fizjologia zmysłów

Fizjologia zmysłów

Jacek Francikowski

Katedra Fizjologii Zwierząt i Ekotoksykologii

Uniwersytet Śląski w Katowicach

Bodziec – zmiana energii zarejestrowana przez

odpowiednie receptory.

Receptory:

- białka

-pojedyncze komórki

- zakończenia obwodowe nerwów czuciowych

- wielokomórkowe wyspecjalizowane struktury

Zmysł – zdolność organizmów do odbioru

określonych kategorii bodźców

Receptory [podział wg Sherringtona]

Eksteroreceptory

- dotyku

- bólu

- temperatury Interoreceptory

- chemoreceptory

- baroreceptory

- osmoreceptory

Telereceptory

- węch

- wzrok

- słuch Proprioreceptory

- pozycji ciała

- napięcia mięśni

mechanoreceptory

fotoreceptory

termoreceptory

chemoreceptory

Białka G

Funkcja receptorów to

przetworzenie energii bodźca na

sygnał elektryczny.

Zmiany potencjału powstające w receptorze pod

wpływem działającego bodźca to potencjał

generujący. Potencjał ten może mieć charakter

hiperpolaryzacji bądź depolaryzacji wyzwalającej

potencjał czynnościowy komórki nerwowej

depolaryzacja hiperpolaryzacja

FOTORECEPTOR

MECHANORECEPTOR

CHEMORECEPTOR

- receptory wolnej adaptacji (toniczne)

(baroreceptory)

- receptory szybkiej adaptacji (fazowe)

(receptory ucisku)

- receptory nie adaptujące się

(receptory bólowe)

Cechy receptorów

1. Swoistość – możliwość reagowania receptora na wybrany rodzaj bodźca

2. Próg pobudliwości – najmniejsza zmiana energii, która wyzwala potencjał generujący receptora

3. Adaptacja – zanik odpowiedzi na bodziec o stałej energii

Receptor toniczny Receptor fazowy

4. Kodowanie informacji

a) potencjał generujący wzrasta wraz z intensywnością bodźca, która zakodowana jest w częstotliwości potencjału czynnościowego

Prawo Webera-Fechnera:

S = k log I + ΔI/Ip e = k(log I – log Ip)

e – wielkość pobudzenia receptora

Ip – siła bodźca progowego (= Φo) I – siła bodźca nadprogowego (= Φ)

k – współczynnik proporcjonalności

S – intensywność czucia (= Ψ)

n – różny dla różnych układów sensorycznych:

0,33 (bodźce świetlne); 0,67 (b. dźwiękowe)

1,0 (czucie zimna); 1,5 (czucie ciepła)

1,45 (czucie ciężaru)

Wzór Stevensa

Ψ = k(Φ – Φo)n

b) lokalizacja bodźca – kodowana poprzez umiejscowienie projekcji czuciowej w korze mózgowej tzw. reprezentacja topograficzna

Wzgórze

Sygnał sensoryczny

z lewej części ciała

https://www.google.pl/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=imgres&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwitlqTjtZHLAhWJQpoKHZoHBB0QjRwIBw&url=http%3A%2F%2Fwww.ecopsych.com%2Fcouns

eling.html&psig=AFQjCNENfjsVyCkVr2C7zhMFe4Sj3ku2Sg&ust=1456438344328044

c) jakość bodźca

- mechanizm oznaczonej linii – drażnienie określonej drogi neuronalnej przez określone receptory

- wzorzec aktywności w obrębie drogi nerwowej

kodowanie czasowe – ten sam neuron może przenosić dwa typy informacji czuciowej w zależności od wzorca aktywności

skórne receptory zimna

temperatura poniżej

30ºC

temperatura powyżej

30ºC

pot. czynnościowy w postaci

salw

pot. czynnościowy

ciągły

Przepływ informacji

Percepcja a recepcja

Wzrok

Budowa oka

Wzrok

Okulary

Bieg promieni przez siatkówkę oka

Wzrok

Budowa siatkówki

Wzrok Wzrok

Wzrok

Pręciki

Czopki

Wzrok

Zew

nęt

rzn

y s

egm

ent

prę

cik

a

Na

bło

nek

barw

nik

ow

y

http://biologia.opracowania.pl/narz%C4%85dy_zmys%C5%82%C3%B3w/oko_narz%C4%85d_wzroku/8

Wzrok Toniczne uwalnianie

glutaminianu

Hamowanie uwalniania

glutaminianu

Depolaryzacja Hiperpolaryzacja

Wytworzenie potencjału generującego

Wzrok

Widzenie barwne

Wzrok

Pola recepcyjne

Wzrok

Komórka

dwubiegunowa

Komórka

horyzontalna

Fotoreceptory

Hamowanie oboczne i wzmacnianie kontrastu

Bodziec Rozkład aktywności neuronów

względem spoczynku Sieć

neuronów

„Odległość”

„Siła”

„Odległość”

„Częstotliwość”

Wzrok

Policz czarne punkty

Czy między kwadratami

znajdują się niebieskie punkty? Wzrok

Widzenie stereoskopowe

Wzrok

Ruchy gałek ocznych

• śledzenia

• skokowe

• zbieżno-rozbieżne

• mikroruchy:

dryft

mikroskoki

tremor

Wzrok

Plamka ślepa

Wzrok

Drogi wzrokowe

Wzrok

Kora wzrokowa

Wzrok

Wzrok

Percepcja twarzy

Prozopagnozja - niezdolność do rozpoznawania twarzy

Wzrok

TEST UWAGI

Neuropsychologia kliniczna

• achromatopsja, ślepota barw, zanik zdolności

do widzenia kolorów

• akinetopsja, widać statyczne migawki, ale nie

ruch

• agnozja wzrokowa, niezdolność do

świadomego rozpoznania przedmiotów

Wzrok

Agnozje

asocjacyjna

apercepcyjna

symultatywna

Jednostronne pomijanie (hemineglect)

Słuch

Cechy fali akustycznej

Głośność dźwięku związana jest z amplitudą fali akustycznej

bel = log natężenie dźwięku

natężenie dźwięku wzorcowego

Skala belowa (częściej decybelowa) stosowana jest m.in. przy badaniu wpływu sygnału lub zjawiska

na układy biologiczne, które reagują zgodnie z prawem Webera-Fechnera.

