Презентация - Сенсорные системы

Калиман Николай Александрович

Сенсорная система – часть нервной системы человека, способная воспринимать внешнюю для мозга информацию, передавать ее в мозг и анализиовать.

Периферическая часть, представленная рецептором, воспринимающим раздражение и преобразующим его в нервное возбуждение. Проводниковый отдел - нервные пути, которые связывают рецептор и центральную часть анализатора. центральная часть, образованная несколькими уровнями обработки в ЦНС, самым высоким из которых является кора больших полушарий.

Формирование ощущений и восприятие действующих стимулов. Контроль произвольных движений. Контроль деятельности внутренних органов. Обеспечение необходимого для бодрствования уровня активности мозга.

Действие раздражителя на периферические рецепторы. Преобразование энергии стимула в энергию электрического сигнала Переработка передаваемых сигналов на всех иерархических уровнях сенсорной системы. Возникновение субъективной реакции на раздражитель, представляющей собой восприятие или внутреннее представительство действующего стимула в виде образов или словесных стимулов.

Рецепторы Экстерорецепторы Интерорецепторы Проприорецепторы дистантные контактные зрительные, слуховые, обонятельные температурные, тактильные, вкусовые сигнализируют о состоянии внутренних органов и изменениях химического состава тканевой жидкости, содержимого пищеварительного тракта сигнализируют о состоянии опорно-двигательного аппарата

По специфической чувствительности Механорецепторы Возбуждение вследствие деформации клеточной мембраны при давлении или растяжении. Тактильные рецепторы кожи, проприорецепторы мышц и сухожилий, слуховые и вестибулярные, барорецепторы, волюморецепторы. Хеморецепторы Возбуждение вследствие присоединения к ним определенных химическх молекул. Обонятельные и вкусовые рецепторы. Фоторецепторы Возбуждение вследствие поглощения кванта света. Терморецепторы Возбуждение вследствие изменения температуры.

Мономодальные Возбуждаются только на действие стимула одной физической природы. Полимодальные Адекватными раздражителями могут служить стимулы разной физической природы. (болевые)

В зависимости от строения Первичночувствующие Являются специализированными окончаниями чувствительного нейрона. (обонятельные, большинство механорецепторов кожи, терморецепторы, болевые рецепторы, проприорецепторы, интерорецепторы) Вторичночувствующие Клетки эпителиального происхождения, способные к образованию рецепторного потенциала в ответ на действие адекватного стимула. Способны реагировать формированием рецепторного потенциала, что приводит к регуляции выделения нейромедиатора к чувствительному нервному волокну. Сами ПД не генерируют. (вкусовые, фоторецепторы, слуховые и вестибулярные)

При действии стимула в рецепторе происходит преобразование энергии внешнего раздражения в рецепторный сигнал. Три основных этапа: Взаимодействие стимула с рецепторной белковой молекулой. Усиление и передача стимула в пределах рецепторной клетки. Открывание находящихся в мембране рецептора ионных каналов, через которые начинает течь ионный ток – возникновение рецепторного потенциала.

Когда раздражение достигает пороговой величины, возбуждается сенсорный нейрон, посылающий импульс в ЦНС. При действии стимула на рецепторную клетку в белково-липидном слое мембраны проис ходит изменение пространственной конфигурации белковых рецепторных молекул. Это приводит к изменению проницаемости мембраны для определенных ионов, чаще всего для ионов на трия.

Кодирование – процесс преобразования информации в условную форму (код), удобную для передачи по каналу связи. Любое преобразование информации в отделах анализатора является кодированием. В слуховом анализаторе механическое колебание перепонки и других звукопроводящих элементов на первом этапе преобразуется в рецепторный потенциал, последний обеспечивает выделение медиатора в синаптическую щель и возникновение генераторного потенциала, в результате действия которого в афферентном волокне возникает нервный импульс.

В среднем на один квадратный сантиметр кожи приходится: 100 - 200 болевых рецепторов, 12 - 15 холодовых, 1 - 2 тепловых рецептора и около 25 тактильных.

Тельца Мейснера - рецепторы осязания и давления, расположенные в дерме. Представляют собой слоистую структуру с нервным окончанием, проходящим между слоями. Являются быстроадаптирующимися. Обладают малыми рецептивными полями, то есть представляют тонкую чувствительность.

