибирование влияет на порог ответа ганглиозных клеток (рисунки 2, 5 и 6), и этот порог ганглиозных клеток имеет решающее значение для оптимальных свойств ответа сетчатки (Pitkow and Meister, 2012; Kastner et al. al., 2015), эти амакриновые клетки могут играть и другие роли в цепи, которая может накладывать дополнительные ограничения на динамику их ответа.

    3.5 Изменение торможения как форма кратковременного хранения информации

    Ингибиторная пластичность была предложена для поддержки возбуждающе-тормозного баланса, наблюдаемого в корковых цепях (Vogels et al., 2011; Landau et al., 2016). Мы рассмотрели альтернативную функцию, когда сенсибилизация, возникающая из-за ингибирующей пластичности, действует как форма краткосрочного хранения информации в течение нескольких секунд (Kastner and Baccus, 2013).Наблюдаемое здесь уменьшение торможения выполняет ту же функцию, что и увеличение возбуждения, что было теоретически обосновано в вычислительной модели корковой кратковременной рабочей памяти (Hempel et al., 2000; Mongillo et al., 2008; Pereira and Wang, 2015). ). Если кратковременная синаптическая пластичность действительно лежит в основе кратковременной памяти, следует учитывать, что стимулирующее синаптическое облегчение и тормозящая синаптическая депрессия могут вносить свой вклад, и что разная динамика может сочетаться из разных типов синапсов.

    3.6 Общая схема для прогнозирования

    Сенсибилизация является прогнозируемой в ганглиозных клетках, которые действуют как детекторы признаков для стимулов, таких как дифференциальное движение. Для сильного стимула обнаружение предпочтительной функции стимула клетки приводит к повышенной чувствительности к этой функции (Kastner and Baccus, 2013). Поскольку адаптация и синаптическая депрессия широко распространены в нервной системе, общая стратегия прогнозирования может заключаться в контроле чувствительности к признаку с помощью тормозного пути, который подавляет эту особенность, позволяя депрессии торможения генерировать специфичную для особенности сенсибилизацию и, таким образом, повышение будущей чувствительности этой функции.Повышенная чувствительность из-за специфического снижения ингибирования может, таким образом, лежать в основе сенсибилизации, наблюдаемой в коре головного мозга (Cohen-Kashi Malina et al., 2013; Ganmor et al., 2010; Mohar et al., 2013), и может отражать общий механизм прогнозирования в нервной системе.

    4 Экспериментальные процедуры

    4.1 Подготовка к эксперименту

    Ганглиозные клетки сетчатки личиночных тигровых саламандр любого пола регистрировали с использованием набора из 60 электродов (многоканальные системы), как описано (Kastner and Baccus, 2011).Видеомонитор проецировал визуальные стимулы с частотой 30 Гц, контролируемой Matlab (Mathworks), с использованием Psychophysics Toolbox (Brainard, 1997; Pelli, 1997). Стимулы имели постоянную среднюю интенсивность 10 мВт / м 2 .

    4.2 Внутриклеточная регистрация

    Одновременная внутриклеточная и многоэлектродная регистрация изолированной интактной сетчатки саламандры выполнялась, как описано (Manu and Baccus, 2011). Устойчивые амакриновые и горизонтальные клетки были идентифицированы по их мгновенной реакции и их пространственно-временным рецептивным полям (рис. 1C и S1A), при этом горизонтальные клетки лишены тормозящего окружения и имеют диаметр более 300 мкм и мкм.Для некоторых клеток мы подтвердили, что они на самом деле были амакриновыми клетками, заполнив их и визуализировав (n = 4) (Рисунок S1B).

    Выходные данные функций ответа ганглиозных клеток для экспериментов по передаче (рис. 2 и 5) были определены как максимальная частота срабатывания в окне 50 мс, усредненная по всем испытаниям для каждой амплитуды вспышки. Все быстродействующие ганглиозные клетки, которые реагировали в контрольных условиях (рис. 2В) со средним ответом более 11 Гц, были включены в анализ для определения изменений в передаче (рис. 2 и 5).

    Эксперименты по записи и воспроизведению (рис. 6) проводились, как описано ранее (Manu and Baccus, 2011). Вкратце, была записана реакция амакринной клетки на зрительный стимул. Затем визуальный отклик во время высокого контраста был деконволюционирован с помощью экспоненциального фильтра, улавливающего постоянную времени мембраны, чтобы создать ток, необходимый для ввода для воспроизведения отклика амакриновой клетки на высокий контраст. Введенный ток был масштабирован так, чтобы стандартное отклонение составляло 500 пА.Эта величина тока в устойчивых Off амакриновых клетках, по оценкам, вызывает изменение мембранного потенциала со стандартным отклонением 9,6 мВ (Manu and Baccus, 2011).

    4.3 Измерение рецептивного поля

    Пространственно-временные рецептивные поля измерялись в одном или двух измерениях стандартным методом обратной корреляции (Chichilnisky, 2001) пиковой реакции с визуальным стимулом, состоящим из квадратов, взятых из бинарного распределения, или линии, построенные из гауссовского распределения белого шума, такие, что где F ( x, t, τ ) — фильтр с линейным откликом в позиции ( x, y ), а задержка τ , с ( x, y, t ) — интенсивность стимула в положение ( x, y, ) и время t , нормализованное к нулевому среднему, r ( t ) — это скорость активации ганглиозной клетки или мембранный потенциал амакриновой клетки, а T — продолжительность записи.

    Для всех записей амакриновых клеток рецептивное поле амакриновой клетки измерялось в режиме онлайн, а стимул центрировался на рецептивном поле амакриновой клетки. Расстояние между амакриновой и ганглиозной клетками определяли как расстояние между центрами двумерных гауссовских аппроксимаций их рецептивных полей.

    4.4 Измерение изменяющихся кривых отклика

    Во время высокого контраста амплитуда вспышки мигала с периодом 200 мс и 100% контрастом Майкельсона, определяемым как ( I макс. — I мин. ) / ( I макс. + I мин. ).Во время низкого контраста амплитуда контраста вспышки случайным образом изменялась каждые 400 мс и была одним из девяти значений в диапазоне от 0 до 16% контраста. Изменение распределения амплитуд медленнее, чем время интеграции ганглиозных клеток, позволило быстро измерить функцию ответа ганглиозных клеток без необходимости измерения временного фильтра ганглиозных клеток (Brenner et al., 2000). Синхронизировавшись со зрительным стимулом, мы вводили в амакринную клетку произвольно чередующиеся, гиперполяризующие или деполяризующие импульсы тока.Мы вычислили кривые реакции, которые были функцией зрительного стимула в течение L раннего , G E ( s ), в качестве контроля, G E + ( с ) с использованием тока деполяризации и G E- ( с ) с использованием гиперполяризационного тока, и аналогично, G L ( с ), G L + ( s ) и G L- ( s ) в течение L конец (рис. 2A и B).

