感觉的信息处理

感觉系统是机体接收外界环境信息的机构。外界的信息通过感觉系统处理变成机体可以感知和利用的形式，使机体能适应外环境的变化。
感觉系统 不同的感官分别对不同物质运动形式的信息加以接受和处理，例如，视觉接收光波信息，听觉接受声振动信息等等。感觉系统的最外端是感受器(如光感受器、热感受器、机械振动感受器等)，它们分别对某一特定的物理刺激敏感，并把外界刺激的变化转变成神经电的变化，以神经脉冲的形式统一编码(参见“神经信息传递和加工”条)。
感受器输出的信息，经过几级神经元的变换，最后投射到皮质，进入不同的感觉区。刺激感官可引起皮质感觉区的电变化，一定刺激条件下在相应感觉区记录到的电变化有一定的波形。在病理情况下，如某一中间核团受损，皮质诱发电位的波形和出现时间都有变化，因此可作为诊断的一种手段。感觉系统在进化过程中发展成十分有效的信息处理系统，能把环境信息中最有用、最重要的信息加以接收，用最经济有效的办法加以处理。例如，视觉系统所处理的信息模式（图象）在时间上和空间上都可变化，是最复杂的信息源，因此其神经元的数目及结构的复杂性也远远超过其他感觉系统。人的视网膜上集中了上亿个神经元，通过数以百万计的视神经纤维同时向中枢传递信息，以平行加工的方式把图象信息进行逐级处理。
对数律与适应性 单个感受细胞的输入输出特性已得到充分的研究，其静态特性一般服从对数律。例如，在视觉系统中输入是光强，输出是发生器电位或动作电位，其关系可表达为f=10lgI+a，其中f为脉冲数/秒，I为光照强度，a为常数。Schwartz.发现不少动物的视网膜与皮质之间拓扑投射关系是一种复对数变换关系。在心理学中，Weber-Fechner律（关于刺激量与感觉量之间关系）实质上也是一种对数关系。“对数律” 带有相当的普遍性，是感受系统对输入信息进行一次压缩，使强刺激出现时不致直接损害系统内部，扩大能感受的信号动态范围。
感受细胞一般对于刺激量的变化十分敏感，刚给予刺激或刺激突然变大时，在电生理仪器上可记录到密集的神经脉冲列，如果刺激强度保持不变，脉冲频率便逐渐稀疏 (图1a)。这种现象在生理学中称为适应性。某些感受器对于刺激的这种动态反应过程，在一定范围内，可用
下列传递函数来描述，
其中参数K1、T1和T0由不同类型感受器的
反应曲线决定。上式可考虑为一个比例环节并联微分环节和惯性环节(图1b)。各类感受器的适应速度不一，但或多或少都表现出这种适应性。所以适应性也是感受器的普遍性质之一，是感受器的（时间）微分性质。

图1 (a)鲎光感受器的适应曲线。纵坐标为瞬时脉冲频率(b)某些感受器传递函数的方框图K₁是比例环
节； T₁S是微分环节；
侧抑制网络 视觉光细胞呈密集的阵列状排列，在视网膜上除了感光细胞以外，还有数量众多的其他类型细胞，相互之间的联系错综复杂，因此视神经纤维向中枢传递的信息并不是单个感受细胞所受到的刺激值，而是与邻近的感受细胞有关系。Hartline发现鲎光感受细胞之间有抑制性的神经纤维相互联系着，称为侧抑制网络。这种侧抑制作用可由两个参数来描述： 抑制系数Kij，表示第j个细胞对第i个细胞的抑制作用； 抑制阈值rpj，表示只有当第j个细胞的兴奋值rj超过rpj时，才能对rp发生抑制作用。细胞相互抑制作用可由下列方程描
……n.rp是第p个感受细
胞在其他细胞也接受光照
下的输出，ep是它单独接
受光照下的反应。由于神
经网络中存在侧抑制作
用，所以使得输入亮度的
空间分布变化，亮度大的
一边有一高峰，亮度低处
有一凹处，其效果使图象
轮廓边缘增强，如图2所
示。侧抑制网络的功能，
是对输入图象在空间上进
行二次微分。侧抑制现象
在听觉、触觉系统以及在
图2 神经网络中的侧抑制作用
虚线表示光亮的空间分布，细实线表示感受量（即侧抑制网络的输出）的分布。横坐标是空间坐标；纵坐标对虚线来说是光量强度，对细实线来说是
感觉量大小。
神经系统中的不同层次上也存在，是感觉系统处理信息的普遍原则之一。
感觉信息的研究，不仅对于某些疾病的诊断有一定意义，而且对感觉代偿也有重要意义。例如一种盲人的感觉代偿方法是把摄象机录取的图象信息变换成阵列状排列的振动刺激，利用患者皮肤的触觉来感知物体形象，在这类工作中必须考虑到感受细胞的动态静态特性、适应性、刺激阵列的排列方式等。在用光信号经摄象机直接刺激盲人的视皮质使患者获得视觉功能的研究中，也需要利用现存的感觉信息的知识。