Schematy dla zmysłów Magdalena Kiełbasiewicz Karolina Kmieciak Magdalena Łaszewska Martyna Soborska

Zmysły Zmysły ludzkie powstały w toku ewolucji i ich pierwotną funkcją było podniesienie szans na przetrwanie gatunku. Obecnie wiele z nich zostało przytłumionych, a ich dawne role i funkcje uległy zmianie. Warto bliżej przyjrzeć się ludzkim zmysłom, dzięki którym mamy zdolność odbierania bodźców zewnętrznych.

Zmysły Na każdy ze zmysłów składają się odpowiednie narządy zmysłów, w których najważniejszą rolę odgrywają receptory wykształcone w kierunku reagowania na konkretny rodzaj bodźców oraz odpowiednie funkcje mózgu.

Zmysły Dzięki działaniu zmysłów możemy poznawać świat, porozumiewać się, odbierać bodźce z otoczenia i uczyć się. Zmysły pozwalają nam sprawnie funkcjonować w codziennym życiu. Możemy nie tylko odnaleźć się w panujących świecie, ale także korzystać z jego dobrodziejstw.

Wzrok Trzeba przyznać, że Natura miała niezłą fantazję, wyposażając człowieka w zmysł wzroku. Oczy są jednym z najbardziej skomplikowanych narządów, jakimi dysponujemy, od których sprawności i zdrowia zależy nasze funkcjonowanie w świecie zewnętrznym. Układ wzrokowy to doskonały, precyzyjny, a jednocześnie tak czuły i delikatny mechanizm…

Wzrok Wzrok jest to zdolność do odbierania bodźców wywołanych przez pewien zakres promieniowania elektromagnetycznego ze środowiska oraz ogół czynności związanych z analizą tych bodźców, czyli widzeniem. Budowa oka oraz funkcje jakie spełnia różnią się w zależności od organizmu. U człowieka ta część widma nazywa się światłem widzialnym.

Światło widzialne

Wzrok Niektóre zwierzęta mają zdolność widzenia takiego spektrum fali elektromagnetycznej, które nie jest widoczne dla człowieka. Na przykład pszczoły i ptaki widzą w nadfiolecie (UV), dzięki czemu wiedzą, gdzie jest słońce, którym się kierują nawet w pochmurny dzień. Żółwie błotne widzą w podczerwieni, dzięki czemu mogą rozpoznawać niektóre kształty w mętnej wodzie. W początkowych fragmentach drogi wzrokowej ptaków drapieżnych jest znacznie mniejsza konwergencja nerwów niż u człowieka, co pozwala uzyskać tym ptakom znacznie lepszą zdolność rozdzielczą.

Dlaczego mamy oczy z przody głowy ? W przeciwieństwie do większości kręgowców nasze oczy są skierowane nie na boki, lecz do przodu. Czy tak było zawsze? O tym, że wyewoluowaliśmy od organizmów mających oczy po bokach, świadczy rozwój ludzkiego płodu. Pojawiające się już w 18. dniu od zapłodnienia oczy rosną początkowo z obu stron mózgu. To m.in. za ich sprawą ludzki zarodek przez kilka tygodni przypomina rybę. Później z wolna oczy przesuwają się do przodu, a ich pola widzenia zaczynają stopniowo się pokrywać.

Dlaczego mamy oczy z przody głowy ? Osadzone na przodzie głowy i skierowane równolegle przed siebie oczy charakteryzują zwierzęta drapieżne. Takie ustawienie ułatwia oszacowanie odległości dzielącej je od ofiary. Z kolei oczy zwierząt nękanych przez większe i silniejsze umieszczone są bardziej z boku. Po co? By w porę dostrzec czającego się z tyłu napastnika. Zebra, mysz czy królik posiadają umiejętność widzenia panoramicznego, w zakresie 360. Przodkowie człowieka utracili ją na rzecz widzenia przestrzennego.

Dlaczego mamy oczy z przody głowy ? Nasze pole widzenia, czyli to, co postrzegamy bez poruszania oczami, wynosi około 120 w płaszczyźnie pionowej i 200 w poziomie (z czego około 120 stanowi obszar nakładających się pól widzenia obu oczu).

