Рецепторный отдел сенсорных систем. Зависимость между силой раздражения и интенсивностью ощущения в рецепторах. ( Закон Вебера и Вебера

В сенсорной физиологии принято говорить о «рецепторных клетках», или, что то же самое, о «сенсорных рецепторах». Что же касается понятия «сенсорные системы», то оно включает в себя не только периферически расположенные биосенсоры, но и всю систему обработки передаваемых ими сигналов, т.е. мозг. Например, таким образом оптические биосенсоры, или фоторецепторы, превращают оптическое изображение в нейроизображение. Естественно, что в зависимости от физической природы воспринимаемых стимулов, или, как говорят, от их модальности, существуют фоторецепторы (зрительная система), хеморецепторы (обонятельная и вкусовая системы), механорецепторы (фонорецепторы в слуховой системе, рецепторы органов равновесия, рецепторы наружных покровов тела), терморецепторы (в соматосенсорной системе), гигро- и электрорецепторы. Соответственно, рецепторами работают сенсорные системы: со светом — зрительная, с механическими колебаниями в среде — слуховая и акустико-латеральная (органы боковой линии у некоторых водных животных), с идентификацией пищевых веществ — вкусовая, с пахучими сигналами — обонятельная; положение организма в пространстве и ориентацию тела в нем определяет система органов равновесия; механические, температурные и ряд иных характеристик внешней среды оценивает соматосенсорная система (осязание), а электрическую «погоду» в водоем ах — электросенсорная. Как уже говорилось, этими системами в той или иной комбинации снабжены все организмы, но не все системы представлены у человека, да и сам перечень сенсорных рецепторов и систем, возможно, пока не полон. В результате действия адекватного раздражителя у большинства рецепторов увеличивается проницаемость клеточной мембраны для катионов, что приводит к ее деполяризации. Исключением из общего правила являются фоторецепторы, где после поглощения энергии квантов света в связи особенностями управления ионными каналами происходит гиперполяризация мембраны. Изменение величины мембранного потенциала рецепторов в ответ на действие стимула представляет собой рецепторный потенциал — входной сигнал первичных сенсорных нейронов. Если величина рецепторного потенциала достигнет критического уровня деполяризации или превысит его, генерируются потенциалы действия, с помощью которых сенсорные нейроны передают в центральную нервную систему информацию о действующих стимулах. Генерация потенциалов действия происходит в ближайшем к рецепторам перехвате Ранвье миелинизированных волокон или ближайшей к рецепторам части мембраны безмиелинового волокна. Минимальная сила адекватного стимула, достаточная для генерации потенциалов действия в первичном сенсорном нейроне, определяется как его абсолютный порог. Минимальный прирост силы стимула, сопровождающийся значимым изменением реакции сенсорного нейрона, представляет собой дифференциальный порог его чувствительности. Информация о силе действующего на рецепторы стимула кодируется двумя способами: частотой потенциалов действия, возникающих в сенсорном нейроне (частотное кодирование), и числом сенсорных нейронов, возбудившихся в ответ на действие стимула. При увеличении силы действующего на рецепторы раздражителя повышается амплитуда рецепторного потенциала, что, как правило, сопровождается увеличением частоты потенциалов действия в сенсорном нейроне первого порядка. Чем больше первичных сенсорных нейронов возбудится одновременно, тем сильнее будет их совместное действие на общий нейрон второго порядка, что в итоге отразится на субъективной оценке интенсивности действующего раздражителя.

Суть закона Вебера заключается в том, что минимальное изменение интенсивности звука которое различает человеческое ухо, не зависит от интенсивности слышимого звука и составляет приблизительно 10% от ее величины: дельтаI/I=10-1.

Помимо слуховых ощущений, Вебер изучал также осязание и зрение и установил, что для осязания минимальное различие в ощущении тяжести груза не зависит от величины этого груза и составляет ~ 1/30, а для зрения минимальная воспринимаемая разница в интенсивности света также не зависит от величины интенсивности и составляет ~ 1/100.

Вебера — Фехнера — эмпирический психофизиологический закон, заключающийся в том, что интенсивность ощущения пропорциональна логарифму интенсивности стимула. В ряде экспериментов, начиная с 1834 года, Э. Вебер показал, что новый раздражитель, чтобы отличаться по ощущениям от предыдущего, должен отличаться от исходного на величину, пропорциональную исходному раздражителю. Так, чтобы два предмета воспринимались как различные по весу, их вес должен различаться на 1/30, для различения яркости двух источников света необходимо, чтобы их яркость отличалась на 1/100 и т. д. На основе этих наблюдений Г. Фехнер в 1860 году сформулировал «основной психофизический закон», по которому сила ощущения p пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя S: р=кlog(S/S0), где S0 — граничное значение интенсивности раздражителя: если S < S0, раздражитель совсем не ощущается. Так, люстра, в которой 8 лампочек, кажется нам настолько же ярче люстры из 4-х лампочек, насколько люстра из 4-х лампочек ярче люстры из 2-х лампочек. То есть, количество лампочек должно увеличиваться в разы, чтобы нам казалось, что прирост яркости постоянен. И наоборот, если прирост яркости постоянен, нам будет казаться, что он уменьшается. Закон Вебера — Фехнера можно объяснить тем, что константы скорости химических реакций проходящих при рецептировании нелинейно зависят от концентрации химических посредников физических раздражителей или собственно химических раздражителей.

