Одно из органов чувств человека, испытывающее наибольшую нагрузку при работе за компьютером

Обновлено: 21.11.2024

ЗАЯВЛЕНИЕ О СОЛИДАРНОСТИ С УКРАИНОЙ. Редакция ACM Interactions хочет выразить нашу солидарность с нашими друзьями, близкими и коллегами в осажденной Украине.

Главная
Архивировать
Сентябрь + октябрь 2016 г.
Ощущение будущего гиперконвергентной инфраструктуры: сенсорный интерфейс, вкус и запах

Возможности

Ощущение будущего гиперконвергентной инфраструктуры: пользовательские интерфейсы касания, вкуса и запаха

Авторы:
Марианна Обрист, Карлос Веласко, Чи Ви, Нимеша Ранасингхе, Али Израр, Адриан Чеок, Чарльз Спенс, Поннампалам Гопалакришнаконе

Чувства, к которым мы обращаемся при взаимодействии с технологиями, ограничены. Мы в основном полагаемся на зрение и слух и все чаще осязаем, но вкус и обоняние остаются в основном неиспользованными. Хотя наши знания о сенсорных системах и устройствах быстро росли за последние несколько десятилетий, все еще остается нерешенная проблема в понимании мультисенсорного опыта людей в HCI. Цель состоит в том, чтобы, понимая, как наши органы чувств обрабатывают информацию и как они связаны друг с другом, можно было создавать более богатые впечатления от взаимодействия человека и технологий.

Чтобы справиться с этой задачей, нам нужны конкретные действия в сообществе гиперконвергентной инфраструктуры. Во-первых, мы должны определить, для каких тактильных, вкусовых и обонятельных переживаний мы можем создать дизайн и как осмысленно стимулировать их в технологических взаимодействиях. Во-вторых, нам нужно опираться на предыдущие концепции мультисенсорного дизайна, а также создавать новые. В-третьих, нам необходимо разработать интерфейсы, позволяющие стимулировать неизведанные сенсорные входы (например, цифровой запах), а также интерфейсы, учитывающие отношения между органами чувств (например, интеграцию вкуса и запаха во вкус). Наконец, очень важно понимать, какие ограничения вступают в игру, когда пользователям необходимо одновременно отслеживать информацию, поступающую от нескольких органов чувств.

Не ограничиваясь аудиовизуальными интерфейсами

Несмотря на то, что требуется большая доработка, в последние годы мы стали свидетелями прогресса в мультисенсорном опыте, связанном с осязанием. Для HCI важно использовать весь спектр тактильных ощущений (вибрации, давление, сила, равновесие, тепло, прохлада/влажность, удары током, боль и зуд и т. д.), принимая во внимание активные и пассивные режимы прикосновения и его интеграции с другими чувствами. Это, несомненно, предоставит новые инструменты для разработки интерактивного опыта и поможет раскрыть детали сенсорной стимуляции и эмоциональных реакций.

Более того, и психологи, и нейробиологи продвинулись вперед в области мультисенсорного восприятия за последние десятилетия. Например, они предоставили важную информацию о мультисенсорных взаимодействиях, которые порождают психологическое «чувство вкуса» [1]. Разработка вкусовых и обонятельных интерфейсов, а впоследствии и вкусовых интерфейсов, все еще находится в зачаточном состоянии; Потребуется много работы для создания мультисенсорных систем, которые будут понятны людям и масштабируемы. Тем не менее, технологии быстро развиваются, включая некоторые одноразовые разработки, такие как LOLLio [2], MetaCookie+ [3] и Tongue Mounted Digital Taste Interface/Taste+ [4] (рис. 1).

Taste+ — это пример того, как мультисенсорное взаимодействие может улучшить впечатление от еды (которое по определению является мультисенсорным [1]). Пользователь может усиливать вкус еды и напитков, прикладывая слабые и контролируемые электрические импульсы к своему языку, используя повседневную посуду с электронными усовершенствованиями, такую как ложки и бутылки из-под напитков. Первоначальные экспериментальные результаты показывают, что пользователи воспринимают виртуальные соленые и кислые ощущения.

Переход к химическим ощущениям

Здесь мы хотим подчеркнуть, что есть возможности улучшить способности дизайнеров и разработчиков создавать значимые взаимодействия и использовать весь спектр сенсорных ощущений. Тем не менее, при изучении вкуса и особенно запаха по-прежнему существует много проблем, особенно связанных с межсубъектной изменчивостью, изменением обонятельных предпочтений с течением времени и перекрестными сенсорными влияниями. Никакая другая сенсорная модальность не имеет такого прямого и интенсивного контакта с нейронными субстратами эмоций и памяти, что может объяснить, почему воспоминания, вызванные запахами, часто эмоционально сильны.

Обоняние и вкус известны как химические чувства, поскольку они основаны на химической трансдукции. Мы еще не знаем полностью, как оцифровать эти чувства в контексте человеко-компьютерного взаимодействия по сравнению с другими чувствами, такими как звук и свет, где мы можем измерять частотные диапазоны и преобразовывать их в цифровую среду (биты).

Нам как сообществу необходимо исследовать и разрабатывать методы и схемы проектирования, обеспечивающие как количественные, так и качественные параметры сенсорной стимуляции.В случае осязания процесс значительно облегчается благодаря распространению тактильных технологий (от контактных к бесконтактным устройствам), но мы все еще находимся на ранних стадиях развития вкуса и обоняния. Однако сейчас мы опережаем технологическое развитие благодаря богатому пониманию, достигнутому психологией и неврологией. Таким образом, у нас есть возможность формировать развитие будущих технологий, основанных на вкусе и запахе (рис. 2) [3]. Можно получить базовое представление о том, как можно охарактеризовать эти химические смыслы с точки зрения проектирования человеко-компьютерного взаимодействия.

