Система органов чувств человека: Органы чувств — что это, определение и ответ

Сенсорные системы — Онлайн-руководство по биологии

Учебники по биологии > Физиология человека >

Сенсорная система состоит из сенсорных рецепторов, которые получают стимулы, нервных путей, передающих эту информацию в мозг, и мозга, обрабатывающего эту информацию.

Содержание

Сенсорная система — это часть нервной системы, состоящая из сенсорных рецепторов, которые получают раздражители из внутренней и внешней среды, нервных путей, которые передают эту информацию в мозг, и частей мозга, обрабатывающих эту информацию. Информация называется сенсорной информацией, и она может вести или не вести к осознанию. Если да, то это можно назвать сенсацией.

Рецепторы

Специализированные окончания афферентных нейронов или отдельные клетки, воздействующие на окончания афферентных нейронов. Они собирают информацию о внешней и внутренней среде в различных энергетических формах, и энергия, активирующая рецептор, называется раздражителем. Энергия стимула сначала преобразуется в градуированные или рецепторные потенциалы, а процесс преобразования стимула в электрический ответ называется трансдукцией стимула.
Каждый рецептор специфичен для определенного типа раздражителя, который называется его адекватным раздражителем. Специфичность также существует в диапазоне энергий стимула, на который реагирует рецептор. Однако рецептор может активироваться неспецифическим раздражителем, если его интенсивность достаточно высока.

Рецепторный потенциал

Запирание ионных каналов в специализированных рецепторных мембранах позволяет изменять потоки ионов через мембрану, создавая дифференцированный рецепторный потенциал. Градуированный потенциал инициирует потенциал действия, частота и величина которого НЕ определяются величиной дифференцированного потенциала. Величина рецепторного потенциала определяется силой раздражителя, суммой рецепторных потенциалов и чувствительностью рецепторов. Снижение чувствительности при постоянном раздражителе называется адаптация .

Нервные пути в сенсорных системах

Отдельный афферентный нейрон со всеми его рецепторными окончаниями образует сенсорную единицу. При стимуляции именно эта часть тела приводит к активности определенного афферентного нейрона и называется рецептивным полем этого нейрона.

Афферентные нейроны входят в ЦНС, расходятся и образуют синапс на многих интернейронах. Эти афферентные нейроны называются сенсорными или восходящими путями и специфическими восходящими путями, если они несут информацию об одном типе раздражителя. Восходящие пути достигают коры головного мозга на стороне, противоположной месту расположения их чувствительных рецепторов.

Специфические восходящие пути, передающие информацию от соматических рецепторов и вкусовых луковиц, идут к соматосенсорной коре (теменная доля), от глаз к зрительной коре (затылочная доля), от ушей к слуховой коре (височная доля). доля).

Обоняние НЕ представлено в коре головного мозга.

Неспецифические восходящие пути состоят из полимодальных нейронов и активируются сенсорными единицами нескольких типов. Эти пути важны для бдительности и возбуждения.

Корковые ассоциативные области, лежащие за пределами первичных сенсорных областей коры, участвуют в более сложном анализе поступающей информации, такой как сравнение, память, речь, мотивация, эмоции и т. д.

Первичное сенсорное кодирование

Сенсорные системы кодируют 4 аспекта стимул:

1. Тип стимула (модальность). Все рецепторы одного афферентного нейрона чувствительны к одному и тому же типу стимула.
2. Интенсивность стимула. Увеличение стимула приводит к большему рецепторному потенциалу, что приводит к более высокой частоте потенциала действия. Более сильные стимулы также воздействуют на большую площадь и задействуют большее количество рецепторов.
3. Местоположение стимула. Кодируется сайтом стимулируемого рецептора. Точность местоположения, называемая остротой зрения, отрицательно коррелирует со степенью конвергенции восходящих путей, размером рецептивного поля и перекрытием с соседними рецептивными полями. Реакция наиболее высока в центре рецептивного поля, так как там самая высокая плотность рецепторов. Используя латеральное торможение, процесс, при котором информация от нейронов на краю стимула подавляется, можно повысить остроту зрения.
4. Длительность стимула. Быстро адаптирующиеся рецепторы быстро реагируют в начале действия стимула, но замедляют или прекращают активацию в течение оставшейся части стимула (они быстро адаптируются).
   Они важны для сигнализации о быстрых изменениях. Медленно адаптирующиеся рецепторы сохраняют свою реакцию на уровне начального возбуждения или вблизи него на протяжении всего действия стимула и играют важную роль в передаче сигналов о медленных изменениях.