Co daje drugie oko ? Największą korzyścią z faktu posiadania dwojga oczu jest widzenie przestrzenne zwane też stereopsją (z gr. - pełne widzenie). Stereopsja umożliwia poczucie głębi i ocenę odległości. Gdyby nasi przodkowie musieli polować na zwierzynę, dysponując tylko jednym okiem, prawdopodobnie pomarliby z głodu. Świat widziany w ten sposób byłby płaski jak pocztówka. 

Co daje drugie oko ? Część naukowców uważa jednak, że główną korzyścią z widzenia dwuocznego jest zdolność identyfikacji obiektu częściowo zasłoniętego albo zlewającego się z tłem. Chodzi o zdemaskowanie przyczajonego napastnika lub stosującej kamuflaż ofiary. Co prawda w obu przypadkach główny ciężar zadania spoczywa na mózgu, lecz rozpoznanie przezeń obiektu staje się prostsze, gdy informacje płynące z jednego oka znajdują potwierdzenie w drugim. Wreszcie najbardziej oczywista z przyczyn: zdaniem wielu ewolucjonistów ranga wzrokowych informacji jest tak wielka, że zdublowanie narządów służących do ich pozyskiwania niejednokrotnie musiało ratować życie tym, którzy tracili jedno z oczu. Mając "w zapasie" drugie oko, wciąż mogli cieszyć się życiem w świecie podzielonym na drapieżców i ofiary.

Dlaczego mamy tylko parę oczu ? Skoro wzrok jest dla nas głównym kanałem informacyjnym, to można dojść do wniosku, że im więcej oczu, tym lepiej. Dodatkowe oko mogłoby uczynić jego posiadacza bardziej spostrzegawczym i uchronić od np. niespodziewanego ataku z góry. A jednak, nie licząc kilku ryb kręgoustych i nowozelandzkiego gada - tuatary - trzecie oko nie wykształciło się u żadnego z kręgowców.

Dlaczego mamy tylko parę oczu ? Dlaczego? O ile przewaga widzenia dwuocznego nad jednoocznym jest bezdyskusyjna, tak korzyść z posiadania trzeciego oka byłaby wątpliwa. Z dwóch co najmniej powodów. Pierwszy to kłopoty z koordynacją. Zważywszy na to, że dodatkowy oczodół zmniejszyłby pojemność czaszki o prawie 30 ml, można stwierdzić, że na trzecie oko - i jest to drugi z powodów - zwyczajnie nie ma miejsca.

Pająki Wyjątkowo szczodrze natura potraktowała pająki: spoglądają na świat sześcioma, a niektóre nawet ośmioma oczami, z których dwa środkowe, zwane głównymi lub dziennymi, mogą być wykształcone teleskopowo, pozostałe, tzw. boczne lub nocne, nawet w cieniu pozwalają dostrzec zarysy szamoczącej się w sieci ofiary. Te oczy albo patrzą w różnych kierunkach z dziurami między ich polami widzenia, albo też np. powiększają to, co inne widzą w szerszym planie. Rozrzutność ewolucji jest w tym przypadku zrozumiała: pająki - podobnie jak owady - przede wszystkim muszą dostrzegać ruch. Ostrość wzroku ma w ich przypadku drugorzędne znaczenie.

Ewolucja oka Prekursorem oka było jakieś miejsce na ciele, pokryte cieńszą warstwą skóry, zawierające komórki z barwnikiem pochłaniającym niektóre fale świetlne. Dzięki temu nasz żyjący w morzu praprzodek rozróżniał ciemność i jasność. Ta drobna z pozoru umiejętność musiała dawać wyraźną przewagę obdarzonym nią osobnikom. W efekcie zostawiały one więcej potomstwa, a przekazywane następnym pokoleniom praoczy ulegały stopniowej komplikacji.

Ewolucja wzroku

Budowa oka

Rogówka Podstawową funkcją rogówki jest ochrona wewnętrznych struktur oka. Ponadto rogówka jest elementem układu optycznego oka i wraz z soczewką ogniskuje promienie świetlne na siatkówce.

Tęczówka Tęczówka posiada liczne włókna mięśniowe, które kurcząc się lub rozkurczając sprawiają, że działa jak przysłona i reguluje dopływ światła do soczewki.