Например, Обрист и соавт. [5] исследовали характеристики пяти основных вкусовых ощущений (сладкий, соленый, горький, кислый и умами) и предложили схему дизайна. Эта структура описывает характеристики вкусовых переживаний всех пяти вкусов по трем темам: временность, аффективные реакции и воплощение. Особенности каждого отдельного вкуса выделены, чтобы прояснить потенциальные дизайнерские качества отдельных вкусов (рис. 3). Например, сладкие ощущения можно использовать для стимуляции и усиления положительных переживаний, хотя и в ограниченное время, поскольку сладость быстро исчезает, оставляя человека неудовлетворенным. Вкус приятный, но с горько-сладким послевкусием. В отличие от сладкого вкуса, кислый вкус описывается как недолговечный, часто вызывающий удивление из-за его взрывного и резкого характера. Этот вкус ошеломляет своим быстрым появлением и быстрым увяданием. Остается ощущение, что чего-то не хватает.

Чем эта информация полезна для гиперконвергентной инфраструктуры?

LOLLio, игровое устройство, основанное на вкусе, в настоящее время использует кисло-сладкий для положительной и отрицательной стимуляции во время игры. Мы предполагаем, что наша структура может улучшить такие игры, предоставив им детальное представление о конкретных характеристиках вкусовых ощущений, которые можно интегрировать в игровой процесс. Например, когда человек перемещается между связанными уровнями игры, постоянный вкус, такой как горький или соленый, полезен в зависимости от конкретных характеристик этих вкусов. В то время как когда пользователь переходит на разные уровни или выполняет побочную задачу, взрывной вкус, такой как кислый, сладкий или умами, может быть более подходящим. Дизайнер может настроить определенные вкусы в каждой категории, чтобы создать различные аффективные реакции и ощущение свободы действий.

Уже есть ряд предложений, касающихся дизайна мультисенсорных продуктов. Например, Майкл Хаверкамп [6] выдвинул концепцию синестетического дизайна. Идея здесь состоит в том, чтобы достичь «оптимального изображения объектов на основе систематических связей между чувствами». Для этой цели Хаверкамп предлагает дизайнерам учитывать различные уровни взаимосвязей между чувствами, такие как отношения между (абстрактными) сенсорными характеристиками в различных модальностях (например, визуальная форма и вкусовые качества) или семантические ассоциации (например, как функция общей идентичности или значения), которую можно использовать, например, в мультимедийном контексте (рис. 4).

Направления будущих исследований

Основываясь на исследованиях мультисенсорного опыта, можно думать о различных направлениях на будущее. Например, представленные здесь исследования вкусовых ощущений можно обсудить с точки зрения их значимости для дизайна, основываясь на существующих психологических теориях обработки информации (например, рациональном и интуитивном мышлении). Теория двойного процесса, например, объясняет два стиля обработки информации у людей: система 1, основанная на интуиции, с быстрым и автоматическим ассоциативным мышлением и сильными эмоциональными связями; и рассуждения, основанные на Системе 2, которая медленнее и более изменчива, на нее влияют сознательные суждения и установки. Тем не менее, быстрота ощущения кислого вкуса не оставляет Системе 1 достаточно времени, чтобы задействовать его, и заставляет Систему 2 задуматься о том, что только что произошло. Такие реакции, если их точно рассчитать по времени, могут побудить пользователей быть более рациональными в своем мышлении во время продуктивной задачи (например, разбудить кого-то, кто застрял в петле). Более того, правильно представленный вкус может создать синхронный опыт, который может привести к большей когнитивной легкости (для принятия интуитивных решений) или уменьшить когнитивную легкость для поощрения рационального мышления. Обратите внимание, конечно, что вкусовые входные данные обычно используются с другими сенсорными входными данными (например, визуальными) и, таким образом, выравнивание или несоответствие, или конгруэнтность различных входных данных (с точки зрения стиля обработки, эмоций, идентичности и т. д.) , может привести к разным результатам (положительным или отрицательным).

Такого рода исследования могут позволить дизайнерам и разработчикам осмысленно использовать осязание, вкус и запах в человеко-компьютерном интерфейсе и открыть новые способы говорить о вкусовых ощущениях и связанных с ними ощущениях. Люди часто говорят что-то вроде: «Мне это нравится.Это мило», но основные свойства конкретных и часто сложных переживаний в человеко-компьютерном взаимодействии остаются безмолвными и, следовательно, недоступными для дизайнеров. в лицо», которые имеют определенные эмпирические корреляты, могут привести к созданию более богатого словаря для дизайнеров и могут вызвать интересные дискуссии о дизайне взаимодействия.

Кроме того, очень важно определить значимое пространство дизайна для мультисенсорных интерактивных впечатлений. Например, мы редко испытываем чувство вкуса изолированно. Возможно, стремление к психологическому ощущению вкуса было бы правильным, поскольку мы объединяем вкусовые, обонятельные и тройничные/орально-соматосенсорные входы в нашей повседневной жизни всякий раз, когда мы едим или пьем. Здесь важно думать о конгруэнтности и ее способности вызывать различные реакции у пользователя. В то же время очень важно понимать уникальные свойства каждой сенсорной модальности, прежде чем разрабатывать их сенсорную интеграцию в дизайн интерактивных систем.

Изучение этих малоиспользуемых органов чувств не только расширяет пространство для проектирования мультисенсорного человеко-компьютерного взаимодействия, но и помогает улучшить фундаментальное понимание этих органов чувств, а также их межсенсорных ассоциаций.

Благодарности

<р>1. Спенс, К. Мультисенсорное восприятие вкуса. Cell 161, 1 (2015), 24–35.

<р>2. Мурер М., Аслан И., Челиги М. ЛОЛЛИО: Изучение вкуса как игровой модальности. Процесс. ТЭИ 2013. 299–302.

<р>3. Наруми Т., Нисидзака С., Кадзинами Т., Таникава Т. и Хиросе М. Ароматы дополненной реальности: вкусовое отображение на основе съедобного маркера и межмодального взаимодействия. Процесс. CHI 2011. 93–102.

<р>4. Ранасингхе Н., Карунанаяка К., Чеок А.Д., Фернандо О.Н.Н., Нии Х. и Гопалакришнаконе П. Цифровая коммуникация вкуса и запаха. Процесс. 6-й Международной конференции по сетям областей тела. ICST, 2011, 78–84.