Соматические ощущения

Ощущения от кожи, мышц, костей инициируются соматическими рецепторами. Рецепторы висцеральных ощущений аналогичны.

Давление прикосновения

Механорецепторы кожи бывают двух типов, быстро и медленно адаптирующиеся.

Поза и движение

Мышечно-веретенообразные рецепторы растяжения скелетных мышц реагируют на абсолютную величину и скорость растяжения мышц. Механорецепторы в суставах, сухожилиях, связках и коже также участвуют.

Температура

Терморецепторы бывают двух типов: одни реагируют на повышение, а другие — на понижение температуры.

Боль

Ноцицепторы реагируют на интенсивную механическую деформацию, чрезмерное нагревание и т. д., вызывающие повреждение тканей, и многие химические вещества, высвобождаемые поврежденными клетками или клетками иммунной системы. Если первоначальный болевой раздражитель приводит к повышенной чувствительности к последующим болевым раздражителям, это называется гипералгезией. Если нисходящие пути подавляют передачу болевых раздражителей, это приводит к подавлению боли, и это называется обезболиванием, вызванным стимуляцией. Если и висцеральный, и соматический афферент сходятся на одном и том же интернейроне, возбуждение одного может привести к возбуждению другого, что приведет к ощущению боли в месте, отличном от места фактического повреждения. Это называется отраженной болью. Стимуляция неболевых афферентных волокон может подавлять нейроны болевого пути, и эта терапия называется чрескожной электрической стимуляцией нервов (ЧЭНС). Растирание болезненного участка и иглоукалывание работают по той же причине.

Зрение

Оптика

Рецепторы глаза чувствительны только к видимому свету электромагнитного спектра. Хрусталик и роговица фокусируются на попадании световых лучей в изображение в области центральной ямки сетчатки. Свет, проходящий из воздуха на роговицу, искривляется, и криволинейная поверхность роговицы играет главную роль в фокусировке. Изменения формы линзы вносят коррективы (аккомодацию) в зависимости от расстояния. Форма хрусталика контролируется связочными волокнами, которые, в свою очередь, контролируются гладкой цилиарной мышцей. Для фокусировки на удаленных объектах линзу вытягивают в сплющенную овальную форму. Для ближнего зрения тяга снимается, чтобы сделать линзу более сферической и обеспечить дополнительный изгиб для световых лучей.

Клетки хрусталика теряют свои органеллы и поэтому становятся прозрачными. Хрусталик постепенно становится непрозрачным, поскольку новые клетки заменяют старые, которые накапливаются в хрусталике. Это называется катаракта.

Если хрусталик теряет свою эластичность (в связи с возрастом) и не может принять сферическую форму, это приводит к потере зрения вблизи, что называется пресбиопией. Если изображения удаленных объектов фокусируются в точке перед сетчаткой, глаз близорук или близорук, а зрение вдаль ухудшается. Если изображения близких объектов фокусируются в точке позади сетчатки, глаз дальнозоркий или дальнозоркий, а зрение вблизи плохое. Если хрусталик или роговица не гладкие, это называется астигматизмом. Хрусталик разделяет переднюю камеру, заполненную водянистой влагой, и заднюю камеру, заполненную стекловидным телом. Если водянистая влага образуется быстрее, чем удаляется, это приводит к повышению внутриглазного давления. Это может вызвать необратимую слепоту с гибелью зрительных нервов и называется глаукомой. Пигментированная непрозрачная радужка с центральным отверстием, зрачком, контролирует количество света, попадающего в глаз. Радужка имеет гладкую мускулатуру, иннервируемую вегетативными нервами. Стимуляция симпатических нервов расширяет зрачок, пропуская больше света при слабом освещении, а стимуляция парасимпатических нервов сужает зрачок, пропуская меньше света при ярком свете.