    Мы исследовали влияние тока амакриновых клеток на световой ответ контрольных ганглиозных клеток во время L поздно , G L ( s ), что приблизительно соответствует устойчивому низкоконтрастному ответу. Кривые отклика при различных условиях стимула были приблизительно сигмоидальными, но с разными наклонами и средними точками, предполагая, что одна кривая могла быть преобразована в другую с помощью четырех параметров, которые смещали и масштабировали кривую отклика по горизонтали или вертикали, или по обоим.Таким образом, мы зафиксировали преобразование, вызванное амакриновым током, с помощью манипуляций с G L ( s ), отражающими изменения четырех параметров. Два параметра, которые смещаются и масштабируются по горизонтали, были µ , которые смещались на G L ( с ) относительно зрительного стимула с и ν , который масштабировался на G L ( s ) по горизонтали относительно s .Эти два параметра изменили порог и наклон G L ( s ). Два параметра, которые вертикально смещали и масштабировали кривую: α, , который сдвигает вывод по вертикали, и β , который масштабирует вывод. Эти два параметра изменяют минимальный и максимальный выход функции отклика (рисунок S2A).

    Ранее был сделан вывод, что введение тока в устойчивые Off амакриновые клетки изменяет световой ответ быстрых Off ганглиозных клеток в соответствии с пресинаптическим эффектом, доставляемым до резкого порога на конце биполярной клетки (Manu and Baccus, 2011).Поэтому мы измерили, какая часть влияния тока может быть зафиксирована только с использованием входных параметров, µ и ν для преобразования, по сравнению с использованием всех четырех параметров. В качестве примера с использованием условия деполяризующего тока: для преобразования с использованием всех четырех параметров T 4 Dep = ( µ + I , ν + I , α + I , β + I ), это было вычислено путем нахождения параметров, которые минимизировали разницу между G L ( s ) и βG L + ( e ν s + µ ) + α .Принимая во внимание, что для преобразования, которое только управляло входными параметрами, T Dep = ( µ + I 1 , ν + I ), мы стремились найти значения, которые минимизировали разница между G L ( s ) и G L + ( e ν s + µ ). Параметр мультипликативного масштабирования ν был увеличен до экспоненты, чтобы клетки могли проявлять свои мультипликативные эффекты независимо, т.е.е. одна амакриновая клетка, действующая с параметром масштабирования ν , будет масштабировать стимул на e ν , а две клетки будут масштабировать стимул на e .

    Для тока гиперполяризации во время L ранний , что изменило кривую отклика с G L ( с ) на G L- ( с ), два Параметры преобразования T Hyp = ( µ −I , ν −I ) составили 79.9 ± 3,2% от общего эффекта подвода тока, определенного с помощью преобразования T 4 Hyp . Решая для T Hyp , мы ограничили µ и ν как положительные. Для тока деполяризации, который изменил кривую отклика с G L ( с ) на G L + ( с ), преобразование T Dep На приходилось 82.3 ± 3,2% от общего эффекта инжекции тока, T 4 Dep . Для преобразования T Dep мы ограничили µ и ν отрицательными. Следовательно, преобразование входной зависимости светового отклика улавливает большую часть эффекта инжекции тока, что согласуется с инжекцией тока, преимущественно работающей за счет воздействия на терминал биполярных клеток, пресинаптических до быстрых ганглиозных клеток Off-типа (n = 60 пар клеток , 24 амакриновых клетки).

    Мы также измерили, какая часть сенсибилизации может быть зафиксирована только двумя параметрами преобразования T Sens = ( µ S , ν S ). Для сенсибилизации, которая изменяет световой отклик с G L ( s ) в течение L поздно до G E ( s ) во время L начало , горизонтальное смещение и масштабирование на T Sens составили 83.2 ± 2,8% от общего эффекта сенсибилизации, найденного с использованием T 4Sens = ( µ S , ν S , α S , β S ). Для восстановления после сенсибилизации, изменив G E ( s ) на G L ( s ) с использованием только горизонтального смещения и масштабирования, T Sens , составило 87,8 ± 2.0% от общего эффекта восстановления от сенсибилизации. Таким образом, большая часть эффекта сенсибилизации была также захвачена посредством горизонтального сдвига и масштабирования светового ответа, что согласуется с пресинаптическим эффектом (n = 43 клеточных пары, 23 амакриновых клетки).

    Все кривые ответа ганглия были построены с использованием сигмовидной функции: где м + y 0 — максимальное значение, x 1 / 2 — значение x, при котором функция равна половине расстояния между максимальным значением и y 0 , и r управляет скоростью увеличения функции.Кривые не экстраполировались за пределы данных. Метрика ошибки представляла собой среднеквадратичную разницу (среднеквадратичное значение) между сигмовидными аппроксимациями измеренной функции отклика и преобразованной функции отклика. Доля отклика, полученная с помощью двухпараметрического преобразования T 2 по сравнению с преобразованием T 4 , вычислялась как; где E T2 и E T4 были ошибками, оставшимися после преобразований T 2 и T 4 соответственно, а E 0 — это среднеквадратичная разница между кривыми без каких-либо манипуляций.

    4.5 Параметр масштабирования

    κ для учета нескольких амакриновых клеток и величины текущей инъекции

    Для учета эффектов нескольких амакриновых клеток и того факта, что влияние текущей инъекции на одну клетку может отличаться по величине от эффект сенсибилизации, мы вычислили для эффекта инъекции тока параметр µ , который горизонтально сдвигал кривую ответа ганглиозных клеток, и параметр ν , который горизонтально масштабировал кривую ответа ганглиозных клеток, G ( e ν с + µ ), чтобы преобразовать кривую ответа ганглиозных клеток во время контрольных условий в кривую ответа при введении тока, что дает преобразование T Hyp = ( µ −I , ν — I ) для преобразования контрольной кривой, G L ( s ), на гиперпо ларизованная кривая, G L− ( s ), в течение L конец .Для сравнения мы вычислили эффекты сенсибилизации между G L ( s ) в течение L поздним и G E ( s ) в течение L ранний как преобразование T Sens = ( µ S , ν S ). Затем мы подбираем все параметры ( µ B− , ν B− , κ ) вместе так, чтобы преобразование T Оба = ( µ B− , ν B− ) будет наиболее точно соответствовать влиянию тока путем преобразования G L ( s ) примерно в G L — ( s ) и так, чтобы масштабированное преобразование κ T Оба = ( κ µ B — , κ ν B — ) наиболее точно соответствовали бы эффектам сенсибилизации путем преобразования G L ( S ) приблизительно до G E ( s ).То же самое было сделано для сравнения κ + T Оба , T Rec и T Dep . Доля ошибки, зафиксированная при однократном преобразовании T Оба значения по сравнению с преобразованием T Sens были измерены как; где E T B — ошибка для T Оба , E TSens — ошибки для T Sens и E 0 — среднеквадратичная разница между кривыми G L ( s ) и G E ( s ) кривыми без каких-либо манипуляций.Доля ошибки, зафиксированная T Оба по сравнению с преобразованиями T Hyp , T Rec и T Dep вычислялась аналогично.

