Введение в особые чувства

Сенсорные рецепторы играют неотъемлемую роль в понимании нашей внешней и внутренней среды. Они получают различные стимулы, преобразуя их в электрохимические сигналы нервной системы. Это преобразование происходит, когда стимул изменяет потенциал клеточной мембраны сенсорного нейрона, стимулируя генерацию потенциала действия. Этот потенциал действия впоследствии передается в центральную нервную систему (ЦНС), которая интегрируется с другими сенсорными данными или высшими когнитивными функциями. Это приводит к сознательному осознанию исходного стимула. Центральное интегрирование может в конечном итоге вызвать двигательную реакцию.

Такие термины, как «ощущение» или «восприятие», используются намеренно при описании сенсорных функций. Под ощущением понимается инициация сенсорных рецепторных клеток одновременно с воздействием стимула. И наоборот, восприятие включает в себя интерпретацию мозгом сенсорных стимулов в узнаваемые паттерны. Хотя ощущение является предпосылкой для восприятия, оно не гарантирует последнего. Структуры или клетки, которые различают ощущения, известны как рецепторы. Трансформация рецепторной клетки происходит непосредственно в ответ на раздражитель. Трансмембранный белковый рецептор внутри клеточной мембраны вызывает физиологические изменения в нейроне. Обычно это происходит через открытие ионных каналов или изменение клеточных сигнальных путей. Активация трансмембранных рецепторов происходит за счет химических веществ, называемых лигандами. Например, определенные молекулы, присутствующие в пище, могут действовать как лиганды для вкусовых рецепторов. Хотя другие трансмембранные белки не являются строго рецепторами, они реагируют на механические или термические изменения. Эти физические преобразования в белках могут усиливать транслокацию ионов через мембрану и запускать действие или градуированный потенциал в сенсорных нейронах.

Сенсорные рецепторы и восприятие стимулов окружающей среды

Сигналы окружающей среды стимулируют активацию специализированных сенсорных клеток в периферической нервной системе. Эти сенсорные клетки разнообразны, каждая из них специфически настроена на различные формы стимулов. Эти сенсорные клетки можно классифицировать по трем основным признакам: клеточная морфология, пространственное расположение относительно воспринимаемых стимулов и функциональные характеристики. Структурно сенсорные клетки могут быть классифицированы по их определенному клеточному типу и их пространственному расположению рядом с стимулами, которые они способны воспринимать. С функциональной точки зрения эти клетки могут быть классифицированы по их уникальной способности преобразовывать стимулы — процесс, посредством которого физический стимул, свет или химическое изменение приводит к изменению потенциала клеточной мембраны.

Типы структурных рецепторов

Трансляция сенсорной информации в основном выполняется

1. Нейроны, обладающие неинкапсулированными нервными окончаниями, в которых дендритные отростки интегрированы в ткань, получающие сенсорный вход
2. Нейроны с инкапсулированными нервными окончаниями, где сенсорные нервные окончания окутаны слоем соединительной ткани, увеличивая их чувствительность
3. Специализированные рецепторные клетки конструируются с явными структурными компонентами для интерпретации определенной категории стимулов.

Примером нейронов с неинкапсулированными нервными окончаниями являются ноцицептивные и терморецептивные нейроны в дерме кожи. Тельца Пачини, нейроны с инкапсулированными нервными концами, чувствительными к механическому давлению и прикосновению, также находятся в дерме кожи. Фоторецепторы в сетчатке являются примером специализированного рецептора, специально разработанного для реагирования на световые стимулы.

В качестве альтернативы рецепторы могут быть стратифицированы в зависимости от их близости к источнику стимула. Экстерорецепторы представляют собой класс рецепторов вблизи внешнего раздражителя окружающей среды, примером которых являются соматосенсорные рецепторы в слоях кожи. Интероцепторы, напротив, интерпретируют стимулы, исходящие от внутренних органов и тканей тела. Иллюстрацией этого могут служить рецепторы, которые регистрируют колебания артериального давления в аортальном или сонном синусе. С другой стороны, проприоцепторы расположены рядом с движущимися сегментами тела, такими как мышцы, и имеют решающее значение для интерпретации позиционных изменений в тканях во время движения.