Фоторецепторные клетки

Палочки – чувствительные и реагирующие на слабое освещение и колбочки – менее чувствительные и реагирующие на яркий свет. Существует три типа колбочек, содержащих пигмент, чувствительный к красному, зеленому или синему цвету. Фоторецепторы содержат фотопигменты, поглощающие свет. Есть 4 фотопигмента, родопсин в палочках и по одному в каждом из 3 типов колбочек. Каждый фотопигмент содержит интегральный мембранный белок опсин, который связывает светочувствительную молекулу хроматофора. Хроматофор – ретиналь (производное витамина А) одинаков во всех 4-х фотопигментах. Опсин различен в каждом типе фотопигмента, поглощая свет на разных длинах волн спектра. Свет активирует сетчатку, заставляя ее менять форму и вызывая гиперполяризацию в биполярных клетках, которые образуют синапсы с фоторецепторными клетками. После его активации сетчатка возвращается к своей форме покоя с помощью светонезависимых механизмов, и фоторецепторная клетка деполяризуется

Нервные проводящие пути

Синапсы фоторецепторных клеток с нейронами, называемыми биполярными клетками, которые, в свою очередь, образуют синапсы с ганглиозными клетками, производящими первые потенциалы действия в цепи. Аксоны ганглиозных клеток образуют зрительный нерв, который переходит на противоположную сторону зрительного перекреста.

Передача звука в ухе

• Наружное ухо (ушная раковина/ушная раковина) – Направляет и усиливает звуковые волны.
• Наружный слуховой проход – слуховой проход, ведущий снаружи в полость среднего уха
• Барабанная перепонка (барабанная перепонка) – Вибрирует с частотой звуковых волн.
• Полость среднего уха – Заполнена воздухом. Имеет подвижную цепь из 3 костей, молоточка, наковальни и стремени, которые соединяются и усиливают колебания барабанной перепонки до
.
• Овальное окно – покрытое мембраной отверстие, разделяющее среднее ухо и слуховой проход
• Внутреннее ухо (улитка)
• Лестница вестибюля – Заполнена жидкостью
• Улитковый проток – Выстлан базилярной мембраной, на которой расположен кортиев орган, содержащий рецепторные клетки.
• Кортиев орган

Рецепторные клетки кортиева органа, волосковые клетки, представляют собой механорецепторы, имеющие волосовидные стереоцилии. Вибрация базилярной мембраны, к которой прикреплены волосковые клетки, стимулирует волосковые клетки, и волны давления трансформируются в рецепторные потенциалы.

Нервные пути

Афферентные нейроны волосковых клеток образуют улитковый нерв.

Слух

Весь слышимый диапазон простирается от 20 до 20 000 Гц. Человеческие уши могут воспринимать звуки, не превышающие 85 децибел. Длительное воздействие громких звуков может со временем повредить слух. Потеря слуха, вызванная шумом, например, вызвана воздействием частотного диапазона 4000-6000 герц. Повреждение функции уха можно предотвратить, уменьшив шум. Это можно сделать, отойдя от источника шума и надев наушники. В местах, где невозможно избежать шума, его воздействие можно уменьшить, применяя стратегии снижения шума, такие как установка специальных дек для обшивки стен, акустических плит для потолков или изоляция внутренних стен. (Ссылка 1)

Вестибулярная система

Ряд заполненных жидкостью трубочек во внутреннем ухе, которые соединяются друг с другом и улитковым каналом, содержащим волосковые клетки, обнаруживающие изменения в движении при вращении головы по трем осям.

Вестибулярная информация

Информация от волосковых клеток вестибулярного аппарата передается в теменную долю и интегрируется с информацией от других частей тела, что приводит к ощущению позы и движения. Неожиданные воздействия вестибулярной системы приводят к головокружению или укачиванию.

Химический вкус

Вкус

Вкусовые сосочки на языке реагируют на 4 основные модальности: сладкий, кислый, соленый и горький. Каждая группа имеет свою трансдукционную систему. Они организованы в независимые пути, но одна рецепторная клетка может реагировать более чем на одну вкусовую категорию в разной степени.

Запах

Запах связан с химической структурой вещества. Обонятельные рецепторные клетки лежат в обонятельном эпителии в верхней части носовой полости. Эти клетки имеют несколько длинных неподвижных ресничек, содержащих сайты связывания обонятельных раздражителей. Каждая клетка содержит один тип рецептора. Аксоны обонятельных рецепторных клеток одной специфичности синапсируются вместе. Информация передается в обонятельную кору в лимбической системе.