Тельца Пачини - инкапсулированные рецепторы давления в округлой многослойной капсуле. Располагаются в подкожно-жировой клетчатке. Являются быстроадаптирующимися (реагируют только в момент начала воздействия), то есть регистрируют силу давления. Обладают большими рецептивными полями, то есть представляют грубую чувствительность.

На холодовое воздействие реагируют рецепторы, которые называют колбами Краузе, а на тепловое — тельца Руффини; последних гораздо меньше, чем колб Краузе. Всего насчитывается около 250000 холодовых и 30000 тепловых рецепторов.

Тельца Меркеля - рецепторы давления. Являются медленноадаптирующимися (реагируют на всей продолжительности воздействия), то есть регистрируют продолжительность давления. Обладают малыми рецептивными полями. Адекватным стимулом для них служит прогибание эпидермиса при действии механического стимула на кожу.

Более 70% информации из окружающего мира человек получает через глаза. Поглощение фоторецепторами сетчатки отраженной от окружающих предметов энергии световых лучей или электромагнитных волн в диапазоне от 400 до 700 нм. Энергия поглощенных квантов света преобразуется сетчаткой в нервные импульсы, поступающие в проекционную зрительную кору.

Зрительная система (зрительный анализатор) включает следующие анатомические образования : периферический парный орган зрения — глаз; черепно-мозговые нервы: зрительный нерв — II-я пара, глазодвигательный нерв — III-я пара, блоковый нерв — IV-я пара отводящий нерв — VI-я пара; латеральное коленчатое тело промежуточного мозга; передние бугры четверохолмия среднего мозга; подушка таламуса, зрительная кора.

Сетчатка представляет собой внутреннюю светочувствительную оболочку глаза. По своему строению и происхождению представляет собой нервный центр, в котором происходят первичная обработка зрительных сигналов, преобразование их в нервные импульсы, передающиеся в головной мозг. Сетчатка состоит из четырех слоев клеток: пигментного слоя, слоя фоторецепторов и двух слоев нейронов сетчатки.

На пути к сетчатке глаза лучи света проходят через несколько прозрачных сред — роговицу, водянистую влагу, хрусталик и стекловидное тело. Прохождение световых лучей через искривленную поверхность, разграничивающую две среды с различной оптической плотностью, сопровождается преломлением лучей, или рефракцией . При прохождении лучей через глаз они преломляются на четырех поверхностях раздела: 1) между воздухом и роговицей; 2) между роговицей и водянистой влагой; 3) между водянистой влагой и хрусталиком; 4) между хрусталиком и стекловидным телом.

Рефракция или преломление света - это изменение направления распространения света при прохождении через границу раздела двух сред с различной оптической плотностью .

В результате преломления на сетчатке получается изображение, резко уменьшенное и перевернутое вверх ногами и справа налево .

Аккомодацией называют приспособление глаза к ясному видению объектов, удаленных на разное расстояние. Для ясного видения объекта необходимо, чтобы он был сфокусирован на сетчатке, т. е. чтобы лучи от всех точек его поверхности проецировались на поверхность сетчатки. Когда мы смотрим на далекие предметы, их изображение сфокусировано на сетчатке и они видны ясно. Зато изображение близких предметов при этом расплывчато, так как лучи от них собираются за сетчаткой. Главную роль в аккомодации играет хрусталик, изменяющий свою кривизну и, следовательно, преломляющую способность. Механизмом аккомодации является сокращение ресничных мышц, которые изменяют выпуклость хрусталика.

Схематическое представление механизма аккомодации слева - фокусировка вдаль; справа - фокусировка на близкие предметы.

Две главные аномалии рефракции глаза — близорукость , или миопия, и дальнозоркость , или гиперметропия, — обусловлены не недостаточностью преломляющих сред глаза, а изменением длины глазного яблока. Если продольная ось глаза слишком длинная, то лучи от далекого объекта сфокусируются не на сетчатке, а перед ней, в стекловидном теле. Такой глаз называется близоруким, или миопическим. В дальнозорком глазу продольная ось глаза укорочена, и поэтому лучи от далекого объекта фокусируются не на сетчатке, а за ней.