<р>5. Обрист М., Комбер Р., Субраманиан С., Пикерас-Фишман Б., Веласко С. и Спенс С. Временные, аффективные и воплощенные характеристики вкусовых переживаний: основа для дизайна. Процесс. CHI 2014. 2853–2862.

<р>6. Хаверкамп, М. Синестетический дизайн: руководство по мультисенсорному подходу, издательство Birkhäuser Verlag, Базель, 2013 г.

Поннампалам Гопалакришнаконе — почетный профессор анатомии в Медицинской школе Йонг Линь Национального университета Сингапура и председатель Программы исследования ядов и токсинов в Национальном университете Сингапура. gopalakrishnakone_pon@nuhs.edu.sg

Разрешение на изготовление цифровых или печатных копий всей или части этой работы для личного использования или использования в классе предоставляется бесплатно при условии, что копии не изготавливаются и не распространяются с целью получения прибыли или коммерческой выгоды, и что на копиях есть это уведомление и полная ссылка на первая страница. Для копирования, повторной публикации, размещения на серверах или распространения в списках требуется предварительное специальное разрешение и/или плата.

Изображение: woodleywonderworks/Flickr

Представьте себе мир, в котором компьютеры нюхают, пробуют на вкус, видят, слышат и осязают. Что ж, это время наступает. Если вы видели, как компьютер по имени Ватсон получил высшие награды в телевизионной викторине Jeopardy!, вы уже видели компьютер, который может понимать людей и реагировать на них.

В следующую эпоху вычислительной техники, которую мы в IBM называем эрой когнитивных систем, аппаратное и программное обеспечение получит удивительные новые возможности, подобные человеческому мозгу, для обучения, адаптации и восприятия, которые коренным образом улучшат то, как люди живут и работают. и взаимодействовать друг с другом.

Каждый год IBM делает прогнозы о пяти технологических инновациях, которые изменят наш образ жизни в ближайшие пять лет. В этом году мы сосредоточимся на способности машин — по-своему — эмулировать пять чувств человека.

Хотя это может показаться неправдоподобным, учтите, что то, что сегодня является de rigueur (смартфоны, планшеты), не существовало еще десять лет назад. Ученые и инженеры продолжают продвигать достижения в различных областях, которые еще больше улучшают и расширяют возможности компьютеров. Те, что связаны с когнитивными системами и их потенциалом для продвижения многочисленных аспектов человеческого опыта — от сельского хозяйства и здравоохранения до управления коммунальными услугами и прогнозирования погоды — весьма впечатляют.

Очень скоро компьютеры смогут видеть... и извлекать мельчайшие данные из медицинских МРТ, КТ и рентгеновских снимков или даже оценивать фотоизображения солнечных пятен на коже.Оценка, анализ и рекомендации «видящего» компьютера станут одним из инструментов, с помощью которых врач назначит своевременное и эффективное лечение.

Поскольку когнитивные системы хорошо выявляют закономерности, коммунальные предприятия однажды будут использовать датчики, ориентированные на зрение, для сканирования фотографий, сделанных после ураганов и размещенных в социальных сетях. Данные, собранные в ходе этого процесса, могут помочь определить приоритетность направления ремонтных бригад в районы с наиболее высокими рисками для безопасности.

Компьютеры также смогут слышать… и обнаруживать движение внутри массивного соседнего дуба, что может предвещать его неминуемую кончину. Предупреждение арбориста о том, что дерево необходимо обрезать или срубить, до того, как оно рухнет, может спасти жизни и защитить имущество.

Если бы компьютер мог "услышать" или определить, как ветер меняет направление во время лесного пожара, пожарные могли бы точно определить свои следующие шаги по локализации пламени, прежде чем оно распространится дальше. Когнитивные вычисления помогут нам услышать и понять, что для нас важно, например разницу между плачем ребенка, когда он голоден, и плачем, когда он ищет утешения.

Когда компьютеры смогут имитировать прикосновения, мы решим одну из самых сложных задач, стоящих перед исследователями когнитивных вычислений. По своей природе прикосновение является физическим опытом. Но с помощью технологий инфракрасной и тактильной, или тактильной обратной связи, мы уже начали имитировать ощущение прикосновения — обычно вибрационные узоры, связанные с физическими объектами — в игровой индустрии.

Вскоре онлайн-продавцы будут использовать тактильные технологии, чтобы покупатели могли «потрогать» товар перед его покупкой. Текстура предмета одежды может быть смоделирована, когда покупателю предлагается провести пальцем по изображению предмета на экране. Он шелковистый или шероховатый? Скоро мы узнаем.

Чувства вкуса и запаха часто связаны между собой, особенно когда речь идет о еде. Когда-нибудь компьютеры смогут удивить нас индивидуальными сочетаниями продуктов, разработанными так, чтобы максимизировать наши любимые вкусы, ароматы и текстуры. Они даже смогут предложить лучшие сочетания, чтобы свести к минимуму чувство голода и оптимизировать питательную ценность доступных продуктов.

Сильное обоняние также помогает людям чувствовать себя в большей безопасности. Компьютер можно заставить работать в крупных художественных музеях, вынюхивая газы, невидимые человеческому носу, которые могут повредить крупные произведения искусства — та же инновация, которая может обнаруживать небезопасные уровни загрязнения воздуха на улицах крупных городов по всему миру.

В эпоху когнитивных вычислений машины больше не будут ограничиваться дедуктивными рассуждениями или выводами на основе более обобщенных данных. Они будут подражать нашей способности использовать индуктивные рассуждения, основанные на конкретных контекстуальных наблюдениях. Мы находимся на грани того, чтобы воспользоваться преимуществами компьютеров, которые могут понять наш опыт, а затем принять меры для создания результатов, которые улучшат то, как мы живем, работаем и играем.

Исследователи не ожидают, что компьютеры полностью заменят человеческие функции. Была причина, по которой победивший в Jeopardy компьютер Watson был назван в честь реального человека и соревновался с настоящими людьми. Истинный успех когнитивных вычислений будет оцениваться не по их способности заменить функции человеческого мозга, а по тем инновациям, которые они высвобождают, предоставляя людям лучшее качество жизни и жизненно важную информацию, необходимую для высвобождения творческого решения проблем. мы решаем самые сложные задачи.

