Тема уроку. Загальне уявлення про сенсорні системи та їхнє значення.
Мета уроку: дати загальне уявлення про аналізатори та їхнє біологічне значення.
Обладнання та матеріали: таблиці зі схемами загального принципу структури й функцій сенсорних систем; схема розташування нервових центрів у корі великого мозку людини.
Базові поняття й терміни: аналізатори, органи чуттів, сенсорні системи, рецептори, детектори, адаптація.
Концепція уроку: відштовхуючись від поняття «чуття», підвести до розуміння того, що організм людини має спеціальні системи чутливих утворень, які сприймають і аналізують певні види подразнень. Показати, що будь-яка сенсорна система складається з трьох основних ланок: рецепторів (сприймальна ланка), нервових шляхів (провідникова ланка) і мозкових центрів (центральна аналізуюча ланка).
Структура і зміст уроку
I.АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ І МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ
Запитання до учнів.
1) Яким чином ми з вами можемо одержувати інформацію про навколишній світ?
2) Що ви маєте на увазі, коли говорите: «Я бачу», «Я чую», «Я відчуваю»?
3) Які види відчуттів ви знаєте?
4) Що станеться, якщо інформація з навколишнього світу припинить до нас надходити?
5) Чому в темряві наші рухи стають невпевненими? Які органи чуттів при цьому повідомляють нам про місце розташування предметів?
II.ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. Розповідь учителя.
1. Загальне поняття про сенсорні системи.
2. Принцип роботи сенсорних систем.
3. Біологічне значення сенсорних систем.
Інформація до теми уроку
Усі відомості про навколишній світ ми одержуємо завдяки п'яти основним чуттям — зору, слуху, дотику, нюху й смаку. Система чутливих нервових утворень, які сприймають і аналізують певний вид подразнень, що діють на людину, називається сенсорною системою.
Найбільшу кількість відомостей про навколишній світ ми одержуємо завдяки зоровій і слуховій сенсорним системам. Крім того, існують смакова, нюхова, шкірна та інші системи. За допомогою кожної із сенсорних систем у людини виникають різні види відчуттів: світлові, звукові, запахові, температурні, больові тощо. Однак у звичайних умовах людина свідомо не може виділити якийсь окремий вид відчуттів. Кожного моменту часу в нас виникають цілі комбінації відчуттів — сприйняття. Людина сприймає світ як ціле, і образи зовнішніх предметів та явищ, які формуються в нас,— це результат об'єднаної роботи багатьох сенсорних систем. Це пов'язане насамперед із тим, що кожна ділянка людського тіла містить кілька видів рецепторів. Наприклад, у ротовій порожнині розташовуються не тільки смакові рецептори, але й температурні, больові тощо. І сенсорні системи працюють не ізольовано одна від одної, а в тісній взаємодії.
Будь-яка сенсорна система складається з трьох основних ланок: рецепторів (сприймальна ланка), нервових шляхів (провідникова ланка) і мозкових центрів (центральна обробна ланка). Нервові шляхи від окремих сенсорних систем спрямовані в певні центри мозку. Нижчі центри можуть розташовуватися в спинному і довгастому мозкові, наступні за складністю — у проміжному мозку, а вищі — у корі великих півкуль. Тут кожна сенсорна система займає певну ділянку. Наприклад, у потиличній зоні розташовується корковий відділ зорової системи, у скроневій — слухової, у тім'яній — шкірної сенсорної системи. Взаємодія окремих відчуттів відбувається в корі головного мозку, куди сходяться сигнали від усіх сенсорних систем. Особливі ділянки кори в лобовій, верхньотім'яній і скроневій зонах називаються асоціативними зонами. Вони забезпечують установлення тісної взаємодії між усіма сенсорними системами й беруть участь у процесах сприйняття образів.
Загальні принципи будови сенсорних систем
Основними загальними принципами будови сенсорних систем вищих хребетних тварин і людини є такі.
1) Багатошаровість, тобто наявність кількох шарів нервових клітин, перший із яких пов'язаний з рецепторами, а останній — із нейронами моторних областей кори великого мозку. Ця властивість дає можливість спеціалізувати неиронні шари на переробці різних видів сенсорної інформації, що дозволяє організмові швидко реагувати на прості сигнали, які аналізуються вже на перших рівнях сенсорної системи.
2) Багатоканальність сенсорної системи, тобто наявність у кожному шарі великої кількості (від десятків тисяч до мільйонів) нервових клітин, пов'язаних із великою кількістю клітин наступного шару. Наявність безлічі таких паралельних каналів обробки й передачі інформації забезпечує сенсорній системі точність і детальність аналізу сигналів і велику надійність.
3) Різна кількість елементів у сусідніх шарах, що формує «сенсорні лійки». Фізіологічний сенс «лійки, що звужується» полягає в зменшенні надмірності інформації, а «лійки, що розширюється» — у забезпеченні роздрібненого та складного аналізу різних ознак сигналу.
Основні функції сенсорної системи
Сенсорна система виконує такі основні функції, або операції, з сигналами: 1) виявлення; 2) розрізнення; 3) передача і перетворення; 4) кодування; 5) детектування ознак; 6) упізнання образів. Виявлення та первинне розрізнення сигналів забезпечується рецепторами, а детектування й упізнання сигналів — нейронами кори великих півкуль. Передачу, перетворення та кодування сигналів здійснюють нейрони всіх шарів сенсорних систем.
