SYSTEM INFORMACYJNY CZŁOWIEKA
Właściwości żywych organizmów oparte są na:
Żadna żywa istota nie stanowi całkowicie zamkniętego, autonomicznego systemu. Dla jej istnienia niezbędny jest ciągły, aktywny kontakt ze środowiskiem za pomocą strumienia informacji. Informacje, czyli wiadomości, związane są z jakimś fizycznym nośnikiem i przekazywane od nadawcy do odbiorcy, wywołując u niego określoną reakcję. Działając na człowieka, informacja podlega:
Zbieranie informacji u człowieka odbywa się przy pomocy receptorów. Są to wyspecjalizowane komórki nerwowe, które stanowią pierwsze piętro hierarchicznego systemu nerwowego biorącego w tym procesie udział. Pobudzenie receptorów wywołuje przewodzenie impulsów do ośrodków czuciowych, gdzie powstają wrażenia zmysłowe. Można wyróżnić w nich wrażenia typu prostego i złożone. Proste wrażenie zmysłowe polega na subiektywnej ocenie bodźców pobudzających odpowiednie receptory i nosi nazwę czucia. Pojęciem wyższego rzędu jest percepcja. Jest to złożone wrażenie zmysłowe, obejmujące jednocześnie kilka rodzajów czucia, dzięki czemu pozwala ściślej rozpoznać zarówno bodziec jak i źródło go emitujące. Warunkiem odbierania wrażeń zmysłowych jest jednoczesne przewodzenie impulsacji czuciowej przez drogi czuciowe swoiste i nieswoiste. Drogi swoiste przewodzą impulsy w czasie snu (fizjologicznego, narkozy). Zahamowane są wówczas drogi nieswoiste. Po uszkodzeniu dróg swoistych, a nie naruszeniu - nieswoistych, wrażenia zmysłowe są odbierane, ale nie rozpoznawane.
Mechanizm spostrzegania oparty jest na procesach psychologicznych i systemie połączeń nerwowych. Jest bardzo skomplikowany, polega nie tylko na stałym rozpoznawaniu i dopasowywaniu dostarczanego z zewnątrz sygnału do wzorca przechowywanego w pamięci, ale także na innym, bardziej elastycznym systemie. Technika porównywania ze wzorcem poprzedzona jest procesem przekształcenia tych sygnałów. Znaczną rolę odgrywa czas potrzebny na interpretację prezentowanego sygnału. Świadomość ma wpływ na jego wartość. Proces interpretacji zależy od: stopnia trudności (niepełne informacje), możliwości konkurencyjnej sygnału (wieloznaczność przyczyną złudzeń), wpływu poprzednich doświadczeń. Każda informacja musi być zintegrowana w spójną interpretację całego obrazu (nic nie spostrzegamy w izolacji).
Człowiek może odbierać informacje zarówno o otoczeniu jak i o swym wnętrzu. Wyspecjalizowały się w jego organiźmie specyficzne struktury biologiczne tzw. receptory:
Informacja zawarta w potencjale generującym zostaje zakodowana w receptorze w postaci potencjału czynnościowego, czyli serii krótkotrwałych impulsów o stałej amplitudzie, niezależnej od wartości potencjału generującego. Impuls nerwowy jest to nagła, chemiczna zmiana potencjału błony komórkowej (zakłócenie stanu spoczynkowego). Właśnie to zakłócenie, a nie ładunki elektryczne, jest przewodzone poprzez drogi nerwowe. Nośnikiem informacji jest częstość impulsów. W obrębie receptorów oraz innych komórek nerwowych zachodzi też proces przetwarzania informacji, podczas którego ulega zmianie jej ilość. Proces ten może przyjąć różne formy:
Przetwarzanie, a następnie przenoszenie informacji odbywa się w sposób:
Przenoszenie informacji odbywa się w kanale informacyjnym, rolę którego pełni włókno nerwowe. W trakcie tego procesu, niezależnie od długości pokonywanej drogi, informacja o sile bodźca, zakodowana w postaci częstości impulsów nie ulega zmianie. Maksymalna zdolność przenoszenia informacji we włóknie nerwowym (przepustowość kanału) jest ograniczona, nie przekracza kilkuset impulsów /sek. Zwiększenie jej ilości możliwe jest jedynie przez zwiększenie liczby kanałów. Maksymalna ilość informacji docierająca do zmysłów człowieka osiąga wartość 10 bit /sek. System nerwowy człowieka w znacznym stopniu blokuje strumień informacji i selektywnie wybiera ważne, eliminując nadmiar nieistotnych. Podczas blokowania, nadmiar informacji jest wykorzystywany do uruchomienia mechanizmów hamujących, które utrudniają jej dopływ do wyższych pięter. Człowiek na zewnątrz może przekazać 10 bitów /sek. informacji. Jest to o około 100 tys. razy mniej niż ilość odebranych świadomie. Różnica wynika z możliwości zmagazynowania jej w pamięci. Maksymalna zdolność krótkotrwałego zapamiętywania informacji wynosi około 20 bitów /sek., a trwałego - ~ 1 bita /sek.