    4.6 Линейно-нелинейно-кинетическая модель

    Модель LNK состоит из двух путей, каждый из которых состоит из линейного временного фильтра F LNK ( t ), статическая нелинейность, N ( g ), и кинетическая система первого порядка, определяемая переходной матрицей Q ( u ).Эта модель была оптимизирована, как описано (Ozuysal and Baccus, 2012), и суммирована здесь, за исключением того, что выход первого тормозного пути был объединен со вторым возбуждающим путем до порога. Компоненты были параметризованы, как описано ниже, и все параметры были подобраны вместе с использованием алгоритма оптимизации с ограничениями. Для каждого пути стимул s ( t ) был пропущен через линейный временной фильтр F LNK ( t ) и статическая нелинейность N ( g ),

    Хотя эти два начальных этапа имеют ту же структуру, что и линейно-нелинейная (LN) модель, фильтр и нелинейность являются функциями, отличными от тех, которые вычисляются для модели LN, и оптимизированы, а не вычисляются с использованием обратной корреляции.Блок кинетики модели представлял собой марковский процесс, определяемый формулой где P ( t ) — вектор-столбец из м долей занятости состояний, так что Σ i P i = 1, а Q — это м × м матрица переходов, содержащая константы скорости Q ij , которые управляют переходами между состояниями i и j , с Q ii −Σ i j Q ij .После того, как это дифференциальное уравнение было решено численно, выход модели, r ′ ( t ), был равен одному из уровней занятости состояний, масштабированных к отклику в милливольтах, где c и d — член масштабирования и смещения для всей записи. Состояния и константы скорости были определены как,

    Таким образом, изменение занятости штата было определено как

    Более сложная модель с дополнительной стадией адаптации в пути ингибирования, представляющая входы биполярных клеток в амакриновую клетку, будет необходима для отражения двухэтапной адаптации пути ингибирования, наблюдаемого для локализованного стимула.Эта модель для пространственно-временного стимула потребует многих дополнительных параметров для пространственно-временных фильтров для популяции амакриновых клеток и дополнительной стадии адаптации, и, следовательно, не будет хорошо ограничиваться текущими измерениями.

    4.7 Вклад адаптации потенциала амакринной клеточной мембраны в сенсибилизацию

    Чтобы определить вклад наблюдаемой адаптации потенциала амакринной клеточной мембраны в сенсибилизацию (рис. 4), мы сначала нашли эквивалентное смещение для модели LNK, которое соответствовало измеренной мембране амакриновой клетки. разность потенциалов между L ранним и L поздним (Рисунок 1G).Мы стимулировали модель идентичным стимулом, представленным амакриновым клеткам (рис. 1E), а затем нормализовали стандартные отклонения данных, чтобы они были такими же, как в модели (рис. S4). Это дало нормированную разницу в базовом мембранном потенциале между L ранний и L конец , зарегистрированное для амакриновых клеток (рис. 1G), которое использовалось в качестве смещения модели, эквивалентного измеренной гиперполяризации.

    Чтобы затем определить эффект адаптации амакринового мембранного потенциала к сенсибилизации, мы вычислили модель LN, соответствующую модели LNK, которая содержала единственную кривую нелинейного ответа, показанную на рисунке 4.Чтобы вычислить модель LN, мы стимулировали модель высококонтрастными (50%) вспышками, за которыми последовал низкоконтрастный гауссовский белый шум, либо с, либо без нормализованного смещения мембранного потенциала, применяемого к тормозному пути. Низкоконтрастный белый шум был выбран для создания отклика в тормозном пути модели, который наиболее точно соответствовал ингибирующему ответу в модели во время протокола низкоконтрастной вспышки на рисунке 1E.

    4.8 Сравнение сенсибилизации от зрительной стимуляции и текущей

    Мы провели анализ начальной загрузки, в котором мы взяли пробы с заменой из 57 ганглиозных клеток, сенсибилизированных к высококонтрастным зрительным стимуляциям (т.е. адаптивный индекс > 0), и у нас также были ответы в этих ганглиозных клетках на инъекцию высококонтрастного тока в амакринную клетку. Для каждой повторной выборки мы обнаружили смещение по оси x, которое минимизировало разницу между кривыми L ранняя и L поздняя , и взяли среднее соотношение этого масштабирования между визуальной высококонтрастной стимуляцией. и текущий впрыск.

    Межкультурная адаптация и проверка Немецкого центрального реестра сенсибилизации (CSI-GE) | BMC Musculoskeletal Disorders

  • 1.

    Нильгес П., Нагель Б. Был ли его хронист Шмерц? Dtsch Med Wochenschr. 2007. 132 (41): 2133–8. https://doi.org/10.1055/s-2007-985653.

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 2.

    Пак Д.Дж., Йонг Р.Дж., Кайе А.Д., Урман Р.Д. Хронификация боли: механизмы, текущее понимание и клиническое значение. Curr Pain Headache Rep.2018; 22 (2): 9. https://doi.org/10.1007/s11916-018-0666-8.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 3.

    Treede R-D, Rief W., Barke A, Aziz Q, Bennett MI, Benoliel R, et al. Классификация хронической боли по МКБ-11. Боль. 2015; 156 (6): 1003–7. https://doi.org/10.1097/j.pain.0000000000000160.

    Артикул PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 4.

    Treede R-D, Rief W., Barke A, Aziz Q, Bennett MI, Benoliel R, et al. Хроническая боль как симптом или заболевание: классификация хронической боли IASP по международной классификации болезней (МКБ-11).Боль. 2019; 160 (1): 19–27. https://doi.org/10.1097/j.pain.0000000000001384.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 5.