Виявлення сигналів починається в рецепторі — спеціалізованій клітині, еволюційно пристосованій до сприйняття подразника певної модальності із зовнішнього чи внутрішнього середовища та перетворення його з фізичної чи хімічної форми у форму нервового збудження.
Класифікація рецепторів. Найбільш важливе практичне значення має психофізіологічна класифікація рецепторів за характером відчуттів, що виникають при їхньому подразненні. Згідно з цією класифікацією у людини розрізняють зорові, слухові, нюхові, смакові, дотикові рецептори, термо-, пропріо- і вестибулорецептори (рецептори розташування тіла і його частин у просторі) й рецептори болю.
Існують рецептори зовнішні (екстерорецептори) і внутрішні (інтерорецептори). До екстерорецепторів належать слухові, зорові, нюхові, смакові, дотикові, до інтерорецепторів — вестибу-ло- і пропріорецептори (рецептори опорно-рухового апарату), а також вісцерорецептори (які сигналізують про стан внутрішніх органів).
За характером контакту із середовищем рецептори поділяються на дистантні, які одержують інформацію на відстані від джерела подразнення (зорові, слухові й нюхові), і контактні, що збуджуються при безпосередньому стиканні з подразником (смакові, тактильні). Залежно від природи подразника, на який вони оптимально налаштовані, рецептори можуть бути поділені на фоторецептори, механорецептори (до них належать слухові, вестибулярні рецептори й тактильні рецептори шкіри, рецептори опорно-рухового апарату, барорецептори серцево-судинної системи), хеморецептори (які включають рецептори смаку й нюху, судинні та тканинні рецептори), терморецептори (шкіри та внутрішніх органів, а також центральні термочутливі нейрони), больові рецептори.
Загальні механізми збудження рецепторів. При дії стимулу на рецепторну клітину відбувається перетворення енергії зовнішнього подразнення на рецепторний сигнал, або трансдукція сенсорного сигналу. Цей процес містить у собі три основні етапи:
1) взаємодія стимулу, тобто молекули пахучої чи смакової речовини (нюх, смак), кванта світла (зір) або механічної сили (слух, дотик) з рецепторною білковою молекулою, розташованою в складі клітинної мембрани рецепторної клітини;
2) внутрішньоклітинні процеси посилення й передачі сенсорного стимулу в межах рецепторної клітини; 3) відкривання іонних каналів, розташованих у мембрані рецептора, через які починає текти іонний струм, що, як правило, приводить до деполяризації клітинної мембрани рецепторної клітини (виникнення так званого рецепторного потенціалу). Абсолютну чутливість сенсорної системи вимірюють порогом реакції. Чутливість і поріг — зворотні поняття: чим вищий поріг, тим нижча чутливість, і навпаки. Чутливість рецепторних елементів до адекватних подразників, до сприйняття яких вони еволюційно пристосовані, гранично висока. Так, нюховий рецептор може збудитися при дії одиничної молекули пахучої речовини, фоторецептор —одиничним квантом світла. Чутливість слухових рецепторів також гранична: якби вона була вищою, ми чули б постійний шум через тепловий рух молекул.
Кодуванням інформації називають здійснюване за певними правилами перетворення інформації на умовну форму — код. У сенсорній системі сигнали кодуються двоїчним кодом, тобто наявністю чи відсутністю електричного імпульсу в той чи інший момент часу. Такий спосіб кодування є вкрай простим і стійким до перешкод.
Детектування сигналів — це вибіркове виділення сенсорним нейроном тієї чи іншої ознаки подразника, яка має адаптивне значення. Такий аналіз здійснюють нейрони-детектори, що вибірково реагують лише на певні параметри стимулу.
Упізнання образів — це кінцева і найбільш складна операція сенсорної системи. Вона полягає у віднесенні образа до того чи іншого класу об'єктів, з якими раніше зустрічався організм, тобто в класифікації образів. Синтезуючи сигнали від нейронів-детекторів, вищий відділ сенсорної системи формує «образ» подразника і порівнює його з безліччю образів, які зберігаються в пам'яті. Упізнання завершується прийняттям рішення про те, з яким об'єктом або ситуацією зустрівся організм. У результаті цього відбувається сприйняття, тобто ми усвідомлюємо, чиє обличчя бачимо перед собою, кого чуємо, який запах відчуваємо.
III.УЗАГАЛЬНЕННЯ, СИСТЕМАТИЗАЦІЯ І КОНТРОЛЬ ЗНАНЬ ТА ВМІНЬ УЧНІВ
Бесіда.
1) Що ми називаємо сенсорними системами?
2) Як працюють наші сенсорні системи?
3) Як називаються спеціальні клітини, що перетворюють різні види енергії на нервовий імпульс?
4) Назвіть основні сенсорні системи людини.
5) Яким чином у рецепторах кодується інформація про характеристики подразників?
IV.САМОСТІЙНА РОБОТА УЧНІВ
Дати відповіді на запитання.
1) Чому чутливість деяких органів чуттів обмежена?
2) Що мають на увазі, коли говорять про адаптацію сенсорних систем?
3) Чи здатні аналізатори під впливом тривалих вправ підвищувати свої функціональні можливості?
4) Чи є впливи зовнішнього середовища, які організм людини не може сприймати?
V. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ
§ 80 підручника.
ХРОНОМЕТРАЖ УРОКУ
Актуалізація опорних знань і мотивація навчальної діяльності 10 хв
Вивчення нового матеріалу 25 хв
Узагальнення, систематизація і контроль знань та вмінь учнів 8 хв
Домашнє завдання 2 хв