Źrenica Otwór występujący przed soczewką, odpowiedzialny za ilość światła padającego na siatkówkę. Chroni wnętrze gałki ocznej przed nadmierną ilością oświetlenia. Jej średnica wynosi 3 do 8 mm, zmienia się w zależności od zmian oświetlenia oraz skurczów mięśni zwieracza i rozwieracza źrenicy. Szerokość źrenic jest także związana z nastrojem -dobry nastrój powoduje ich rozszerzenie, a zły zwężenie.

Soczewka Część oka, przezroczysty, elastyczny narząd ogniskujący promienie świetlne tak, by tworzyły obraz odwrócony i pomniejszony na siatkówce.

Twardówka Gruba, biała warstwa ochronna, nadająca kształt gałce ocznej, otaczająca oko od strony oczodołu, w przedniej części gałki ocznej przechodzi w rogówkę. W części tylnej, w miejscu gdzie twardówka przechodzi w pochewkę nerwu wzrokowego, grubość jej jest największa i wynosi 1,3 mm. W części przedniej jest najcieńsza i jej grubość równa się 0,3 mm. Twardówka jest słabo unaczyniona i mało czuła.

Naczyniówka Tylna, największa część błony naczyniowej gałki ocznej; położona pomiędzy siatkówką a twardówką gęsta trójwarstwowa sieć naczyń krwionośnych odżywiających i dotleniających fotoreceptory i ciało szkliste. Brunatna barwa naczyniówki poprawia własności optyczne oka.

Ciało szkliste Ciało szkliste to żelowa, przejrzysta substancja wypełniająca 2/3 gałki ocznej. W 98% składa się z wody, pozostała część to kwas hialuronowy i siateczka kolagenowa. Odgrywa rolę odżywczą oraz jest podporą dla położonych obwodowo tkanek oka.

Siatkówka Część oka, która jest elementem odbierającym bodźce wzrokowe. Podstawowymi elementami budowy siatkówki są ułożone w kilka warstw komórki nerwowe, które z mózgiem łączy nerw wzrokowy.

Siatkówka Uproszczona osiowa organizacja siatkówki. Siatkówka jest stosem kilku warstw neuronalnych. Światło skupiane na oku przechodzi przez te warstwy (od lewej do prawej) trafiając na fotoreceptory (warstwa po prawej). To wywołuje chemiczną transformację umożliwiającą przenoszenie (propagację) sygnału do komórek dwubiegunowych i horyzontalnych (środkowa żółta warstwa). Sygnał jest następnie przewodzony do komórek amakrynowych i neuronów zwojowych. Te neurony ostatecznie mogą wytworzyć potencjał czynnościowy rozchodzący się do ich aksonów.

Fotoreceptory Pręciki Czopki jest ich ponad 7 milionów jest ich ponad 100 milinów w każdym oku wszystkie są jednego rodzaju reagują głównie w przyćmionym oświetleniu są wrażliwe na natężenie światła i pozwalają na widzenie czarno-białe Czopki jest ich ponad 7 milionów uaktywniają się w jasnym świetle  odpowiadają za widzenie barwne Zawierają trzy barwniki wrażliwe na światło niebieskie, zielone i czerwone. Czopki są też odpowiedzialne za ostrość widzenia

Komórki zwojowe Neurony przekazujące informacje wzrokową z „oczu do mózgu”. Ciała komórkowe i drzewa dendrytyczne komórek zwojowych znajdują się w siatkówce oka, a ich aksony zbiegają się i tworzą nerw wzrokowy.

Komórki M M - od łacińskiego magnus, co znaczy duży Są większe i mają większe pola recepcyjne niż komórki P Ich aksony są grubsze, co pozwala wysyłanym przez nie sygnałom szybciej podążać do mózgu Główne zadanie: sygnalizowanie zmian w polu widzenia

Komórki P P – od łacińskiego parvus, czyli drobny Są liczniejsze Siła ich reakcji zmienia się w sposób bardziej liniowy (proporcjonalnie do siły bodźca)‏ niż większość komórek M Bardziej zainteresowane drobniejszymi szczegółami, silniejszymi kontrastami, a zwłaszcza kolorem Istnieje wiele podtypów komórek P, z których każdy reaguje na określoną parę kontrastowych kolorów

Schemat dla zmysły wzroku

Komórki M i P Aksony komórek zwojowych dwóch podstawowych rodzajów, a więc M i P sięgają do ciała kolankowatego bocznego, czyli obszaru wzgórza, który przekazuje informacje do kory mózgowej. Siatkówka przekazuje jednak informacje również do wzgórka górnego. Połączeń takich nie wysyłają komórki P, ale czynią to niektóre komórki M oraz wiele mniej licznych różnorodnych klas komórek. Ponieważ wzgórek górny nie otrzymuje żadnych informacji od komórek P, nie potrafi „rozpoznawać” kolorów.