    Вульф CJ. Центральная сенсибилизация: значение для диагностики и лечения боли. Боль. 2011; 152 (3 приложение): S2–15. https://doi.org/10.1016/j.pain.2010.09.030.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 6.

    Гатчел Р.Дж., Неблетт Р.Центральная сенсибилизация: краткий обзор. J Appl Biobehav Res. 2018; 23 (2): e12138. https://doi.org/10.1111/jabr.12138.

    Артикул Google Scholar

  • 7.

    Nijs J, George SZ, Clauw DJ, Fernández-de-las-Peñas C, Kosek E, Ickmans K, et al. Центральная сенсибилизация при состояниях хронической боли: последние открытия и их потенциал для точной медицины. Lancet Rheumatol. 2021; 3 (5): e383–92. https://doi.org/10.1016/S2665-9913(21)00032-1.

    Артикул Google Scholar

  • 8.

    Международная ассоциация по изучению боли (IASP). Терминология IASP. 2017. https://www.iasp-pain.org/terminology. По состоянию на 18 сентября 2020 г.

    Google Scholar

  • 9.

    Bid DD, Soni NC, Rathod PV, Ramalingam AT. Достоверность содержания и надежность гуджаратской версии центрального реестра сенсибилизации при тестировании и повторном тестировании. Natl J Integr Res Med.2016; 7: 18–24.

    Google Scholar

  • 10.

    Kregel J, Vuijk PJ, Descheemaeker F, Keizer D, van der Noord R, Nijs J, et al. Голландский центральный реестр сенсибилизации (CSI): факторный анализ, различительная способность и надежность повторного тестирования. Clin J Pain. 2016; 32 (7): 624–30. https://doi.org/10.1097/AJP.0000000000000306.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 11.

    den Boer C, Dries L, Terluin B, van der Wouden JC, Blankenstein AH, van Wilgen CP, et al. Центральная сенсибилизация при хронической боли и исследование необъяснимых с медицинской точки зрения симптомов: систематический обзор определений, операционализации и инструментов измерения. J Psychosom Res. 2019; 117: 32–40. https://doi.org/10.1016/j.jpsychores.2018.12.010.

    Артикул Google Scholar

  • 12.

    Nijs J, Van Houdenhove B, Oostendorp RAB. Распознавание центральной сенсибилизации у пациентов с мышечно-скелетной болью: применение нейрофизиологии боли в практике мануальной терапии.Man Ther. 2010. 15 (2): 135–41. https://doi.org/10.1016/j.math.2009.12.001.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 13.

    Akinci A, Shaker MA, Chang MH, Cheung CW, Danilov A, Dueñas HJ, et al. Факторы прогнозирования и клинические биомаркеры для лечения пациентов с хронической болью, вызванной остеоартритом с центральным компонентом сенсибилизации. Int J Clin Pract. 2016; 70 (1): 31–44. https://doi.org/10.1111/ijcp.12749.

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 14.

    Юнус МБ. Фибромиалгия и перекрывающиеся расстройства: объединяющая концепция синдромов центральной чувствительности. Semin Arthritis Rheum. 2007. 36 (6): 339–56. https://doi.org/10.1016/j.semarthrit.2006.12.009.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 15.

    Аарон Л.А., Бухвальд Д. Обзор доказательств перекрытия необъяснимых клинических состояний. Ann Intern Med. 2001; 134 (9_Part_2): 868–81.

    CAS Статья Google Scholar

  • 16.

    Латремольер А., Вульф CJ. Центральная сенсибилизация: генератор гиперчувствительности к боли за счет центральной нервной пластичности. J Pain. 2009. 10 (9): 895–926. https://doi.org/10.1016/j.jpain.2009.06.012.

    Артикул PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 17.

    Mayer TG, Neblett R, Cohen H, Howard KJ, Choi YH, Williams MJ, et al. Разработка и психометрическая проверка центральной инвентаризации сенсибилизации. Pain Pract.2012. 12 (4): 276–85. https://doi.org/10.1111/j.1533-2500.2011.00493.x.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 18.

    Неблетт Р. Центральная информационная инвентаризация: руководство пользователя. J Appl Biobehav Res. 2018; 23 (2): e12123. https://doi.org/10.1111/jabr.12123.

    Артикул Google Scholar

  • 19.

    Куэста-Варгас А.И., Неблетт Р., Кьяротто А., Крегель Дж., Найс Дж., Ван Вильген С.П. и др.Размерность и надежность центрального реестра сенсибилизации в объединенной многострановой выборке. J Pain. 2018; 19 (3): 317–29. https://doi.org/10.1016/j.jpain.2017.11.006.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 20.

    Битон, DE, Bombardier C, Guillemin F, Ferraz MB. Руководство по процессу кросс-культурной адаптации самоотчетов. Позвоночник. 2000; 25: 3186–91.

    CAS Статья Google Scholar

  • 21.

    Laekeman M, Kuss K, Seeger D, Schäfer A. Zentrale Sensibilisierung erkennen. В: Der Central Sensitization Inventory wird ins Deutsche übersetzt und validier. München: pt Zeitschrift für Physiotherapeuten; 2017. с. 71–3.

  • 22.

    Laekeman M, Ehrhardt S, Kuss K, Petzke F, Dieterich A, Neblett R, et al. Мнения экспертов и пациентов о межкультурном переводе и адаптации Центрального реестра сенсибилизации на немецкий язык; 2019. https://doi.org/10.26226/MORRESSIER.5D4434D306F5C40FC448474D.

    Забронировать Google Scholar

  • 23.

    Mokkink LB, Terwee CB, Knol DL, Stratford PW, Alonso J, Patrick DL, et al. Контрольный список COSMIN для оценки методологического качества исследований свойств измерения: уточнение его содержания. BMC Med Res Methodol. 2010; 10 (1): 22. https://doi.org/10.1186/1471-2288-10-22.

    Артикул PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 24.

    de Vet HCW, Terwee CB, Mokkink LB, Knol DL. Измерение в медицине: практическое руководство. Кембридж: Издательство Кембриджского университета; 2011. https://doi.org/10.1017/CBO9780511996214.

    Забронировать Google Scholar

  • 25.

    Radbruch L, Loick G, Kiencke P, Lindena G, Sabatowski R, Grond S, et al. Проверка немецкой версии краткого описания боли. J Управление симптомами боли. 1999. 18 (3): 180–7. https://doi.org/10.1016/S0885-3924(99)00064-0.

    CAS Статья Google Scholar

  • 26.

    Клайн П. Справочник психологического тестирования. 2-е изд. Лондон: Рутледж; 2000.

    Google Scholar

  • 27.