Пол Блум — технический директор отдела исследований в области телекоммуникаций. Он отвечает за применение новейших технологий и исследований IBM в своих двенадцати лабораториях для разработки новых телекоммуникационных решений.

Как только вы встаете с постели, ваши пять чувств начинают активно работать. Солнечный свет, проникающий в ваше окно, запах завтрака, звук вашего будильника. Все эти моменты являются продуктом вашего окружения, органов чувств и вашего мозга.

Способность слышать, осязать, видеть, ощущать вкус и обоняние заложена в вашем теле. И эти пять чувств позволяют вам учиться и принимать решения об окружающем вас мире. Теперь пришло время узнать все о своих чувствах.

Цель пяти чувств

Ваши чувства связывают вас с окружающей средой. С информацией, собранной вашими органами чувств, вы можете учиться и принимать более обоснованные решения. Горький вкус, например, может предупредить вас о потенциально вредных продуктах. Щебетание и твиты птиц говорят о том, что деревья и вода, вероятно, находятся поблизости.

Ощущения собираются органами чувств и интерпретируются в мозгу. Но как такая информация, как текстура и свет, попадает в командный центр вашего тела? Существует специализированная ветвь нервной системы, посвященная вашим чувствам. И вы, наверное, уже догадались, что это называется сенсорной нервной системой.

Органы чувств в вашем теле (подробнее о них чуть позже) связаны с вашим мозгом через нервы. Ваши нервы посылают информацию через электрохимические импульсы в мозг. Сенсорная нервная система собирает и отправляет постоянный поток сенсорных данных из вашего окружения. Эта информация о цвете, форме и ощущении объектов поблизости помогает вашему мозгу определить, что это за объекты.

Каковы ваши пять чувств?

Есть пять основных органов чувств, воспринимаемых телом. Это слух, осязание, зрение, вкус и обоняние. Каждое из этих чувств — это инструмент, с помощью которого ваш мозг создает четкую картину мира.

Уши (слух)
Кожа и волосы (на ощупь)
Глаза (зрение)
Язык (вкус)
Нос (запах)

Данные, собранные вашими органами чувств, помогают вашему мозгу понять, насколько разнообразно и динамично ваше окружение. Это ключ к принятию решений в данный момент и воспоминаний. Теперь пришло время углубиться в каждое чувство и узнать, как вы собираете информацию о звуках, текстурах, образах, вкусах и запахах, с которыми сталкиваетесь.

Нажмите

Кожа — самый большой орган тела, а также основной орган осязания. Научный термин для осязания — механорецепция.

Прикосновение кажется простым, но оно немного сложнее, чем вы думаете. Ваше тело может обнаруживать различные формы прикосновения, а также колебания температуры и давления.

Поскольку прикосновение ощущается всем телом, нервы, которые обнаруживают прикосновение, отправляют информацию в мозг через периферическую нервную систему. Это нервы, которые отходят от спинного мозга и достигают всего тела.

Нервы, расположенные под кожей, отправляют в мозг информацию о том, к чему вы прикасаетесь. Существуют специализированные нервные клетки для различных сенсорных ощущений. Например, кожа на кончиках пальцев имеет другие сенсорные рецепторы, чем кожа на руках и ногах.

Кончики пальцев могут обнаруживать изменения текстуры и давления, например ощущение наждачной бумаги или нажатие кнопки. Руки и ноги покрыты кожей, которая лучше всего определяет растяжение и движение суставов. Кожа на конечностях также посылает в мозг информацию о положении вашего тела.

Кожа губ и ступней ног более чувствительна к легким прикосновениям. Ваш язык и горло имеют свои собственные тактильные рецепторы. Эти нервы сообщают мозгу о температуре еды или напитков.

Вкус

Кстати, о еде и питье. Постарайтесь, чтобы у вас не текли слюнки во время обсуждения следующего смысла. Вкус (или вкус) позволяет вашему мозгу получать информацию о еде, которую вы едите. Когда пища пережевывается и смешивается со слюной, ваш язык занят сбором сенсорных данных о вкусе еды.

Крошечные бугорки по всему языку отвечают за передачу вкусов в мозг. Эти бугорки называются вкусовыми рецепторами. И твой язык покрыт тысячами из них. Каждую неделю новые вкусовые рецепторы заменяют старые, чтобы ваше чувство вкуса оставалось острым.

В центре этих вкусовых рецепторов находится 40–50 специализированных вкусовых клеток. Молекулы пищи связываются с этими специализированными клетками и генерируют нервные импульсы. Ваш мозг интерпретирует эти сигналы, чтобы вы знали, какой вкус у вашей еды.

Есть пять основных вкусов, которые ощущаются вашим языком и передаются в мозг. Они бывают сладкими, кислыми, горькими, солеными и умами. Последний вкус, умами, происходит от японского слова «пикантный». Вкус умами исходит от таких продуктов, как бульон и мясо.

Классическим примером сладкого вкуса является сахар. Кислый вкус исходит от таких продуктов, как цитрусовые и уксус. Соль и продукты с высоким содержанием натрия создают соленый вкус. А ваш язык чувствует горький привкус таких продуктов и напитков, как кофе, капуста и брюссельская капуста.

Ранее общепринятая теория вкуса заключалась в том, что на языке есть области, предназначенные для каждого из пяти вкусов. Это больше не считается правдой. Вместо этого текущие исследования показывают, что каждый вкус можно обнаружить в любой точке языка.

Итак, во время еды или перекусов ваш мозг постоянно получает информацию о продуктах, которые вы едите. Вкусы разных частей еды объединяются, когда вы жуете и глотаете. Каждый вкус, ощущаемый вашим языком, помогает вашему мозгу воспринимать вкус вашей еды.

При следующем приеме пищи проверьте, сможете ли вы определить каждый из пяти вкусов во время еды. Вы по-новому оцените свой мозг и то, как усердно он работает, чтобы выделить вкус вашей еды.