Классификация функциональных возможностей рецепторов

Рецепторы могут быть дополнительно раздвоены в зависимости от их механизма преобразования стимулов в изменения мембранного потенциала. В целом, стимулы можно разделить на три большие категории.

Некоторые стимулы включают ионы и макромолекулы, которые взаимодействуют с рецепторными белками на клеточной мембране, вызывая изменения, когда эти биохимические объекты диффундируют по клеточной мембране.

Другие стимулы соответствуют изменениям в физических условиях окружающей среды, при которых потенциалы мембран рецепторных клеток подвержены изменениям.

К оставшейся категории стимулов относится электромагнитное излучение, в частности видимый свет, который может ощущаться человеческим глазом. Интересно, что некоторые организмы обладают специализированными рецепторами, отсутствующими у человека, такими как датчики обнаружения тепла у змей, у пчел датчики ультрафиолетового света или рецепторы у птиц к магнитным полям во время миграции.

Клетки, которые интерпретируют сигналы, могут быть классифицированы на различные типы в зависимости от характера стимула, который они передают. Хеморецепторы, например, обрабатывают химические сигналы, позволяя распознавать вкус или запах объекта. Осморецепторы обнаруживают колебания концентрации растворенных веществ в жидкости организма. Ноцицепторы в первую очередь служат в качестве химической сенсорной системы, распознающей существование химических веществ, возникающих в результате повреждения тканей или подобных интенсивных раздражителей, тем самым воспринимая боль. Физические стимулы, охватывающие давление, вибрацию, слуховые ощущения и позиционное осознание (равновесие), распознаются через механорецептор. Терморецепторы — это специализированные рецепторы, которые обнаруживают изменения температуры, с различными типами, реагирующими на температуру либо выше (тепло), либо ниже (холод), чем средняя температура тела.

Сенсорные модальности

Опрос обычного человека о человеческих чувствах приводит к перечислению пяти основных чувств — чувства, обоняния, тактики, слуха и зрения. Тем не менее, такой список не является исчерпывающим. Крайне важно отсутствие равновесия, или нашего чувства равновесия. Кроме того, широкую категорию тактиков можно разделить на более специализированные модальности, такие как давление, вибрация, растяжение и положение волосяных фолликулов, которые различаются различными механорецепторами. К дополнительным игнорируемым методам относятся термоцепция, определение температуры терморецепторами, и ноцицепция, восприятие боли через ноцицепторы.

В физиологии сенсорное восприятие можно разделить на общие или специфические рамки. Общее сенсорное восприятие распространяется на все тело, а рецепторные клетки встроены в структуру других органов. Например, механорецепторы в коже, мышцах или стенках кровеносных сосудов относятся к этой категории. Такие общие чувства обычно способствуют осязанию, проприоцепции (пространственной ориентации тела), кинестезии (осознанию движения) или вегетативным функциям через висцеральные чувства. В отличие от них, специализированные органы чувств связаны с определенными органами, такими как глаз, внутреннее ухо, язык или нос.

Каждое чувство обозначается как сенсорная модальность, термин, который заключает в себе концепцию кодирования информации и отражает идею трансдукции. Первичные сенсорные модальности могут быть каталогизированы на основе соответствующих механизмов трансдукции. Вкус и обоняние относятся к химическим ощущениям, в то время как осязание, часто обозначаемое как общее чувство, включает в себя химические ощущения в форме ноцицепции или боли. Механорецепторы обнаруживают такие ощущения, как давление, вибрация, растяжение мышц и движение волос из-за внешнего раздражителя. Механорецепторы также обеспечивают слух и равновесие, в то время как фоторецепторы облегчают зрение.

Мириады сенсорных модальностей, потенциально составляющих 17, обусловливают необходимость фрагментации пяти первичных чувств на более конкретные подкатегории или субмодальности. Каждая сенсорная модальность соответствует ощущению уникального стимула. Например, соматоощущение, общее чувство осязания, можно разделить на различные субмодальности, такие как легкое давление, глубокое давление, вибрация, зуд, боль, температура или движение волос.