Взаимодействие нейронов между собой (и с эффекторными органами) происходит через специальные образования - синапсы (греч. - контакт). Они образуются концевыми разветвлениями нейрона на теле или отростках другого нейрона. Чем больше синапсов в нервной клетке, тем больше она воспринимает различных раздражений и, следовательно, шире сфера влияний на ее деятельность и возможность участия в разнообразных реакциях организма. Особенно много синапсов в высших отделах нервной системы и именно у нейронов с наиболее сложными функциями. В структуре синапса различают три элемента: 1)пресинаптическую мембрану, образованную утолщением мембраны конечной веточки аксона; 2)синаптическую щель между (или щелевые контакты в электр синапсах); 3)постсинаптическую мембрану - утолщение прилегающей поверхности следующего нейрона. В большинстве случаев передача влияния одного нейрона на другой осуществляется химическим путем. В пресинаптической части контакта имеются синоптические пузырьки, которые содержат специальные вещества - медиаторы или посредники. Ими могут быть ацетилхолин, норадреналин, некоторые аминокислоты и др. Приходящие в окончания аксона нервные импульсы вызывают опорожнение синаптических пузырьков и выведение медиатора в синаптическую щель. По характеру воздействия на последующую нервную клетку различают возбуждающие и тормозящие синапсы. В возбуждающих синапсах медиаторы (например ацетилхолин) связываются со специфическими макромолекулами постсинаптической мембраны и вызывают ее деполяризацию. При этом регистрируется небольшое и кратковременное (около 1 мс) колебание мембранного потенциала в сторону деполяризации или возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП). Для возбуждения нейрона необходимо, чтобы ВПСП достиг порогового уровня (не менее 10 мВ). Действие медиатора очень кратковременно (1-2 мс). В тормозящих синапсах содержатся тормозные медиаторы (например, гамма-аминомасляная кислота). Их действие на постсинаптическую мембрану вызывает усиление выхода ионов калия из клетки и увеличение поляризации мембраны. При этом регистрируется кратковременное колебание мембранного потенциала в сторону - тормозящий постсинаптический потенциал (ТПСП). В результате нервная клетка оказывается заторможенной. Возбудить ее труднее, чем в исходном состоянии. Для этого понадобится более сильное раздражение, чтобы достичь КУД. Общее изменение мембранного потенциала нейрона является результатом сложного взаимодействия (интеграции) местных ВПСП и ТПСП всех многочисленных активированных синапсов. При одновременном влиянии как возбуждающих, так и тормозящих синапсов происходит алгебраическое суммирование (т.е. взаимное вычитание) их эффектов. При этом возбуждение нейрона возникнет лишь в том случае, если сумма возбуждающих постсинаптических потенциалов окажется больше суммы тормозящих. Это превышение должно составлять определенную пороговую величину (около 10 мВ). Только в этом случае появляется потенциал действия клетки. Возбудимость нейрона зависит от его размеров: чем меньше клетка, тем выше ее возбудимость. появлением потенциала действия начинается процесс проведения нервного импульса по аксону и передача его на следующий нейрон или рабочий орган, т.е. осуществляется эффекторная функция нейрона.

Приход нервного импульса по аксону вызывает деполяризацию пресинаптической мембраны и изменение ионных токов пре-СМ. Происходит активация потенциалзависимых Са2+-каналов, через которые в терминаль поступает Са2+, взаимодействует с белками, инициирует экзоцитоз и освобождение в синаптическую щель медиатора. Синаптическая везикула подходит к терминали. сливается с ней и выделяет свое содержимое в синаптическую щель. Этот процесс энерго(АТФ)зависим. Са2+ участвует в осуществлении метаболических процессов, завершающихся выделением нейромедиатора и нейромодулятора, и в самом выделении нейромедиатора и нейромодулятора. При действии нейромедиатора на ауторецепторы пресинаптической терминали активируется обратная связь, регулирующая синтез и выделение нейромедиатора. Часть его поступает обратно в терминаль (обратное поступление медиатора). Это поступление совершается с помощью переносчика и, возможно, других медиаторов, а также путем эндоцитоза. Поступивший обратно медиатор пополняет его содержание в терминали. Энергия, необходимая для деятельности терминали, обеспечивается митохондриями. Деятельность терминали и, в частности, выделение нейромедиатора, контро-лируется влияниями другого специального нейрона, которые осуществляются через его терминаль (пресинаптический контроль). Выделившиеся нейромедиатор и нейромодулятор связываются со своими рецепторами на мембране постсинаптического нейрона. Активация этих рецепторов ведет к открытию ионных каналов и как результат — к возникновению или усилению ионных токов через каналы, что обусловливает возбуждение (или торможение) и включение в реакцию цепи внутриклеточных метаболических процессов в постсинаптическом нейроне. Активированные рецепторы нейромодуляторов изменяют реактивность рецепторов к нейромедиаторам путем рецептор-рецепторного взаимодействия и через внутриклеточные процессы. Нейромодулятор изменяет также реакцию постсинаптического нейрона на нейромедиатор.