Прицел

Третье чувство — это зрение (также известное как зрение). Оно создается вашим мозгом и парой органов чувств — глазами. Зрение часто считают самым сильным из чувств. Это связано с тем, что люди склонны больше полагаться на зрение, а не на слух или обоняние, чтобы получить информацию об окружающей среде.

Свет видимого спектра улавливается вашими глазами, когда вы смотрите вокруг. Красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый — это цвета, встречающиеся в спектре видимого света. Источником этого света может быть лампа, экран компьютера или солнце.

Когда свет отражается от окружающих вас объектов, ваши глаза посылают сигналы в мозг, и создается узнаваемое изображение. Ваши глаза используют свет, чтобы читать, различать цвета и даже сочетать одежду для создания подходящего наряда.

Вы когда-нибудь собирались в темноте и случайно надевали несоответствующие носки? Или поняли, что ваша рубашка была одета задом наперед, только после того, как вы пришли на работу? Свет в шкафу — это все, что вам нужно, чтобы избежать модной оплошности. И вот почему.

Вашим глазам нужен свет, чтобы передавать сенсорную информацию в мозг. Частицы света (называемые фотонами) попадают в глаз через зрачок и фокусируются на сетчатке (светочувствительной части глаза).

На сетчатке есть два типа фоторецепторных клеток: палочки и колбочки. Палочки получают информацию о яркости света. Колбочки различают разные цвета. Эти фоторецепторы работают как одна команда, собирая световую информацию и передавая ее в ваш мозг.

Когда свет попадает на палочки и колбочки, активируется белок под названием родопсин. Родопсин запускает цепь сигналов, которые сходятся на зрительном нерве — шнуре, соединяющем глаз с мозгом. Зрительный нерв — это провод, который передает информацию, полученную глазом, и подключается непосредственно к мозгу.

После того как ваш мозг получает световые данные, он формирует визуальное изображение. То, что вы «видите», когда открываете глаза, — это интерпретация вашим мозгом света, попадающего в ваши глаза. И вашему мозгу легче всего понять, что вас окружает, когда много света. Вот почему так сложно подобрать подходящую одежду в темноте.

Чтобы улучшить зрение, ваши глаза приспособятся к максимальному количеству света. Вот почему ваши зрачки расширяются (увеличиваются) в темноте. Таким образом, больше света может попасть в глаз и создать максимально четкое изображение в мозгу.

Итак, дайте своим глазам столько света, сколько им нужно, читая, работая и играя в хорошо освещенных местах. Это снизит нагрузку на глаза и сделает ваше зрение более четким и комфортным. Также попробуйте установить ночники в коридорах, чтобы вы могли безопасно ориентироваться в темноте.

Слух

Научным термином для обозначения слуха является прослушивание. Но такое прослушивание не должно вас нервировать. Слух — мощное чувство. И тот, который может принести радость или уберечь вас от опасности.

Когда вы слушаете голос любимого человека, ваше чувство слуха позволяет вашему мозгу интерпретировать голос другого человека как знакомый и успокаивающий. Мелодия вашей любимой песни — еще один пример прослушивания на работе.

Звуки также могут предупреждать вас о потенциальных опасностях. На ум приходят автомобильные гудки, свистки поездов и дымовые извещатели. Благодаря вашему слуху ваш мозг может использовать эти шумы для обеспечения вашей безопасности.

Ваши уши собирают сенсорную информацию такого рода для вашего мозга. И это приходит в виде звуковых волн — формы механической энергии. Каждая звуковая волна представляет собой вибрацию с уникальной частотой. Ваши уши принимают и усиливают звуковые волны, а мозг интерпретирует их как диалоги, музыку, смех и многое другое.

Уши бывают разных форм и размеров. Но они имеют сходство. Наружная мясистая часть уха называется ушной раковиной. Он собирает звуковые волны, передаваемые из окружающей среды, и направляет их к мембране в конце слухового прохода.

Это называется барабанной перепонкой или, чаще, барабанной перепонкой. Звуковые волны отражаются от барабанной перепонки и вызывают колебания барабанной перепонки. Эти вибрации усиливаются крошечными костями, прикрепленными к другой стороне барабанной перепонки.

После того как звуковые волны попадают в ухо и усиливаются барабанной перепонкой, они направляются к заполненным жидкостью трубкам глубоко в ухе. Эти трубки называются улитками. Они выстланы микроскопическими волосовидными клетками, которые могут обнаруживать изменения в окружающей их жидкости. Когда звуковые волны проходят через улитку, жидкость начинает двигаться.

Движение жидкости через волосковые клетки в ухе генерирует нервные импульсы, которые отправляются в мозг.Удивительно, но звуковые волны практически мгновенно преобразуются в электрохимические нервные сигналы. Итак, то, что начинается как простые вибрации, становится знакомым тоном. И все это благодаря вашему слуху.

Запах

Пятое и последнее чувство – обоняние. Обоняние, другое слово для обоняния, уникально, потому что орган чувств, который обнаруживает его, напрямую связан с мозгом. Это делает ваше обоняние чрезвычайно сильным.

Запахи проникают в ваше тело через нос. Они исходят от переносимых по воздуху частиц, захваченных, когда вы дышите. Глубокий вдох через нос и наклон к источнику запаха может усилить запах.

Внутри носа находится большой нерв, называемый обонятельной луковицей. Он выходит из верхней части носа и подключается прямо к мозгу. Молекулы в воздухе, вдыхаемые через нос, вызывают нервную реакцию обонятельной луковицы. Он замечает запахи и немедленно сообщает об этом вашему мозгу.

Более высокие концентрации молекул запаха вызывают более глубокую стимуляцию мозга обонятельной луковицей. Это делает сильные запахи непривлекательными и вызывающими тошноту. Более легкие ароматы посылают в мозг более мягкие сигналы.

Вам нужно обоняние по разным причинам. Сильные неприятные запахи отлично предупреждают ваш мозг о том, что пища, которую вы собираетесь съесть, испорчена. Сладкие, приятные запахи помогут вам чувствовать себя непринужденно. Запахи, испускаемые телом (феромоны), даже помогают вам сблизиться с вашими близкими. Каким бы ни был запах, ваш мозг и нос работают как одна команда, поэтому вы можете наслаждаться им.