    Hüppe M, Kükenshöner S, Bosse F, Casser HR, Kohlmann T., Lindena G, et al. Schmerztherapeutische Versorgung в Германии — unterscheidet ambulante und stationäre Patienten zu Behandlungsbeginn ?: Eine Auswertung auf Basis des KEDOQ-Schmerz-Datensatzes.Шмерц. 2017; 31 (6): 559–67. https://doi.org/10.1007/s00482-017-0240-z.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 28.

    Hüppe M, Kükenshöner S, Böhme K, Bosse F, Casser H-R, Kohlmann T, et al. Schmerztherapeutische Versorgung в Германии — unterscheiden sich teilstationär versorgte Patienten von den ambulant oder stationär versorgten bei Behandlungsbeginn ?: Eine weitere Auswertung auf Basis des KEDOQ-Schmerz-Datensatzes.Шмерц. 2020; 34 (5): 421–30. https://doi.org/10.1007/s00482-020-00480-y.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 29.

    Wolfe F, Clauw DJ, Fitzcharles M.-A, Goldenberg DL, Häuser W., Katz RS, et al. Критерии и шкалы тяжести фибромиалгии для клинических и эпидемиологических исследований: модификация предварительных диагностических критериев ACR для фибромиалгии. J Rheumatol. 2011. 38 (6): 1113–22. https://doi.org/10.3899/jrheum.100594.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 30.

    Ruscheweyh R, Marziniak M, Stumpenhorst F, Reinholz J, Knecht S. Болевую чувствительность можно оценить путем самооценки: Разработка и проверка анкеты по болевой чувствительности. Боль. 2009. 146 (1-2): 65–74. https://doi.org/10.1016/j.pain.2009.06.020.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 31.

    Ruscheweyh R, Verneuer B, Dany K, Marziniak M, Wolowski A, Colak-Ekici R, et al.Валидация опросника болевой чувствительности у пациентов с хронической болью. Боль. 2012. 153 (6): 1210–8. https://doi.org/10.1016/j.pain.2012.02.025.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 32.

    Nilges P, Essau C. Die Depressions-Angst-Stress-Skalen: Der DASS — ein Screeningverfahren nicht nur für Schmerzpatienten. Шмерц. 2015; 29 (6): 649–57. https://doi.org/10.1007/s00482-015-0019-z.

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 33.

    Löwe B, Spitzer RL, Zipfel S, Herzog W. Gesundheitsfragebogen für Patienten (PHQ-D). Руководство и Testunterlagen. 2-е изд. Карлсруэ: Pfizer; 2002. https://www.klinikum.uni-heidelberg.de/fileadmin/Psychosomatische_Klinik/download/PHQ_Manual1.pdf

    Google Scholar

  • 34.

    Freynhagen R, Baron R, Gockel U, Tölle TR. Обнаружение боли: новый скрининговый опросник для выявления нейропатических компонентов у пациентов с болью в спине. Curr Med Res Opin.2006. 22 (10): 1911–20. https://doi.org/10.1185/030079906X132488.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 35.

    Rehm SE, Koroschetz J, Gockel U, Brosz M, Freynhagen R, Tolle TR, et al. Поперечное исследование 3035 пациентов с фибромиалгией: подгруппы пациентов с типичными сопутствующими заболеваниями и профилями сенсорных симптомов. Ревматология (Оксфорд). 2010. 49 (6): 1146–52. https://doi.org/10.1093/rheumatology/keq066.

    Артикул Google Scholar

  • 36.

    Салливан М.Дж., епископ С.Р., Пивик Дж. Масштаб катастрофической боли: разработка и проверка. Psychol Assess. 1995. 7 (4): 524–32. https://doi.org/10.1037/1040-3590.7.4.524.

    Артикул Google Scholar

  • 37.

    Мейер К., Спротт Х., Маннион А.Ф. Межкультурная адаптация, надежность и валидность немецкой версии шкалы катастрофизации боли. J Psychosom Res. 2008. 64 (5): 469–78. https://doi.org/10.1016/j.jpsychores.2007.12.004.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 38.

    Häuser W, Jung E, Erbslöh-Möller B, Gesmann M, Kühn-Becker H, Petermann F, et al. Подтверждение анкеты обследования фибромиалгии в рамках поперечного обследования. PLoS One. 2012; 7 (5): e37504. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0037504.

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 39.

    Basler H-D. Marburger Fragebogen Zum Habituellen Wohlbefinden. Шмерц. 1999. 13 (6): 385–91. https://doi.org/10.1007/s004820050216.

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 40.

    Казис Л.Е., Селим А., Роджерс В., Рен XS, Ли А., Миллер ДР. Распространение методов и результатов исследования здоровья ветеранов: заключительные комментарии и последствия для будущих стратегий мониторинга в системе здравоохранения ветеранов и за ее пределами.J Ambul Care Manag. 2006. 29 (4): 310–9. https://doi.org/10.1097/00004479-200610000-00007.

    Артикул Google Scholar

  • 41.

    Ware JE, Kosinski M, Keller SD. Краткое обследование состояния здоровья из 12 пунктов: построение шкал и предварительные тесты на надежность и валидность. Med Care. 1996. 34 (3): 220–33. https://doi.org/10.1097/00005650-199603000-00003.

    Артикул PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 42.

    Petzke F, Hüppe M, Kohlmann T, Kükenshöner S, Lindena G, Pfingsten M и др. Handbuch Deutscher Schmerz-Fragebogen. 2020. https://www.schmerzgesellschaft.de/fileadmin/pdf/DSF_Handbuch_2020.pdf.

    Google Scholar

  • 43.

    Фон Корфф М., Ормель Дж., Киф Ф.Дж., Дворкин С.Ф. Оценка степени выраженности хронической боли. Боль. 1992. 50 (2): 133–49. https://doi.org/10.1016/0304-3959(92)-4.

    Артикул Google Scholar

  • 44.

    Frettlöh J, Maier C, Gockel H, Hüppe M. Validität des Mainzer Stadienmodells der Schmerzchronifizierung bei unterschiedlichen Schmerzdiagnosen. Шмерц. 2003. 17 (4): 240–51. https://doi.org/10.1007/s00482-003-0227-9.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 45.

    Schuler M, Schwarzmann G. Das Mainzer Stadienmodell der Schmerzchronifizierung ist auch bei stationären geriatrischen Patienten zur Graduierung chronischer Schmerzen geeignet.Шмерц. 2020; 34 (4): 332–42. https://doi.org/10.1007/s00482-020-00455-z.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 46.