Zależność pomiędzy wejściem (Wej) a wyjściem (Wyj) nosi nazwę funkcji przenoszenia, która może mieć następujące charakterystyki:
Czas obiegu informacji od receptora do efektora, czyli organu wykonawczego kształtuje się od 0.07 do 0.12 sek. Wartość ta uważana jest za bio-logiczną jednostkę czasu, co odpowiada właściwej reakcji człowieka.
Przez pojęcie organizm rozumiana jest organizacja, zapewniająca harmonijne działanie całości, a nie tylko zbioru komórek. Tworzą go: układy, narządy i systemy. W procesie informacyjnym żywego organizmu bierze udział system:
Systemy te pełnią rolę centralnego koordynatora poszczególnych narządów, układów ,a także pojedynczych komórek.
System immunologiczny człowieka
Jest to system ważny dla życia człowieka. W strukturze swej jest bardzo złożony i rozbudowany. Służy do przekazywania i wykorzystania informacji immunologicznej. Jego zadaniem jest wykrywanie, niszczenie obcych komórek i substancji naruszających ustalony wzorzec komórek własnych oraz wprowadzanie do pamięci informacji o tym. Dysponuje on siecią "informatorów" identyfikujących obce ciała i siecią łączności, poprzez którą przekazywane są ustalenia informatorów do centrum informacyjnego.
W wyniku tych operacji zostają zmobilizowane centra odpornościowe. System immunologiczny prowadzi także rejestrację "intruzów". Zapisywane są wzorce antygenowe, dzięki którym, sprawniej i efektywniej przebiega zwalczanie infekcji, jakich już wcześniej organizm doświadczył. Celem tego systemu jest zatem walka o przeżycie całego organizmu. W warunkach normalnych dla zdrowia, wpływ jego jest nikły. Dużą rolę odgrywa w stanach chorobowych. Ma własne problemy, prawa i zakresy zainteresowań. Jego zasady działania określane są jako tzw. "państwo w państwie".
System hormonalny człowieka
Ogólny poziom aktywności zdrowego organizmu możliwy jest jedynie w ściśle określonych, wąskich granicach. Wymagane są stabilne wartości parametrów wewnętrznych. Zmienne warunki środowiska w jakich przebywa człowiek nie zapewniają tego. Stabilizację i regulację tych parametrów zapewnia system hormonalny (rys. 12.1).
Rys. 12.1. Schemat blokowy systemu hormonalnego człowieka
Jest on odpowiedzialny za stan zwany homeostazą. Odpowiada więc za kontrolowanie, regulowanie i utrzymywanie stałych parametrów bio chemiczno-fizycznych ustroju przy zmiennych warunkach zewnętrznych. System ten ma strukturę hierarchiczną. Na każdym poziomie wytwarzane są zarówno hormony pośrednie, sterujące wydzielaniem na niższym poziomie, jak i substancje będące hormonami ostatecznymi, oddziaływującymi na wyspecjalizowane komórki określonych narządów. Najwyższe piętro w tym sterowaniu zajmuje podwzgórze, skąd poprzez przysadkę mózgową są przesyłane informacje do poszczególnych gruczołów, a stamtąd do wszystkich komórek i tkanek całego ciała. Droga przesyłania rozkazów nie jest identyczna dla wszystkich gruczołów. W niektórych przypadkach jest jednokierunkowa, w innych występuje sprzężenie zwrotne. Wówczas proces ten podlega stałej kontroli i informacji o stanie aktualnym funkcjonowania narządu oraz stwarza możliwości ciągłej korekty dążącej do wartości żądanej. Zasada działania systemu hormonalnego porównywana jest do transmisji telewizyjnej: nie ma ustalonego ani od-biorcy, ani nadawcy. Transmisja odbywa się w długim czasie i skutki jej są długotrwałe. Tabela 12.1. zawiera typowe funkcje niektórych gruczołów dokrewnych.
... TABELA 12.1.