Чувства работают вместе, чтобы создать сильные ощущения

Ваш мозг редко принимает решения, основываясь на информации, поступающей от одного органа чувств. Ваши пять чувств работают вместе, чтобы нарисовать полную картину вашего окружения.

Вы сможете увидеть этот принцип в действии, когда в следующий раз выйдете на улицу.

Подумайте, как вы себя чувствуете, когда гуляете. Обратите внимание на все различные ощущения, которые вы испытываете. Может быть, вы видите красочный закат. Или услышать, как вода бежит по камням в ручье. Вы можете коснуться опавших листьев. Обращая внимание на конвергенцию чувств, вам будет трудно отправиться на прогулку, не испытав чего-то нового.

Вот несколько узнаваемых примеров совместной работы ваших органов чувств:

Запах + вкус = вкус

Подобно тому, как прогулка на свежем воздухе объединяет несколько органов чувств, то же самое можно сделать и с хорошей едой. Вкус — это слово, которое часто используется для описания вкуса пищи. Но на самом деле вкус — это комбинация ваших ощущений вкуса и запаха.

Пять вкусов, о которых говорилось ранее, не совсем точно описывают ощущения от приема пищи. Трудно приписать сладкий, соленый, кислый, горький или умами что-то вроде перечной мяты или ананаса. Но вашему мозгу не нужно интерпретировать вкус только на основе ваших вкусовых рецепторов. Ваше обоняние тоже помогает. Это называется ретроназальным обонянием.

Когда вы едите, молекулы попадают в полость носа через проход между носом и ртом. Когда они прибывают, они обнаруживаются обонятельной луковицей и интерпретируются в мозгу. Ваши вкусовые рецепторы также собирают информацию о вкусе. Эти сенсорные данные от вашего носа и языка обрабатываются мозгом и воспринимаются как вкус.

Когда язык и нос работают вместе, перечная мята дает больше, чем просто горький вкус. Это прохладное, освежающее и вкусное лакомство. И ломтик ананаса не только кислый. Он острый, сладкий и терпкий.

Вы можете увидеть, как запах влияет на вкус, заткнув нос во время еды. Отрезанный путь заставляет вас заметить значительное снижение вкуса. И наоборот, вы можете получить больше вкуса от пищи, медленно пережевывая. Таким образом, в нос можно уловить больше его запаха.

Чувства и память

Некоторые запахи вызывают в памяти сильные воспоминания. Это интересное явление. Исследования показывают, что расположение обонятельных луковиц в мозге отвечает за запахи, вызывающие эмоциональные воспоминания.

Это связано с тем, что обонятельная луковица соединяется с мозгом напрямую в двух местах: в миндалевидном теле и гиппокампе. Эти области тесно связаны с эмоциями и памятью. Обоняние — единственное из ваших пяти чувств, которое путешествует по этим областям. Это может объяснить, почему запахи и запахи могут вызывать эмоции и воспоминания, чего не могут вызвать вид, звук и текстура.

Что происходит с сенсорной потерей?

Иногда люди испытывают снижение чувствительности или полное отсутствие чувствительности. Если это касается вас, знайте, что вы не одиноки.Многие люди живут так же, как и вы.

Примеры включают потерю зрения или слуха. Слепота или глухота могут начаться при рождении или развиться в более позднем возрасте. Это не влияет на всех одинаково. Важно понимать, что вы можете жить полной и насыщенной жизнью, будучи глухим или слепым человеком.

Часто, если одно из пяти чувств ослаблено или отсутствует, остальные четыре усиливаются, помогая мозгу формировать полную картину окружающей среды. Ваше обоняние или слух могут обостриться, если вы слепы или плохо видите. Если вы глухой или слабослышащий, ваше осязание и зрение могут стать более острыми.

Существуют отличные инструменты для тех, кто страдает от сенсорной потери. Поговорите с кем-нибудь, кому вы доверяете, если вам нужна помощь с собственным снижением чувствительности. И с уважением относитесь к тем, у кого нет определенных органов чувств.

Поддержите свои пять чувств здоровыми привычками

Ваши чувства добавляют разнообразия и разнообразия в вашу жизнь. И важно сохранить их здоровье. Совершенно нормально испытывать некоторое снижение чувствительности с возрастом. Но есть шаги, которые вы можете предпринять, чтобы сохранить свои чувства и позаботиться о своем теле.

Вот четыре важных совета:

Будьте осторожны со своим слухом. Длительное воздействие громких звуков может повредить мембраны уха, которые создают звук. Носите затычки для ушей на шумных концертах и при работе с шумными электроинструментами. Слушайте музыку на меньшей громкости. Примите необходимые меры предосторожности, чтобы сохранить хороший слух на всю жизнь.
Защитите глаза от вредного воздействия солнечных лучей, надев солнцезащитные очки. Вы также можете поддержать свое зрение, употребляя в пищу продукты, содержащие полезные жиры, антиоксиданты (особенно лютеин и зеаксантин) и витамин А. И пейте достаточно воды, чтобы избежать обезвоживания.
Развивайте вкус к диете, богатой витаминами и минералами. Ешьте цельные продукты, фрукты и много овощей. Добавки – это также простой и практичный способ разнообразить и без того здоровую диету.

Вы можете задействовать свои пять чувств, занимаясь садоводством, ходьбой и ездой на велосипеде. Наслаждайтесь видами, звуками и запахами вашего окружения. Делайте выбор в пользу здорового образа жизни, чтобы продолжать наслаждаться жизнью с помощью органов чувств.

Об авторе

Сидни Спроус – независимый научный обозреватель из Форест-Гроув, штат Орегон. Она имеет степень бакалавра наук в области биологии человека Университета штата Юта, где она работала научным сотрудником и научным сотрудником. Сидни всю жизнь изучает естественные науки и ставит своей целью максимально эффективное воплощение текущих научных исследований. Она пишет с особым интересом к биологии человека, здоровью и питанию.