Астигматизм - неодинаковое преломление лучей в разных направлениях (например, по горизонтальному и вертикальному меридиану). Астигматизм обусловлен не строго сферической поверхностью роговой оболочки.

Возможность получения лучей любого оттенка смешением излучений красного, зеленого и сине-фиолетового цветов есть следствие существования в сетчатке глаза трех светочувствительных приемников, для которых характерны различные области спектральной чувствительности. Смешивая в разных количествах излучения трех цветов, зрительный анализатор способен создавать практически любую комбинацию возбуждений трех приемников, а это и значит получать восприятие любых цветов

Слуховая система — одна из важнейших дистантных сенсорных систем человека в связи с возникновением у него речи как средства общения. Ее функция состоит в формировании слуховых ощущений человека в ответ на действие акустических (звуковых) сигналов, которые представляют собой колебания воздуха с разной частотой и силой.

периферический отдел (наружное, среднее и внутреннее ухо); проводящие пути (слуховой нерв); центральные отделы (кохлеарные ядра и ядра верхней оливы, задние бугры четверохолмия, внутреннее коленчатое тело, слуховая область коры головного мозга).

При действии звука основная мембрана начинает колебаться, а наиболее длинные волоски рецепторных клеток, наклоняясь, касаются покровной мембраны. Отклонение волоска на несколько градусов приводит к натяжению тончайших вертикальных нитей (микрофиламент) и открытию от 1 до 5 ионных каналов в мембране рецепторных клеток. Деполяризация пресинаптического окончания волосковой клетки приводит к выходу в синаптическую щель нейромедиатора, который воздействует на постсинаптическую мембрану афферентного волокна и вызывает генерацию в нём возбуждающего постсинаптического потенциала, после чего в нервные центры генерируются импульсы.

Функция вестибулярной сенсорной системы состоит в обеспечении мозга информацией о положении головы в пространстве, о действии гравитации и сил, вызывающих линейные или угловые ускорения. Эта функция необходима для поддержания равновесия, т. е. устойчивого положения тела в пространстве, и для пространственной ориентации человека. Состоит из 3 отделов: 1) периферический – механорецепторы – преддверие (мешочек и маточка) и полукружные каналы; 2) проводниковый отдел – первый нейрон вестибулярного узла, в височной кости, вестибулярный нерв входит в продолговатый мозг (это 2 нейрон), далее импульсы идут в 3-й нейрон расположенный в таламусе; 3) в корковом отделе лежит 4–й нейрон – это височная область коры и моторная область постцентральной извилины.

Вкусовая сенсорная система является одним из каналов связи организма с внешней средой, с помощью которого осуществляется анализ качества и концентрации веществ, поступающих в ротовую полость

Вкусовая луковица состоит из 30-80 уплощенных, вытянутых веретенообразных клеток, тесно прилегающих друг к другу наподобие долек апельсина. В составе луковицы имеется 3 вида клеток: 1 – вкусовые (сенсорные), 2 – опорные, 3 – базальные (регенеративные) клетки. Из этих клеток развиваются опорные и вкусовые клетки. Всего у человека насчитывается около 2000 луковиц.

Вкусовые клетки — наиболее короткоживущие эпителиальные клетки организма: в среднем через каждые 250 ч старая клетка сменяется молодой, движущейся к центру вкусовой почки от ее периферии. Каждая из рецепторных вкусовых клеток имеет на конце, обращенном в просвет поры, 30—40 тончайших микроворсинок толщиной 0,1— 0,2 мкм и длиной 1—2 мкм. Они играют важную роль в возбуждении рецепторной клетки, воспринимая те или иные химические вещества, адсорбированные в канале луковицы. В области микроворсинок расположены активные центры — стереоспецифические участки рецептора, избирательно воспринимающие разные вещества. Одна и та же вкусовая клетка способна воспринимать несколько вкусовых раздражений. При адсорбции воздействующих молекул происходят конформационные изменения рецепторных белковых молекул, которые приводят к локальному изменению проницаемости мембран вкусового сенсорного эпителиоцита и генерации потенциала на его мембране.