Кредит: Учительский питомец

Каталожные номера:

1. Информационный бюллетень по акустической защите: в стенах и окнах. (2019, 8 октября). Строительный институт биологии. https://buildingbiologyinstitute.org/free-fact-sheets/acoustic-protection/

Викторина

Выберите лучший ответ из концепций внутри коробки. Напишите свой ответ в отведенном для этого месте. Примечание: ответы вводятся с учетом регистра.

Адаптация
Стимул
Механорецепторы
Терморецепторы
Вкусовые луковицы
Обонятельные рецепторные клетки
Фоторецепторные клетки
Пресбиопия
Миопия

1. __________________ относится к информации о внешней и внутренней среде в различных формах энергии и энергии, которая активирует рецептор.

2. ______________ – рецепторы, реагирующие на температуру

3. ____________ — это когда хрусталик глаза теряет свою эластичность, вследствие чего теряется зрение вблизи.

4. ______________ — рецепторные клетки языка, отвечающие за определение вкуса.

5. ______________ – рецепторные клетки, залегающие в обонятельном эпителии полости носа.

Отправьте результаты (необязательно)

Ваше имя

На электронную почту

Сенсорные процессы | BIO103: Биология человека

Цели обучения

• Определение общих и специальных органов чувств у человека
• Опишите четыре важных механорецептора кожи человека
• Объясните, чем обонятельные и вкусовые раздражители отличаются от других сенсорных раздражителей
• Проследите путь звука через слуховую систему до места передачи звука
• Определите структуры вестибулярной системы, которые реагируют на гравитацию
• Проследите путь света через глаз до зрительного нерва

Органы чувств предоставляют информацию о теле и окружающей его среде. У человека есть пять особых чувств: обоняние (обоняние), вкус (вкус), равновесие (равновесие и положение тела), зрение и слух. Кроме того, у нас есть общие чувства, также называемые соматоощущением, которые реагируют на такие раздражители, как температура, боль, давление и вибрация. Вестибулярное ощущение, которое представляет собой ощущение пространственной ориентации и равновесия организма, проприоцепция (положение костей, суставов и мышц) и чувство положения конечностей, которое используется для отслеживания кинестезии (движения конечностей), являются частью соматосенсорной чувствительности. Хотя сенсорные системы, связанные с этими чувствами, очень разные, все они выполняют общую функцию: преобразовывать раздражитель (например, свет, звук или положение тела) в электрический сигнал в нервной системе. Этот процесс называется сенсорной трансдукцией.

Существует два основных типа клеточных систем, осуществляющих сенсорную трансдукцию. В одном нейрон работает с сенсорным рецептором, клеткой или клеточным процессом, который специализируется на взаимодействии с определенным стимулом и его обнаружении. Стимуляция сенсорного рецептора активирует связанный с ним афферентный нейрон, который несет информацию о раздражителе в центральную нервную систему. При втором типе сенсорной передачи окончание сенсорного нерва отвечает на раздражитель во внутренней или внешней среде: этот нейрон представляет собой сенсорный рецептор. Свободные нервные окончания могут стимулироваться несколькими различными раздражителями, таким образом проявляя небольшую рецепторную специфичность. Например, болевые рецепторы в деснах и зубах могут раздражаться при изменении температуры, химической стимуляции или давлении.

Рецепция

Первым шагом в ощущении является рецепция, которая представляет собой активацию сенсорных рецепторов такими раздражителями, как механические раздражители (например, сгибание или сдавливание), химические вещества или температура. Затем рецептор может реагировать на раздражители. Область в пространстве, в которой данный сенсорный рецептор может реагировать на раздражитель, будь то удаленный или контактирующий с телом, является рецептивным полем этого рецептора. Задумайтесь на мгновение о различиях в рецептивных полях для разных органов чувств. Для осязания раздражитель должен соприкоснуться с телом. Для органов слуха раздражитель может находиться на умеренном расстоянии. Для зрения раздражитель может быть очень далеко; например, зрительная система воспринимает свет от звезд на огромных расстояниях.