В 2015 году я исследовал, как с помощью сенсоров воссоздаются наши пять основных чувств — зрение, обоняние, вкус, осязание и слух. Наши чувства — это то, как мы ориентируемся в жизни: они дают нам представление об окружающей нас среде и помогают нам интерпретировать мир, в котором мы живем. Но мы также ограничены сенсорным миром. Если чувство ослаблено, может быть способ приблизить или усилить его эффект (как мы делаем со слуховыми аппаратами) или полагаться на другое чувство в качестве компенсации (как в случае со шрифтом Брайля и языком жестов).

Сегодня создаются гаджеты (и технологии Интернета вещей), которые работают в сочетании или полностью заменяют возможности глаз, ушей, носа, языка и рук. Сенсорные рецепторы можно заменить устройствами с микрочипами, которые выполняют те же функции, что и эти рецепторы, прикрепленными к нашему телу или интегрированными в него.

Технологии в 2015 году открыли глаза (ха-ха), но я хотел проверить, насколько они продвинулись за последние несколько лет.

Зрение: помните Google Glass? Перед его кончиной инженеры работали над очками, которые подключались к автомобилям, и обеспечивали отображение телеметрии на линзах. Сегодня вы можете получить устройство, которое передает такую информацию на лобовое стекло или отображает ее с помощью технологии, встроенной в стекло. У нас также есть технология, позволяющая «видеть» сквозь стены.

В мире насчитывается 285 миллионов людей с нарушениями зрения; и среди них 39 миллионов полностью слепых. Сенсорные вспомогательные устройства для слепых раньше были ограничены в своих возможностях и обычно предупреждали пользователя только о наличии препятствий. Теперь исследователи разработали носимое вспомогательное устройство, которое позволяет человеку ощущать окружающую среду и более безопасно передвигаться. Эти устройства (в настоящее время доступны в виде браслета с гидролокатором или радиолокационного монитора) используют частотные волны и обеспечивают обратную связь с помощью вибрации или звука.

Бионические глаза разрабатываются, а слепые пациенты тестируют бионические имплантаты, основанные на интерфейсе мозг-компьютер. Эти устройства могут частично вернуть зрение пациентам с определенными генетическими заболеваниями глаз. Камера и массив электродов, имплантированных вокруг глаза и клеток сетчатки, могут передавать визуальную информацию по зрительному нерву в мозг, создавая световые узоры в поле зрения пациента. Результаты не идеальны, но это дает надежду тем, у кого зрение ограничено или ухудшается.

Запах. Начиная с Smell-O-Vision и Smell-O-Rama в 1940–50-х годах и заканчивая небольшими устройствами, которые подключаются к мобильному устройству для создания запаха, объекты, предназначенные для создания запахов, существуют уже давно. а также устройства, предназначенные для «обнюхивания» вещества в воздухе, такие как детекторы дыма, радона и угарного газа. Исследователи уже разработали носимые датчики, которые могут определять запах диабета, обнаруживая ацетон в выдыхаемом воздухе, и выяснили, как использовать датчик для определения запаха меланомы. Кроме того, Apple планирует добавить датчики в iPhone и Apple Watch для определения низкого уровня сахара в крови на основе запаха тела. Современные электронные носы могут чувствовать запах более эффективно, чем человеческие носы, используя набор газовых датчиков, которые выборочно перекрываются, а также компонент реорганизации шаблонов. Запах или вкус воспринимается как глобальный отпечаток пальца и генерирует шаблон сигнала (цифровое значение), который используется для характеристики запахов. Что значит «вонь» в N-й степени?

Слух. По данным британской компании Wifore Consulting, к 2020 году объем рынка только слуховых технологий составит 40 млрд долларов. В 2018 году он составлял 5 млрд долларов. У нас есть устройства оповещения, кохлеарные импланты и жилет, который можно носить с собой, который помогает глухим людям слышать через серию вибраций. Набор датчиков улавливает звуки и вибрирует, позволяя владельцу чувствовать, а не слышать звуки. Вибрации происходят с той же частотой, что и звук. (Вы когда-нибудь стояли рядом с громкоговорителем на концерте и чувствовали звук? Вам не нужно слышать его, чтобы узнать, как бас бьет.)

Как насчет общения с теми, кто не знает языка жестов? Прототип перчаток SignAloud переводит жесты американского языка жестов на разговорный английский. Устройство подверглось некоторой критике из-за неправильных переводов и из-за того, что устройство не улавливало нюансы языка жестов, такие как вторичные сигналы движений бровей, движений тела подписывающего и движений рта, которые помогают передать смысл. и намерение. С другой перчаткой пользователи могут записывать и называть жесты, которые соответствуют словам или фразам, исключая мимические дополнения; другая версия может отправлять переводы непосредственно на смартфон пользователя, который затем произносит слова или фразы.

Прикосновение. Еще в 2013 году исследователи разработали гибкий датчик, способный одновременно определять температуру, давление и влажность, что позволило имитировать сенсорные функции кожи человека. В другом месте Медицинский центр Университета Питтсбурга разработал роботизированную руку, которая позволяет пользователю чувствовать прикосновение к пальцам робота.

И теперь у нас есть искусственный нерв! Подобно сенсорным нейронам, встроенным в нашу кожу, гибкое устройство, похожее на лейкопластырь, обнаруживает прикосновение, обрабатывает информацию и отправляет ее другим нервам. Вместо нулей и единиц этот нерв использует тот же язык, что и биологический нерв, и может напрямую общаться с телом — будь то нога таракана или остаточные нервные окончания от ампутированной конечности.

Современные протезы могут считывать активность мозга пользователя и двигаться в соответствии с ней, но представьте себе обратное: схемы, которые преобразуют напряжение в электрические импульсы. Выходы этого искусственного нерва представляют собой электрические паттерны, понятные телу, — «нейронный код». Забудьте о компьютерах, пора переходить на нейронные сети!

Вкус: Интернет продуктов питания расширяется. Я писал об умных палочках для еды, которые могут обнаруживать масла, содержащие антисанитарные уровни загрязнения, вилке, которая отслеживает, сколько вы съедаете, и умной чашке, которая подсчитывает количество и калории, которые вы пьете.