    McHorney CA, Тарлов АР. Индивидуальный мониторинг пациента в клинической практике: адекватны ли имеющиеся обследования состояния здоровья? Qual Life Res. 1995. 4 (4): 293–307. https://doi.org/10.1007/BF01593882.

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 47.

    Shrout PE, Fleiss JL. Внутриклассовые корреляции: использование при оценке надежности оценщика. Psychol Bull. 1979. 86 (2): 420–8. https://doi.org/10.1037/0033-2909.86.2.420.

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 48.

    Koo TK, Li MY. Руководство по выбору и представлению коэффициентов внутриклассовой корреляции для исследования надежности. J Chiropr Med. 2016; 15 (2): 155–63. https://doi.org/10.1016/j.jcm.2016.02.012.

    Артикул PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 49.

    Cuesta-Vargas AI, Roldan-Jimenez C, Neblett R, Gatchel RJ. Межкультурная адаптация и валидность испанского центрального реестра сенсибилизации. Springerplus. 2016; 5 (1): 1837. https://doi.org/10.1186/s40064-016-3515-4.

    Артикул PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 50.

    Браун М.В., Кадек Р. Альтернативные способы оценки соответствия модели. Sociol Methods Res. 1992. 21 (2): 230–58. https://doi.org/10.1177/004002005.

    Артикул Google Scholar

  • 51.

    Schermelleh-Engel K, Moosbrugger H, Müller H. Оценка соответствия моделей структурных уравнений: тесты значимости и описательные критерии согласия. Методы Psychol Res Online. 2003; 8: 23–74.

    Google Scholar

  • 52.

    Prinsen CAC, Vohra S, Rose MR, Boers M, Tugwell P, Clarke M, et al. Как выбрать инструменты измерения результатов для результатов, включенных в «Набор основных результатов» — практическое руководство.Испытания. 2016; 17 (1): 449. https://doi.org/10.1186/s13063-016-1555-2.

    Артикул PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 53.

    Коэн Дж. Статистический анализ мощности для наук о поведении. 2-е изд. Хиллсдейл: Л. Эрлбаум Ассошиэйтс; 1988.

    Google Scholar

  • 54.

    Кендалл М.Г. Методы ранговой корреляции. Лондон: Гриффин; 1975.

    Google Scholar

  • 55.

    R Основная команда. R: язык и среда для статистических вычислений. Вена: Фонд R для статистических вычислений; 2018. https://www.R-project.org/

    Google Scholar

  • 56.

    Rosseel Y. Lavaan: пакет R для моделирования структурных уравнений. J Stat Softw. 2012; 48: 1–36.

    Артикул Google Scholar

  • 57.

    Бюнер М. Exploratorische Faktorenanalyse.В: Einführung in die Test- und Fragebogenkonstruktion. 3-е изд. Мюнхен: Пирсон; 2011. с. 295–378.

    Google Scholar

  • 58.

    Chiarotto A, Viti C, Sulli A, Cutolo M, Testa M, Piscitelli D. Межкультурная адаптация и валидность итальянской версии центральной инвентаризации сенсибилизации. Опорно-двигательный аппарат Sci Pract. 2018; 37: 20–8. https://doi.org/10.1016/j.msksp.2018.06.005.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 59.

    Шарма С., Джа Дж., Патак А., Неблетт Р. Перевод, межкультурная адаптация и свойства измерения непальской версии центрального реестра сенсибилизации (CSI). BMC Neurol. 2020; 20 (1): 286. https://doi.org/10.1186/s12883-020-01867-1.

    Артикул PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 60.

    Билика П., Неблетт Р., Георгудис Г., Димитриадис З., Фандридис Е., Стримпакос Н. и др. Кросс-культурная адаптация и психометрические свойства греческой версии центральной инвентаризации сенсибилизации.Pain Pract. 2020; 20 (2): 188–96. https://doi.org/10.1111/papr.12843.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 61.

    Танака К., Нишигами Т., Мибу А., Манфуку М., Йоно С., Шинохара Ю. и др. Валидация японской версии реестра центральной сенсибилизации у пациентов с нарушениями опорно-двигательного аппарата. PLoS One. 2017; 12 (12): e0188719. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0188719.

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 62.

    Кнежевич А., Неблетт Р., Еремич-Кнежевич М., Томашевич-Тодорович С., Боскович К., Колович П. и др. Кросс-культурная адаптация и психометрическая проверка сербской версии центральной инвентаризации сенсибилизации. Pain Pract. 2018; 18 (4): 463–72. https://doi.org/10.1111/papr.12618.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 63.

    Caumo W., Antunes LC, Elkfury JL, Herbstrith EG, Busanello Sipmann R, Souza A, et al. Центральная инвентаризация сенсибилизации подтверждена и адаптирована для населения Бразилии: психометрические свойства и их связь с нейротрофическим фактором мозга.J Pain Res. 2017; 10: 2109–22. https://doi.org/10.2147/JPR.S131479.

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 64.

    Knezevic A, Neblett R, Colovic P, Jeremic-Knezevic M, Bugarski-Ignjatovic V, Klasnja A, et al. Конвергентная и дискриминантная валидность сербской версии центральной инвентаризации сенсибилизации. Pain Pract. 2020; 20 (7): 724–36. https://doi.org/10.1111/papr.12900.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 65.

    Petzke F, Clauw DJ, Ambrose K, Khine A, Gracely RH. Повышенная болевая чувствительность при фибромиалгии: влияние типа стимула и способа его подачи. Боль. 2003. 105 (3): 403–13. https://doi.org/10.1016/S0304-3959(03)00204-5.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 66.

    Wolfe F, Walitt B, Rasker JJ, Häuser W. Первичная и вторичная фибромиалгия одинаковы: универсальность полисимптоматического дистресса. J Rheumatol. 2018; 46: 204–12.

    Артикул Google Scholar

  • 67.

    Вулф Ф., Мишо К., Буш Р. Э., Кац Р. С., Раскер Дж. Дж., Шахури Ш. и др. Полисимптоматический дистресс у пациентов с ревматоидным артритом: понимание непропорциональной реакции и ее спектра: непропорциональная реакция пациента при РА. Arthritis Care Res (Хобокен). 2014; 66 (10): 1465–71. https://doi.org/10.1002/acr.22300.

    Артикул Google Scholar

  • 68.

    Schäfer AGM, Joos LJ, Roggemann K, Waldvogel-Röcker K, Pfingsten M, Petzke F. Болевой опыт пациентов с мышечно-скелетной болью + центральная сенсибилизация: сравнительное групповое исследование Delphi. PLoS One. 2017; 12 (8): e0182207. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0182207.

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 69.