Преобразование

Наиболее фундаментальной функцией сенсорной системы является преобразование сенсорного сигнала в электрический сигнал в нервной системе. Это происходит на сенсорном рецепторе, и возникающее изменение электрического потенциала называется потенциалом рецептора. Как сенсорный вход, такой как давление на кожу, превращается в рецепторный потенциал? В этом примере тип рецептора, называемый механорецептором (как показано на рисунке 1), обладает специализированными мембранами, которые реагируют на давление. Нарушение этих дендритов путем их сжатия или изгиба открывает закрытые ионные каналы в плазматической мембране сенсорного нейрона, изменяя его электрический потенциал. Напомним, что в нервной системе положительное изменение электрического потенциала нейрона (также называемого мембранным потенциалом) деполяризует нейрон. Рецепторные потенциалы — это градуированные потенциалы: величина этих градуированных (рецепторных) потенциалов зависит от силы раздражителя. Если величина деполяризации достаточна (то есть, если мембранный потенциал достигает порога), нейрон активирует потенциал действия. В большинстве случаев правильный стимул, воздействующий на сенсорный рецептор, будет направлять мембранный потенциал в положительном направлении, хотя для некоторых рецепторов, например зрительной системы, это не всегда так.

Рисунок 1. (а) Механочувствительные ионные каналы представляют собой закрытые ионные каналы, которые реагируют на механическую деформацию плазматической мембраны. Механочувствительный канал соединен с плазматической мембраной и цитоскелетом волосовидными связями. Когда давление заставляет внеклеточный матрикс двигаться, канал открывается, позволяя ионам входить или выходить из клетки. (b) Стереоцилии в человеческом ухе связаны с механочувствительными ионными каналами. Когда звук вызывает движение стереоцилий, механочувствительные ионные каналы передают сигнал в кохлеарный нерв.

Сенсорные рецепторы различных органов чувств сильно отличаются друг от друга, и они специализированы в соответствии с типом воспринимаемого ими стимула: они обладают рецепторной специфичностью. Например, тактильные, световые и звуковые рецепторы активируются разными раздражителями. Сенсорные рецепторы не чувствительны к свету или звуку; они чувствительны только к прикосновению или давлению. Однако стимулы могут комбинироваться на более высоких уровнях мозга, как это происходит с обонянием, способствуя нашему ощущению вкуса.

Кодирование и передача сенсорной информации

Четыре аспекта сенсорной информации кодируются сенсорными системами: тип стимула, расположение стимула в рецептивном поле, продолжительность стимула и относительная интенсивность стимула. Таким образом, потенциалы действия, передаваемые по афферентным аксонам сенсорных рецепторов, кодируют один тип стимула, и это разделение органов чувств сохраняется в других сенсорных цепях. Например, слуховые рецепторы передают сигналы по собственной специальной системе, и электрическая активность аксонов слуховых рецепторов будет интерпретироваться мозгом как слуховой стимул — звук.

Интенсивность стимула часто кодируется частотой потенциалов действия, продуцируемых сенсорным рецептором. Таким образом, интенсивный стимул вызовет более быструю последовательность потенциалов действия, а уменьшение стимула также замедлит скорость производства потенциалов действия. Второй способ кодирования интенсивности — количество активированных рецепторов. Интенсивный стимул может инициировать потенциалы действия в большом количестве соседних рецепторов, в то время как менее интенсивный стимул может стимулировать меньшее количество рецепторов. Интеграция сенсорной информации начинается, как только информация поступает в ЦНС, и далее мозг обрабатывает поступающие сигналы.

Восприятие

Восприятие – это индивидуальная интерпретация ощущения. Хотя восприятие зависит от активации сенсорных рецепторов, восприятие происходит не на уровне сенсорных рецепторов, а на более высоких уровнях нервной системы, в мозгу. Мозг различает сенсорные стимулы через сенсорный путь: потенциалы действия от сенсорных рецепторов проходят по нейронам, предназначенным для определенного стимула. Эти нейроны предназначены для этого конкретного стимула и синапса с определенными нейронами в головном или спинном мозге.

Все сенсорные сигналы, кроме сигналов от обонятельной системы, передаются через центральную нервную систему и направляются в таламус и в соответствующую область коры. Напомним, что таламус — это структура в переднем мозге, которая служит центром обмена информацией и ретрансляционной станцией для сенсорных (а также моторных) сигналов. Когда сенсорный сигнал выходит из таламуса, он проводится в определенную область коры (рис. 2), предназначенную для обработки этого конкретного чувства.

Как интерпретируются нейронные сигналы? Интерпретация сенсорных сигналов между людьми во многом схожа; однако есть некоторые индивидуальные различия. Хорошим примером этого является индивидуальная переносимость болевого раздражителя, такого как зубная боль, которая, безусловно, различается.