Медиатор освобождается приблизительно одинаковыми порциями, соответствующими объему одного пузырька (везикулы), получившими название "квантов" медиатора. При этом ампли-туда возбуждающего постсинаптического тока (ВИСТ) всегда кратна количеству выделенных квантов.

В отсутствие стимуляции нейрона "кванты" медиатора выделяются спонтанно из открывающихся наружу синаптических пузырьков.

От прихода нервного импульса до развития постсинаптического ответа в химическом синапсе проходит определенное время, получившее название синаптической задержки, которое со-ставляет 0.2—0.5 мс. Основная часть этого времени тратится на процесс секреции медиатора и определяется главным образом временем, необходимым для вхождения кальция внутрь пресинаптического окончания.

Пространственная суммация. Возбуждающий постсинаптический ток (ВПСТ) в течение короткого времени входит в нейрон, вызывая местный сдвиг потенциала (ВПСП) постсинаптической мембраны. Часть его выходит из клетки на некотором расстоянии от синапса, например в аксонном холмике. При этом величина одиночного ВПСП электротонически снижается при удалении от синапса. Однако, если нейрон имеет два или более синапсов, которые активированы одновременно, то токи, генерируемые в этих синапсах, суммируясь, вместе дают более высокий ВПСП. Поскольку в этом случае происходит суммация результатов одновременной активации пространственно разделенных синапсов, говорят о пространственной суммации возбуждения.

Еще совсем недавно казался незыблемым принцип Дейла, который гласил: "Один нейрон — один медиатор", т. е. каждый нейрон выделяет один и тот же медиатор из всех своих, порой далеко удаленных, окончаний. Однако в дальнейшем оказалось, что один нейрон способен использовать несколько медиаторов (например ацетилхолин + АТФ). Но сочетание медиаторов или медиатора и модулятора, видимо, всегда одинаково. Динамический анализ позволил выделить быстрый эффект основного медиатора и, как правило, медленный — модулятора или комедиатора. Теперь модифицированный принцип Дейла звучит так: "Один нейрон — один быстрый медиатор".

!!!В заключение укажем основные отличия электрической и химической передачи сигнала.

1. В электрическом синапсе источник постсинаптического тока — мембрана пресинаптической клетки. Здесь нет химического медиатора, и все факторы, влияющие на его высвобождение и действие (в частности, снижение внутриклеточной концентрации Са2+ или устранение разрушающих медиатор ферментов), на передаче возбуждения не сказываются.

2. В химическом синапсе постсинаптический ток генерируется за счет открытия каналов в постсинаптической мембране и обусловлен ионными градиентами постсинаптической клетки.

Все синапсы можно классифицировать следующим образом:

1) по их местоположению — центральные (головной и спинной мозг) и периферические;

2) по принадлежности к соответствующим клеткам — нейро-нейрональныс. нервно-мышечные, нейро-железистые (нейро-секреторные);

3) по месту контакта в нейро-нейрональных синапсах — аксо-аксональные, аксо-дендритические (дендритные), аксо-сома-тические, дендро-дендритические, дендро-соматические и др.;

4) по расположению относительно друг друга (Г. Шеперд) — последовательные синапсы, реципроктные синапсы, синаптические гломерулы (различным способом соединенные через синапсы клетки);

5) по развитию в онтогенезе — стабильные (например синапсы дуг безусловных рефлексов) и динамические (появляются в процессе индивидуального развития);

6) по знаку их действия — возбуждающие и тормозящие;

7) по способу передачи сигнала — электрические (в которых сигналы передаются электрическим током) и химические (в которых передатчиком или посредником является то или иное физиологически активное вещество). Существуют и смешанные — электрохимические — синапсы;

8) химические синапсы классифицируются —по форме контакта: терминальные (колбообразное соединение) и преходящие (варикозное расширение аксона); —по природе медиатора: холинергические (медиатор — ацетилхолин), адренергические (норадреналин), дофаминергические (дофамин) ГАМКергические (гамма-аминомасляная кислота), глицинергические, глутаматергические, аспартатергические, пуринергические (медиатор — АТФ), — по скорости передачи возбуждения (сигнала): быстрые возбуждающие (в передаче принимают участие классические медиаторы, потенциал сохраняется короткий промежуток времени) и медленные (локализованы в спинном мозге, относятся к пептидным синапсам, постсинаптические потенциалы после ритмической стимуляции сохраняются в течение нескольких минут).

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Рецепторный отдел сенсорных систем. Зависимость между силой раздражения и интенсивностью ощущения в рецепторах. ( Закон Вебера и Вебера –Фехнера).