Fala akustyczna niesie różne informacje

Budowa narządu zmysłu słuchu oraz transdukcja sygnałów odbieranych

przez niego warunkuje, która z informacji zostanie zauważona

Amplituda fali akustycznej nie ma wpływu na słyszalną

przez organizmy wysokość dźwięku

Częstotliwość fali akustycznej ma wpływ na odbieraną

głośność dźwięku

Dolny próg słyszalności ucha ludzkiego

Budowa narządu słuchu człowieka

Budowa ślimaka

Narząd Cortiego

wewn. kom. rzęskowe – 3 500

zewn. kom. rzęskowe – 20 000

aksony w nerwie słuchowym – 28 000 (aferentne i eferentne)

Hiperpolaryzacja Depolaryzacja

Neuropsychologia kliniczna

• głuchota korowa - uszkodzenia pierwotnej kory słuchowej

• agnozja słuchowa - zaburzenia słuchu fonematycznego, trudności w rozróżnianiu wyrazów zwykle w lewej w półkuli; słabsza percepcja melodii i rytmu zwykle w prawej półkuli

• afazja amnestyczna - zaburzenia pamięci słuchowo-werbalnej

• afazje nazywania - brak skojarzeń miedzy wzrokowym rozpoznaniem a nazwą

• afazja akustyczna - zaburzenie rozpoznawania dźwięków niewerbalnych

Język i mowa

a. ekspresyjna a. recepcyjna a. kondukcyjna

a. anomiczna

a. ekspresyjna

Afazje:

Zmysł równowagi

Łagiewka i woreczek Bańka (z grzebieniem)

Kierunek

obrotu

głowy

• Allatopagnosia - niezdolnośc do wskazywania rzeczy.

• Heterotopagnosia - niezdolność do wskazywania osob w przestrzeni pozapersonalnej

Stymulacje elektryczne prawej półkuli w okolicach zakrętu kątowego mogą wywołać różne wrażenia autoskopowe:

• oddzielenie od własnego ciała (out-of-body expierence);

• zmianę perspektywy widzenia, np. unoszenie się pod sufitem, zachowując perspektywę egocentryczną;

• wrażenie widzenia swojego ciała z perspektywy zewnętrznej;

• negatywna autoskopia, w której nie widzi się swojego odbicia w lustrze;

• wewnętrzna autoskopia: widzi się wewnętrzne organy ciała patrząc na swoje odbicie w lustrze

Neuropsychologia kliniczna

Chemorecepcja

Smak

Anatomia kubka smakowego człowieka

Depolaryzacja, wskutek wnikania

Na+ (mikrokosmki, pow. boczna

kom. smakowej) otwiera kanały

Ca2+, który uwalnia neuroprzeka-

źnik. Repolaryzacja zachodzi

dzięki otwarciu kanałów K+.

Kwaśny smak wynika z obecności

jonów H+, które wnikając do kom.

blokują kanały K+ oraz pobudzają

dokomórkowe kanały dla innych

kationów. Narastająca depolaryza-

cja powoduje uwolnienie mediatora.

Bodźce słodkie (cukier, słodziki)

nie wnikają do kom. smakowych,

tylko wiążą się z receptorami

powierzchniowymi. Prowadzi to

do aktywacji białka G, wytwo-

rzenia wtórnego przekaźnika

i zamknięcia kanałów K+.

Bodźce gorzkie (np. chinina) także od-

działują za pomocą białka G i wtórnych

przekaźników. Jednak w tym przypadku

powodują uwolnienie Ca2+ z ER co

prowadzi do depolaryzacji i uwolnienia

neuroprzekaźnika.

Smak umami wywołują reszty kwasowe

aminokwasów (jak anion glutaminianowy),

które łącząc się z receptorami aktywują

wtórne przekaźniki. Etapy pośrednie między

powstaniem wtórnych przekaźników

a uwolnieniem neurotransmiterów nie są znane.

Drogi percepcji smaku

Węch

Transdukcja sygnału

Czucie somatyczne

Tabelka

Receptor Występowanie Recepcja Adaptacja

Wolne

zakończenia

nerwowe

Naskórek, skóra

właściwa

Temperatura,

ból

Bardzo wolno

Ciałka

Paciniego

skóra właściwa

Dotyk, wibracje

250-300Hz

Bardzo

szybko

Krążki Merkela Głęboka warstwa

naskórka

Dotyk, nacisk wolna

Ciałka

Meissnera

Naskórek/skóra

właściwa

Dotyk, wibracje

30-40 Hz

Szybka

Zakończenia

Ruffiniego

Skóra właściwa Dotyk, nacisk wolna

Termoreceptory

Percepcja dotyku u gryzoni

wibryssy

baryłki

simonslab.neurobio.pitt.edu

Synestezja

Dokąd zmierzamy?

Modele budowy kubków smakowych

Model „znaczonej ścieżki” Model „mieszany”