Проводниками вкусовой чувствительности служат волокна лицевого, языкоглоточного и блуждающего нервов. Вкусовые луковицы передних двух третей языка иннервируются лицевым нервом. Тела нейронов находятся в коленчатом узле. По его афферентным волокнам проводится информация о вкусе, а также импульсация от температурных, тактильных и болевых рецепторов передней части языка. От задней трети языка, твердого неба и миндалин информация о вкусе передается по волокнам языкоглоточного нерва. Вкусовые луковицы глотки иннервируются волокнами блуждающего нерва. Первичный центр вкуса находится в ядре одиночного (солитарного) пути , которое расположено в продолговатом мозге, и содержит вторые нейроны вкусового пути. Большинство волокон лицевого нерва оканчиваются в ростральной части, волокна языкоглоточного - в средней части, блуждающего - в средней и каудальной частях ядра. Слизистая оболочка ротовой полости и глотки проецируется в ядро одиночного пути соматотопически. От нейронов ядра одиночного пути волокна в составе медиального пучка направляются к ядру таламуса (где находится 3-й нейрон вкусового пути. Аксоны таламических нейронов образуют корковую проекцию вкусового анализатора. Считают, что таламокортикальная система обеспечивает вкусовое различение, тогда как связи с лимбическими структурами обеспечивают мотивационные характеристики пищевого поведения.

При длительном действии вкусового вещества наблюдается адаптация к нему (снижается интенсивность вкусового ощущения). Продолжительность адаптации пропорциональна концентрации раствора. Адаптация к сладкому и соленому развивается быстрее, чем к горькому и кислому. Обнаружена и перекрестная адаптация, т. е. изменение чувствительности к одному веществу при действии другого. Применение нескольких вкусовых раздражителей одновременно или последовательно дает эффекты вкусового контраста или смешения вкуса. Например, адаптация к горькому повышает чувствительность к кислому и соленому, адаптация к сладкому обостряет восприятие всех других вкусовых стимулов. При смешении нескольких вкусовых веществ может возникнуть новое вкусовое ощущение, отличающееся от вкуса составляющих смесь компонентов.

Важным обстоятельством является то, что предпочтительный выбор пищи отчасти основан на врожденных механизмах, но в значительной мере зависит от связей, выработанных в индивидуальной жизни. В процессе эволюции вкус сформировался как механизм выбора или отвергания пищи . В естественных условиях вкусовые ощущения комбинируются с обонятельными, тактильными и температурными, также создаваемыми пищей. Сочетание всех этих раздражений создает ощущение вкуса и адекватную реакцию на пищевое вещество.

Обонятельная система (обонятельный анализатор) осуществляет восприятие и анализ химических раздражителей, находящихся во внешней среде и действующих на органы обоняния.

Hoc человека имеет три камеры: нижнюю, среднюю и верхнюю. Нижняя и средняя камеры выполняют, по сути санитарную роль, согревая и очищая вдыхаемый воздух. Основной орган обоняния, являющийся периферической частью сенсорной системы, представлен ограниченным участком слизистой оболочки носа — обонятельной областью , покрывающей у человека верхнюю и отчасти среднюю раковины носовой полости, а также верхнюю часть носовой перегородки. Внешне обонятельная область отличается от респираторной части слизистой оболочки желтоватым цветом, вследствие присутствия пигмента в клетках.

Обонятельная рецепторная клетка - биполярная клетка, имеющая веретенообразную форму. На поверхности рецепторного слоя она утолщается в виде обонятельной булавы, от которой отходят волоски (цилии), каждый волосок содержит микротрубочки (9 2). Центральные отростки обонятельных рецепторов представляют собой немиелинизированные нервные волокна, которые собираются в пучки по 10-15 волокон (обонятельные нити) и, пройдя через отверстия решетчатой кости, направляются к обонятельной луковице мозга.

Молекулы запахового вещества (одоранта) контактируют с обонятельной слизистой оболочкой. Приемником запаховых молекул являются макромолекулы белка, которые меняют свою конформацию при присоединении к ним запаховых молекул. Это вызывает открывание в плазматической мембране рецепторной клетки натриевых каналов и как следствие — генерацию деполяризационного рецепторного потенциала, который приводит к импульсному разряду в аксоне рецептора (волокне обонятельного нерва).