В области хемосенсорных исследований основное внимание уделяется выявлению ключевых рецепторов, экспрессируемых вкусовыми клетками, и пониманию того, как эти рецепторы посылают сигналы в мозг. Например, исследователи работают над тем, чтобы лучше понять, как сладкие и горькие вещества прикрепляются к рецепторам-мишеням. То, что мы называем вкусом, часто происходит от молекулярного состава пищевого ингредиента вместе с запахом. Hypertaste от IBM использует «электрохимические датчики, состоящие из пар электродов, каждый из которых реагирует на присутствие комбинации молекул с помощью сигнала напряжения… Объединенные сигналы напряжения всех пар электродов представляют собой отпечаток пальца жидкости», согласно исследовательскому блогу IBM. . Его также нужно тренировать, как человеческий вкус!Еще одна система, ориентированная на вкус, использует датчики и электроды, которые могут в цифровом виде передавать основной цвет и кислотность лимонада в стакан с водой, благодаря чему он выглядит и имеет вкус, любимый летом.

Несмотря ни на что, для правильной работы всех этих технологий требуется приложение, службы и некоторый код. Если оставить в стороне научную фантастику, кто бы мог подумать, что взгляды человека будут так быстро внедряться в программное обеспечение?

Нервная система должна получать и обрабатывать информацию о внешнем мире, чтобы реагировать, общаться и поддерживать здоровье и безопасность тела. Большая часть этой информации поступает через органы чувств: глаза, уши, нос, язык и кожу. Специализированные клетки и ткани в этих органах получают необработанные раздражители и переводят их в сигналы, которые может использовать нервная система. Нервы передают сигналы в мозг, который интерпретирует их как зрение (зрение), звук (слух), обоняние (обоняние), вкус (вкус) и осязание (тактильное восприятие).

1. Глаза преобразуют свет в сигналы изображения для обработки мозгом

Глаза расположены в орбитах черепа и защищены костью и жиром. Белая часть глаза – склера. Он защищает внутренние структуры и окружает круглый портал, образованный роговицей, радужной оболочкой и зрачком. Роговица прозрачна, чтобы свет мог проникать в глаз, и изогнута, чтобы направлять его через зрачок позади нее. Зрачок на самом деле представляет собой отверстие в цветном диске радужной оболочки. Радужная оболочка расширяется или сужается, регулируя количество света, проходящего через зрачок на линзу. Затем изогнутая линза фокусирует изображение на сетчатке, внутреннем слое глаза. Сетчатка представляет собой тонкую мембрану нервной ткани, содержащую фоторецепторные клетки. Эти клетки, палочки и колбочки, преобразуют свет в нервные сигналы. Зрительный нерв передает сигналы от глаза к мозгу, который интерпретирует их для формирования визуальных образов.

2. Ухо использует кости и жидкость для преобразования звуковых волн в звуковые сигналы

Музыка, смех, гудки автомобилей — все это достигает ушей звуковыми волнами в воздухе. Наружное ухо направляет волны вниз по слуховому проходу (внешнему слуховому проходу) к барабанной перепонке («барабанная перепонка»). Звуковые волны бьются о барабанную перепонку, создавая в ней механические колебания. Барабанная перепонка передает эти колебания трем маленьким костям, известным как слуховые косточки, которые находятся в заполненной воздухом полости среднего уха. Эти кости — молоточек, наковальня и стремечко — передают вибрации и стучат по входу во внутреннее ухо. Внутреннее ухо состоит из заполненных жидкостью каналов, в том числе спиралевидной улитки. По мере того, как косточки стучат, специализированные волосковые клетки улитки обнаруживают волны давления в жидкости. Они активируют нервные рецепторы, посылая сигналы через кохлеарный нерв в мозг, который интерпретирует сигналы как звуки.

3. Специализированные рецепторы в коже посылают сенсорные сигналы в мозг

Кожа состоит из трех основных слоев ткани: наружного эпидермиса, средней дермы и внутренней гиподермы. Специализированные рецепторные клетки в этих слоях обнаруживают тактильные ощущения и передают сигналы через периферические нервы в мозг. Наличие и расположение различных типов рецепторов делает определенные части тела более чувствительными. Клетки Меркеля, например, обнаруживаются в нижнем эпидермисе губ, рук и наружных половых органов. Тельца Мейснера обнаруживаются в верхних слоях дермы безволосой кожи — кончиках пальцев, сосках, подошвах стоп. Оба этих рецептора обнаруживают прикосновение, давление и вибрацию. К другим сенсорным рецепторам относятся тельца Пачини, которые также регистрируют давление и вибрацию, а также свободные окончания специализированных нервов, которые чувствуют боль, зуд и щекотку.

4. Обоняние: химические вещества в воздухе стимулируют сигналы, которые мозг интерпретирует как запахи

Обоняние называется обонянием.Он начинается со специализированных нервных рецепторов, расположенных на волосовидных ресничках в эпителии в верхней части носовой полости. Когда мы нюхаем или вдыхаем через нос, некоторые химические вещества в воздухе связываются с этими рецепторами. Это запускает сигнал, который проходит вверх по нервному волокну через эпителий и кость черепа выше к обонятельным луковицам. Обонятельные луковицы содержат тела нейронов, которые передают информацию по черепным нервам, являющимся продолжением обонятельных луковиц. Они посылают сигнал по обонятельным нервам в обонятельную область коры головного мозга.

5. Дом вкусовых рецепторов: язык — главный орган вкуса

Что это за маленькие бугорки на кончике языка? Они называются сосочками. Многие из них, включая желобовидные сосочки и грибовидные сосочки, содержат вкусовые луковицы. Когда мы едим, химические вещества из пищи попадают в сосочки и достигают вкусовых рецепторов. Эти химические вещества (или вкусовые вещества) стимулируют специализированные вкусовые клетки внутри вкусовых рецепторов, активируя нервные рецепторы. Рецепторы посылают сигналы к волокнам лицевого, языкоглоточного и блуждающего нервов. Эти нервы передают сигналы в продолговатый мозг, который передает их в таламус и кору головного мозга.

Читайте также: