fizjologia zmysłów
TRANSCRIPT
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”