Typowe funkcje systemu hormonalnego realizowane przez niektóre jego elementy składowe
Nazwa - gruczoł |
Pełnione funkcje |
|
| nadnercza | zawiaduje gospodarką energetyczną organizmu | |
| odpowiada za jego ogólny rozwój i poziom aktywności, tzw. stresy * | ||
| tarczyca | reguluje metabolizm, obniża zawartość Ca2+ we krwi | |
| przeciwdziała odwapnieniu kości | ||
| przytarczycy | powoduje wzrost Ca2+, odwapnia kości | |
| trzustki | wytwarza i stabilizuje wydzielanie insuliny, | |
| szyszynki | reguluje ośrodki snu i czuwania (tzw. 3-cie oko), | |
| grasicy | szczególnie aktywny w okresie rozwoju, | |
| odpowiada grasicy za odporność organizmu, |
*) Przez stres rozumiany jest stan aktywny organizmu, natomiast stan zmian w organiźmie pod wpływem czynnika zewnętrznego (zagrożenie), czyli wpływ stresu nazywany jest strain-em.
System nerwowy człowieka
System nerwowy człowieka panuje nad mechanicznymi i chemicznymi czynnikami integrującymi funkcjonowanie organizmu. Własności i funkcje pod-systemów nerwowych są wyraźnie rozdzielone. Można w nim wyróżnić trzy podsystemy (rys. 12.2.): ośrodkowy zwany centralnym, obwodowy zwany peryferyjnym oraz autonomiczny zwany wegetatywnym.
Rys. 12.2. Schemat blokowy systemu nerwowego człowieka
Ośrodkowy system nerwowy
Mózg i rdzeń stanowi jego lokalizację. Jest on masywnym skupiskiem komórek nerwowych (tzw. masa szara) tworzących złożone węzły, sieci i jądra (tzw. masa biała), gdzie następuje przekazywanie sygnałów pomiędzy komórkami. Ośrodkowy system nerwowy ma do spełnienia następujące funkcje:
W większości przypadków, lewa i prawa strona ośrodkowego systemu nerwowego pełni funkcje identyczne np: czynności ruchowe zlokalizowane są w przednich partiach mózgowia i rdzenia, a czuciowe - z tyłu.
Rysunek 12.3. przedstawia w sposób schematyczny główne części ośrodkowego systemu nerwowego człowieka wraz z ich funkcjami, rys. 12.4. - lokalizację funkcji w korze mózgowej, a rys. 12.5. - lokalizację funkcji w okolicach ruchowej i czuciowej.
Rys. 12.3. Główne części ośrodkowego układu nerwowego człowieka wraz z ich funkcjami
Rys. 12.4. Rozmieszczenie płatów w półkuli mózgowej (a), oraz lokalizacja w niej różnych funkcji (b)
Rys. 12.5. Lokalizacja funkcji ruchowych i czynnościowych w półkuli mózgowej
Część elementarną tego systemu stanowi komórka nerwowa. Pod względem strukturalnym różni się ona od innych komórek. Najważniejsze elementy strukturalne komórki nerwowej (neuronu) przedstawione są na rys. 12.6.
Rys. 12.6. Elementy strukturalne komórki nerwowej:
Jądro kieruje wszystkimi funkcjami komórki. Wypustki komórki nerwowej stanowią dendryty i zawsze tylko jeden akson. Dendryty wprowadzają informacje do ciała komórki (somy). Może ich być nieograniczona ilość. Akson - wyprowadza sygnały z komórki na zewnątrz do odbiorników (inny neuron lub efektor), jest głównym rejonem przewodzenia. W komórce nerwowej można wyróżnić następujące strefy czynnościowe:
- wejście (dendryty i częściowo soma),
- inicjacja impulsów (początkowy odcinek aksonu),
- przewodzenie impulsów (akson),
- wyjście (zakończenie aksonu).
Charakter sygnałów wejściowych i wyjściowych jest identyczny.
Neuron składa się z substancji organicznych i wodnych roztworów soli o małej zawartości sodu (Na) i dużej potasu (K). Otaczające go środowisko ma co prawda ten sam skład chemiczny, ale o odwrotnej proporcji. Podstawowa zasada przyrody opiera się na równowadze chemicznej. Dynamika neuronu wynika z różnicy koncentracji substancji chemicznych wewnętrznych i zewnętrznych. Sód z otoczenia dyfunduje do wnętrza neuronu, a potas - w stronę przeciwną. Znajdujące się w roztworze wodnym komórki, chlorki Na i K są częściowo zjonizowane. Wskutek jonizacji, atomy te i atomy chloru zawierają ładunki elektryczne (rys. 12.7.).