    Kregel J, Schumacher C, Dolphens M, Malfliet A, Goubert D, Lenoir D, et al.Конвергентная валидность голландского центрального реестра сенсибилизации: ассоциации с психофизическими показателями боли, качеством жизни, инвалидностью и познаниями в отношении боли у пациентов с хронической болью в позвоночнике. Pain Pract. 2018; 18 (6): 777–87. https://doi.org/10.1111/papr.12672.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 70.

    Хендрикс Э., Вугт Л., Ленуар Д., Коппитерс И., Икманс К. Конвергентная достоверность перечня центральной сенсибилизации при хронических расстройствах, связанных с хлыстовой травмой; ассоциации с количественным сенсорным тестированием, интенсивностью боли, утомляемостью и психосоциальными факторами.Pain Med. 2020; 21: 2401–3412.

    Артикул Google Scholar

  • 71.

    Wijnhoven HAH, de Vet HCW, Picavet HSJ. Распространенность нарушений опорно-двигательного аппарата у женщин систематически выше, чем у мужчин. Clin J Pain. 2006. 22 (8): 717–24. https://doi.org/10.1097/01.ajp.0000210912.95664.53.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 72.

    Craner JR, Sperry JA, Evans MM.Взаимосвязь между катастрофической болью и результатами трехнедельной комплексной программы реабилитации боли. Pain Med. 2016; 17 (11): 2026–35. https://doi.org/10.1093/pm/pnw070.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 73.

    Donath C, Geiß C, Schön C. Валидация основного набора показателей результатов, сообщаемых пациентами, для реализации успеха в мультимодальной терапии боли: полезно ли для описания долгосрочного успеха? BMC Health Serv Res.2018; 18 (1): 117. https://doi.org/10.1186/s12913-018-2911-6.

    Артикул PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 74.

    Неблетт Р., Хартцелл М.М., Уильямс М., Беверс К.Р., Майер Т.Г., Гатчел Р.Дж. Использование центрального реестра сенсибилизации (CSI) в качестве показателя результатов лечения для пациентов с хроническим болевым синдромом в позвоночнике в программе функционального восстановления. Spine J. 2017; 17 (12): 1819–29. https://doi.org/10.1016/j.spinee.2017.06.008.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 75.

    Arndt S, Turvey C, Andreasen NC. Корреляция и прогнозирование оценок психиатрических симптомов: корреляция Спирманса r и тау Кендалла. J Psychiatr Res. 1999. 33 (2): 97–104. https://doi.org/10.1016/S0022-3956(98)-2.

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 76.

    Piscitelli D, Pellicciari L.Отзывчивость: пора ли выйти за рамки порядковых оценок и приблизиться к интервальным измерениям? Clin Rehabil. 2018; 32 (10): 1426–7. https://doi.org/10.1177/02618794069.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 77.

    Grimby G, Tennant A, Tesio L. Использование исходных оценок порядковых шкал: время положить конец злоупотреблениям? J Rehabil Med. 2012; 44 (2): 97–8. https://doi.org/10.2340/16501977-0938.

    Артикул PubMed Google Scholar

  • Адаптация анализа сенсибилизации кожи к химически определенным культурам | Интернет-исследования в области здравоохранения и окружающей среды (HERO)

    ID ГЕРОЯ

    8213797

    Тип ссылки

    Журнальная статья

    Заголовок

    Адаптация анализа сенсибилизации кожи к химически определенной культуре

    Авторы)

    Мариглиани, Б; Сильва, JVMA; Балоттин, LBL; Сильва, КРД; Баптиста, LS; Кампос, CBLD; Аугусто, EDFP

    Год

    2019 г.

    Проверяется коллегами?

    да

    Журнал

    Токсикология In Vitro
    ISSN: 0887-2333
    EISSN: 1879-3177

    Объем

    57

    Номера страниц

    145-153

    Язык

    английский

    DOI

    10.1016 / j.tiv.2018.12.004

    Абстрактный

    В настоящее время существуют три метода in vitro, принятые Организацией экономического сотрудничества и развития для тестирования химических веществ, основанные на третьем ключевом событии пути неблагоприятного исхода сенсибилизации кожи — активации дендритных клеток. Все они используют питательную среду с добавлением фетальной бычьей сыворотки (FBS), что имеет технические недостатки и проблемы с благополучием животных.Целью этого исследования было проанализировать возможность исключения использования FBS в тесте активации клеточной линии человека (h-CLAT). После успешного внедрения h-CLAT с использованием клеток THP-1, культивированных в среде, содержащей FBS, было предпринято несколько попыток адаптировать клетки THP-1 к четырем различным бессывороточным средам. Наилучшие результаты были получены при постепенной адаптации к среде RPMI-1640 с добавкой HL-1 ™ и к X-VIVO ™ 10. Адаптированные клетки замораживали и подвергали проверке реактивности.После утверждения они использовались для определения дозы и проверки квалификации. Несмотря на незначительные изменения в исходном протоколе, можно было правильно предсказать сенсибилизирующий потенциал десяти веществ, определяющих квалификацию, с использованием клеток THP-1, адаптированных к X-VIVO ™ 10, что указывает на возможность отказа от использования FBS в организме человека. -CLAT, используя среду определенного химического состава. © 2018 Elsevier Ltd

    Ключевые слова

    Альтернативы использования животных; Питательные среды, бессывороточные; Дерматит, аллергический контакт; Методы in vitro; Тесты на токсичность

    человек сенсорный прием | Britannica

    Основные характеристики сенсорных структур

    Один из способов классификации сенсорных структур — это стимулы, на которые они обычно реагируют; таким образом, существуют фоторецепторы (для света), механорецепторы (для искажения или изгиба), терморецепторы (для тепла), хеморецепторы (например,g., для химических запахов) и ноцицепторов (для болевых раздражителей). Эта классификация полезна, поскольку показывает, что различные органы чувств могут иметь общие черты в способах преобразования (преобразования) энергии стимула в нервные импульсы. Таким образом, слуховые клетки и вестибулярные (балансные) рецепторы в ухе и некоторые рецепторы кожи одинаково реагируют на механическое смещение (искажение). Поскольку многие из тех же принципов применимы к другим животным, их рецепторы можно изучать как модели человеческих чувств.Кроме того, многие животные наделены специализированными рецепторами, которые позволяют им обнаруживать раздражители, которые люди не могут почувствовать. Ямская гадюка, например, может похвастаться исключительной чувствительностью к «невидимому» инфракрасному свету. У некоторых насекомых есть рецепторы ультрафиолетового света и феромонов (химические сексуальные аттрактанты и афродизиаки, уникальные для их собственного вида), что также превышает сенсорные возможности человека.