Schemat dla zmysłu wzroku

Różnice warstw drobno- i wielkokomórkowych Neurony warstw drobnokomórkowych przekazują sygnały dotyczące : Koloru, Faktury, Kształtu, Widzenia stereoskopowego, podczas gdy neurony warstw wielkokomórkowych specjalizują się w wykonywaniu ruchu i błysków.

Schemat dla zmysłu wzroku

Funkcje LGB Ciało kolankowate boczne: Przetwarza informacje, które służą ustaleniu odpowiedzi na pytanie CO? Wzmacnia informacje o kontraście Porządkuje informacje o kolorze, ruchu, formie Dopasowuje poziom przetwarzania sygnału

Funkcje SC Wzgórek górny pokrywy: -jest istotny przy określaniu położenia przedmiotów w otoczeniu, -można powiedzieć, że docierające do niego informacje służą znalezieniu odpowiedzi na pytanie GDZIE ? -potwierdza to chociażby fakt, że wychodzące stąd włókna kierują się do systemu kontrolującego ruchy oczu, położenie głowy oraz zmiany pozycji ciała

Funkcje poduszki Największe, tylne jądro wzgórza. Posiada obukierunkowe połączenia z korą kojarzeniową potyliczną, ciemieniową i skroniową; otrzymuje impulsację z ciał kolankowatych bocznych i przyśrodkowych oraz wzgórków górnych. Funkcją poduszki jest integracja informacji wzrokowych, słuchowych i czuciowych.

Kora wzrokowa

Kora wzrokowa pierwszorzędowa Kora ta podobnie jak LGN ma budowę warstwową złożoną z sześciu warstw, lecz tutaj podobieństwa się kończą. Informacja pochodząca od komórek zwojowych do LGN trafia do wszystkich warstw, natomiast w korze V1 informacja pochodząca z LGN trafia głównie do warstwy czwartej. Informacja z warstw drobnokomórkowych w LGN trafia w dolne obszary warstwy 4c, natomiast z warstw wielkokomórkowych LGN do obszarów górnych.

Kora wzrokowa drugorzędowa Kora drugorzędowa składa się z kilku pól: V2 i V3, mieszczących się w polu 18 wg Brodmanna, oraz V4 i V5 (MT) mieszczących się w polu 19. Każde z tych pól specjalizuje się w analizie różnych aspektów informacji wzrokowej, takich jak barwa, kształt, ruch czy głębia i każdy z nich otrzymuje wejścia z innych obszarów kory pierwotnej.

Funkcje kory wzrokowej V1: Główne pole odbioru informacji, wrażeń wzrokowych Znaczna część środkowego obszaru reaguje na sygnały dochodzące od okolic plamki żółtej oka V2: - podobnie jak kora V1, przetwarza bardzo elementarne informacje, jednakże są one przydzielone różnym grupom neuronów zależnie od aspektu informacji – ruchu, głębi, barwy i kształtu.

Funkcje kory wzrokowej V3: Rozpoznawanie charakterystycznych ruchów obiektów o określonych kształtach (dynamiczne kształty) Analiza głębi i odległości V4: Analizuje barwy oraz kontrasty (kolor oraz kształt z kolorem) Brak reakcji na ruch V5: - Ogólne postrzeganie ruchu w polu widzenia i jego kierunku (ruch)

Struktury mózgowe

Słuch Dźwięk słyszalny dla człowieka powstaje w wyniku jakiejś zmiany – wibracji obiektów, zderzenia przedmiotów, ich przemieszczania. Słuch to zmysł dotyczący zdarzeń, nie scen. Zasadniczym zadaniem słuchu jest zawiadamianie, że coś się dzieje.