По теории Дж. Эймура и Р. Монкриффа запах вещества определяется формой и размером пахучей молекулы, которая по конфигурации подходит к рецепторному участку мембраны «как ключ к замку». Концепция рецепторных участков разного типа, взаимодействующих с конкретными молекулами одорантов предлагает наличие рецептивных участков семи типов. Рецептивные участки плотно контактируют с молекулами одоранта, при этом изменяется заряд участка мембраны и в клетке возникает потенциал. Каждый обонятельный рецептор отвечает не на один, а на многие пахучие вещества, отдавая «предпочтение» некоторым из них. Регистрируемый в луковицах при действии запаха электрический ответ зависит от пахучего вещества: при разных запахах меняется пространственная мозаика возбужденных и заторможенных участков луковицы.

Чувствительность довольно велика: один обонятельный рецептор может быть возбужден одной молекулой пахучего вещества, а возбуждение небольшого числа рецепторов приводит к возникновению ощущения. В то же время изменение интенсивности действия веществ (порог различения) оценивается людьми довольно грубо (наименьшее воспринимаемое различие в силе запаха составляет 30—60 % от его исходной концентрации). У собак эти показатели в 3—6 раз выше.

Адаптация происходит в течении 10 секунд или минут и зависит от продолжительности действия вещества, его концентрации и скорости потока воздуха. По отношению ко многим пахучим веществам довольно быстро наступает полная адаптация, т. е. их запах перестает ощущаться (запах своего тела, одежды, комнаты и т. п.). По отношению к ряду веществ адаптация происходит медленно и лишь частично. Установлено, что изменения чувствительности и явления адаптации в основном происходят не в периферическом, а в корковом отделе вкусового и обонятельного анализаторов . Иногда, при частом действии одного и того же обонятельного раздражителя, в коре больших полушарий возникает стойкий очаг повышенной возбудимости. В таких случаях ощущение этого запаха может появляться и при действии различных других веществ. Мало того, ощущение соответствующего запаха может стать назойливым, появляясь и при отсутствии каких-либо запаховых раздражителей - возникают иллюзии и галлюцинации . Если во время обеда сказать, что блюдо протухло или прокисло, то у некоторых людей появляются соответствующие обонятельные и вкусовые ощущения, в результате чего они отказываются от еды.

С участием обонятельного анализатора осуществляется ориентация в окружающем пространстве и происходит процесс познания внешнего мира. Он оказывает влияние на пищевое поведение, принимает участие в апробации пищи на съедобность, в настройке пищеварительного аппарата на обработку пищи (по механизму условного рефлекса), а также — на оборонительное поведение, помогая избежать опасности благодаря способности раз личать вредные для организма вещества. У человека обоняние эффективно способствуют извлечению информации из памяти. Через запахи мы способны восстановить атмосферу прошлых лет или обрести воспоминания, связанные с конкретными жизненными обстоятельствами. Обоняние играет заметную роль в эмоциональной сфере человека. Несмотря на то, что образ «второй половинки» у человека строится в основном на основе информации, полученной с помощью зрения и слуха, индивидуальный запах тела также является ориентиром для распознавания подходящего объекта для успешного продолжения рода. Для более эффективного восприятия этих запахов и соответствующей реакции на них природа создала «вспомогательную» обонятельную систему вомероназальную систему .

Производит анализ состояния двигательного аппарата – его движения и положения, информация о сокращении скелетных мышц, регуляция двигательных актов и поз. 3 отдела входят в состав двигательной сенсорной системы: 1) периферический отдел – проприорецепторы мышц, связок, сухожилий суставных сумок; 2) проводниковый отдел – первый нейрон расположен вне ЦНС - в спинномозговых узлах, один отросток связан с рецептором, другой входит в спинной мозг и передает проприорецепторам импульсы ко вторым нейронам в продолговатом мозге, мозжечке, а далее – третий нейрон – в таламусе. 3) корковый отдел находится в передней центральной извилине коры больших полушарий.

К проприорецепторам относятся мышечные веретена, сухожильные органы Гольджи и суставные рецепторы. Все они являются механорецепторами. Адекватным стимулом для них является растяжение.