Rys. 12.7. Geneza impulsu we włóknie nerwowym
Wnętrze komórki jest spolaryzowane w stosunku do środowiska zewnętrznego. W wyniku dyfuzji powstaje różnica potencjału między środowiskiem zewnętrznym i wewnętrznym. Impuls przekazywany jest tylko w jedną stronę, ponieważ obszar, skąd przyszło pobudzenie, jest nie wrażliwy przez pewien czas, zwany czasem refrakcji. Jest on potrzebny na odtworzenie substancji chemicznych, biorących u-dział w reakcji. Przesuwające się wzdłuż włókna nerwowego impulsy elektryczne są przejawem zmian znaków ładunków jonowych. Są to sygnały natury elektrycznej lub chemicznej o charakterze impulsów, nie zmieniające swej wartości z odległością przekazu. Neuron ma zdolność do generowania i przewodzenia potencjałów elektrycznych na swej błonie. W chwili pobudzenia komórki, jej potencjał spoczynkowy zamienia się na czynnościowy. Prędkość przewodzenia impulsów wzdłuż włókien nerwowych zależy od ich średnicy i sposobu przewodzenia (skokowy, jednostajny). W systemie nerwowym występuje ciągłość czynnościowa, ale nie ma ciągłości strukturalnej. Poszczególne komórki nerwowe nie są ze sobą zespolone, a jedynie nie bezpośrednio stykają się ze sobą. Obszar styku nosi nazwę synapsy. W jego obrębie dochodzi do zmiany: nośnika z elektrycznego na chemiczny i WYJŚCIA na WEJŚCIE, które różni się znakiem ("+" oznacza działanie pobudzające, "-" - hamujące) i wagą (impulsy ważniejsze i mniej ważne). Jest to kolejna zmiana nośnika w systemie nerwowym. Pierwsza zachodzi na błonie recepcyjnej (tzw. potencjał generujący). Wartość potencjału czynnościowego jest stała na całej swej drodze, natomiast generującego zmienia się wraz z wartością bodźca. W większości synaps przewodzenie pobudzenia odbywa się tylko w jednym kierunku. Mają one funkcje zaworowe lub integracyjne dla informacji. Rozchodzenie się impulsów nerwowych jest uwarunkowane procesami chemicznymi (mediatorami) wyzwalanymi przez synapsy i zachodzące w ich obrębie. Impuls elektryczny jest przekazywany jedynie w kierunku od synapsy do neuronu. W odwrotnym kierunku przekaz może nastąpić jedynie na drodze chemicznej.
Obwodowy system nerwowy
Jest systemem komunikacyjnym, przesyła:
System ten zlokalizowany jest w:
W obwodowym systemie nerwowym można wyróżnić nerwy:
Miejsca, gdzie nerwy rdzeniowe łączą się ze sobą noszą nazwę splotów.
Autonomiczny system nerwowy
Nie tworzy on wyraźnie wydzielonych ośrodków (skupisk). Stanowi twór luźno utkany. Zlokalizowany jest zarówno w ośrodkowym jak i obwodowym systemie nerwowym. Składa się ze: zwojów, splotów i wypustek. nazwę swą zawdzięcza roli jaką pełni. Z jednej strony jest odpowiedzialny za równowagę funkcjonalną organizmu (samoregulujących się), a z drugiej - posiada zdolność sterowania, jak również możliwość przeciwdziałania tym zdolnościom. Pełni też rolę regulatora procesów wegetatywnych, zachodzących w narządach wewnętrznych, nie kontrolowanych przez świadomość. Wg języka komputerowego realizuje ideę przetwarzania rozproszonego.
Rys. 12.8. Schemat blokowy systemu autonomicznego
System autonomiczny (wegetatywny) zawiera w sobie dwie przeciwstawne w działaniu części: sympatyczną (współczulny) i parasympatyczną (przywspółczulny). Część współczulna działa jako całość, jest pobudzana przy różnorodnych obciążeniach emocjonalnych, stwarzając stan pogotowia, natomiast część przywspółczulna działa w sposób raczej fragmentaryczny, podczas stanu odprężenia organizmu. Autonomiczny system nerwowy nie prowadzi z poziomu naszej świadomości "świadomej" kontroli procesów sterowania, regulacji i stabilizacji środowiska organizmu. Rys. 12.9.. i tablica.12.2. przedstawiają przykładowe funkcje tego układu.
... Tabela 12.2.
Funkcje systemu autonomicznego realizowane przez poszczególne narządy
Narząd |
Funkcje układu |
|||
sympatycznego |
parasympatycznego |
|||
| Serce | Przyspieszenie akcji | Zwolnienie akcji | ||
| Źrenica | Rozszerzenie | Zwężenie | ||
| Wątroba | Uwalnianie cukru | Wstrzymanie | ||
| Gruczoły potowe | Wydzielanie | Brak wydzielania | ||
Rys. 12.9. Elementy składowe systemu obwodowego oraz lokalizacja systemu autonomicznego