    структуры уха

    Структуры наружного, среднего и внутреннего уха.

    Encyclopædia Britannica, Inc.

    Независимо от анатомической формы все органы чувств имеют общие основные черты:

    (1) Все органы чувств содержат рецепторные клетки, которые особенно чувствительны к одному классу энергии стимула, обычно в пределах ограниченного диапазона интенсивности. Такая селективность означает, что каждый рецептор имеет свой собственный «адекватный» или правильный или нормальный раздражитель, поскольку, например, свет является адекватным раздражителем для зрения. Однако другие энергии («неадекватные» стимулы) также могут активировать рецептор, если они достаточно интенсивны.Таким образом, можно «увидеть» давление, когда, например, большой палец приложен к закрытому глазу и можно увидеть яркое пятно (фосфен) в поле зрения в месте, противоположном месту прикосновения.

    (2) Чувствительный механизм для каждой модальности часто локализован в организме на принимающей мембране или поверхности (например, сетчатке глаза), где расположены нейроны-преобразователи (сенсорные клетки). Часто сенсорный орган включает в себя дополнительные структуры, направляющие стимулирующую энергию к рецепторным клеткам; таким образом, обычно прозрачные роговица и хрусталик внутри глаза фокусируют свет на сенсорных нейронах сетчатки.Сами нервные клетки сетчатки более или менее защищены от невизуальных источников энергии окружающей структурой глаза.

    (3) Первичные преобразователи или сенсорные клетки в любой рецепторной структуре обычно соединяются (синапс) со вторичными входящими (афферентными) нервными клетками, несущими нервный импульс. В некоторых рецепторах, таких как кожа, отдельные первичные клетки обладают нитевидными структурами (аксонами), которые могут быть длиной в несколько ярдов, петляя прямо из-под поверхности кожи через подкожные ткани, пока не достигнут спинного мозга.Здесь каждый аксон кожи завершается и синапсируется со следующим нейроном (второго порядка) в цепи. Напротив, каждая первичная рецепторная клетка в глазу имеет очень короткий аксон, полностью содержащийся в сетчатке, который синапсирует с сетью из нескольких типов нейронов второго порядка, называемых интернункциональными клетками, которые, в свою очередь, синапсы с третьим порядком. нейроны, называемые биполярными клетками, — все еще в сетчатке. Аксоны биполярных клеток выходят афферентно за сетчатку, оставляя глазное яблоко, чтобы сформировать зрительный нерв, который входит в мозг, чтобы установить дальнейшие синаптические связи.Если рассматривать эту зрительную систему как единое целое, можно сказать, что сетчатка — это расширенная часть мозга, на которую может напрямую падать свет.

    синапс; нейрон

    Химическая передача нервного импульса в синапсе. Прибытие нервного импульса к пресинаптическому окончанию стимулирует высвобождение нейромедиатора в синаптическую щель. Связывание нейромедиатора с рецепторами на постсинаптической мембране стимулирует регенерацию потенциала действия в постсинаптическом нейроне.

    Encyclopædia Britannica, Inc.

    Из таких афферентных нервов нейроны еще более высокого порядка образуют все более сложные связи с анатомически отдельными путями ствола мозга и более глубокими частями мозга (например, таламусом), которые в конечном итоге заканчиваются определенными принимающими областями в коре головного мозга (извитой внешней оболочкой). мозга). Различные сенсорные воспринимающие области локализованы в определенных областях коры головного мозга, например, затылочные доли в задней части мозга для зрения, височные доли по бокам для слуха и теменные доли в верхней части мозга для тактильной функции.

    Межкультурная адаптация и валидность испанской центральной информационной инвентаризации | SpringerPlus

    В настоящем исследовании была завершена кросс-культурная адаптация CSI с английского на испанский, в результате чего была создана версия этой инвентаризации CSI-Sp. Конструктивная валидность и внутренняя согласованность CSI-Sp были определены независимо, и оба оказались сильными. Однофакторная структура этих психометрических свойств показала, что можно использовать единый суммарный балл (Doward and McKenna 2004).Однофакторное решение, которое появилось в факторном анализе, составило значительную долю дисперсии и показало доказательства, подтверждающие наличие конструктной валидности. Однако результаты настоящего исследования контрастируют с английской (Mayer et al. 2012), голландской (Kregel et al. 2015) и французской (Pitance et al. 2016) версиями. Первые две версии показали четырехфакторную модель, а французская версия — пятифакторная. Однако эти исследования не удовлетворяли трехбалльным требованиям для экстракции, рекомендованным Костелло и Осборном, 2005 г., и, с другой стороны, наше исследование показало объясненную низкую дисперсию (Костелло и Осборн, 2005 г.).И английская, и голландская версии продемонстрировали 3 (Garratt 2009; Heinricher et al. 2009; Costello and Osborne 2005; Terwee et al. 2007) или 5 (Garratt 2009; Heinricher et al. 2009; Kregel et al. 2015; Stratford 2004). при недостаточной нагрузке на любой фактор. Однофакторное решение имеет решающее значение, если PRO используется с единственной суммированной оценкой, и впоследствии оно отражает конструкцию, для которой оно используется в первую очередь, — представление единственного условия CS.

    Обнаружена высокая надежность повторного тестирования (ICC = 0.91), что соответствовало результатам повторного тестирования английской (0,82) (Mayer et al. 2012), голландской (0,88) (Kregel et al. 2015) и французской версий (0,91–0,94) (Pitance et al. др., 2016). Следовательно, текущее исследование показывает, что CSI-Sp должен оказаться надежным инструментом. Анализ внутренней согласованности показал уровень 0,872, что ниже принятых пороговых значений 0,95 для избыточности элементов (Terwee et al. 2007). Сходства были обнаружены во внутренней согласованности всех 25 пунктов CSI в первоначальном исследовании английской версии (α Кронбаха = 0.879) (Mayer et al. 2012) и голландской версии (Kregel et al. 2015) (α Кронбаха = 0,91).

    Настоящий перевод соответствует доступности CSI-Sp для второго по величине географически используемого языка (United Nations 2016). Ранее была проведена кросс-культурная адаптация шкалы для применения в испанском контексте (Muñiz et al. 2013 ). Крайне важно использовать обоснованные и надежные исследовательские меры, соответствующие культурным и языковым особенностям.

    Сильные стороны настоящего исследования включали его перспективный характер и достаточное количество субъектов; включение последовательных пациентов; и ограниченная систематическая ошибка отбора (Kass and Tinsley, 1979).

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.