Słuch Słuch jest ostatnim zmysłem, który przestaje funkcjonować, gdy tracimy świadomość i jednocześnie pierwszym zmysłem, który zaczyna funkcjonować kiedy przytomność odzyskujemy.

Słuch Ucho ludzkie odbierze jednak dźwięki w ograniczonym zakresie– od 20 Hz do 20.000 Hz, podczas gdy np. nietoperz słyszy dźwięki powyżej tej skali, czyli ultradźwięki. Procesy starzenia się jeszcze bardziej ograniczają skalę tego, co słyszymy, gdyż górna granica słyszenia dla osób powyżej 60. roku życia schodzi poniżej 15.000 Hz.

Ucho

Budowa ucha Ucho można podzielić na 3 części: Ucho zewnętrzne – występuje jedynie u ssaków Ucho środkowe – odpowiada głównie za słuch (wraz z uchem zewnętrznym) Ucho wewnętrzne – zawiera także elementy odpowiedzialne za równowagę

Narząd Cortiego Komórkami odpowiedzialnymi za przetwarzanie drgań mechanicznych w sygnały elektryczne są komórki włoskowate, które znajdują się w narządzie spiralnym ślimaka – narządzie Cortiego. Narząd ten spoczywa na błonie podstawnej przewodu ślimakowego.

Narząd Cortiego

Narząd Cortiego Bodźce słuchowe różnej częstotliwości powodują drgania określonych części błony podstawnej. W wyniku tego poszczególne grupy komórek włoskowatych ulegają depolaryzacji i pobudzają neurony znajdujące się w zwoju spiralnym ślimaka.

Słuch Dlaczego mamy dwoje uszu? Tylko dzięki dwojgu uszu możemy precyzyjnie określić kierunek pochodzenia dźwięku. W procesie, który nosi nazwę syntezy akustycznej mózg porównuje bodźce pochodzące z obojga uszu, a wykrytą różnicę przetwarza na wrażenie słyszenia dźwięku dobiegającego z określonego kierunku.

Wykrywanie źródła dźwięku Nasze uszy informują nas, z którego mniej więcej kierunku pochodzą docierające do nas dźwięki. Niektóre z tych dźwięków, na przykład echo, nie zawsze mają wartość informacyjną, dlatego wykształciliśmy odpowiedni mechanizm filtracji.

Wykrywanie źródła dźwięku Nasz mózg posługuje się całym szeregiem wskazówek w celu rozwiązania trudności z lokalizacją źródła dźwięku międzyuszna różnica czasu międzyuszna różnica natężenia

Model Jeffressa Klasyczny model prezentujący, w jaki sposób są przetwarzane międzyuszne różnice czasu.

Model Jeffressa Komórki śródmózgowia wskazują na lokalizację dźwięku, zwiększając częstotliwość wysyłanych sygnałów, w odpowiedzi na dźwięk, a każda komórka otrzymuje informacje z obu uszu. Komórka, która najczęściej podlega wzbudzeniu, jest tą komórką, która jednocześnie otrzymuje dany sygnał z obu uszu. Ponieważ takie komórki są najbardziej aktywne, gdy dane z obu stron są synchroniczne, neurony te nazywamy detektorami koincydencji.

Wykrywanie źródła dźwięku Początkowe operacje wykorzystywane do lokalizowania dźwięków są przeprowadzone w pniu mózgu, w górnym jądrze oliwki. Ustalanie lokalizacji dźwięku rozpoczyna się w pniu mózgu, więc zaskakujące dźwięki mogą wywołać odruchowe zwrócenie głowy lub ciała w kierunku dźwięku, aby ustalić co się dzieje, można było wykorzystać zmysł o najwyższej rozdzielczości – wzrok.

Jądro oliwki Jądra oliwek w rdzeniu przedłużonym obliczają informację słuchową, szczególnie różnice czasu dotarcia dźwięków do lewego i prawego ucha, co umożliwia przestrzenną lokalizację bodźców słuchowych.

Lokalizacja dźwięku w jądrach górnych przyśrodkowych oliwki (medial superior olive) Komórki MSO określają pozycje dźwięku poprzez różnice czasowe dochodzenia sygnałów z obu uszu. Dana komórka MSO odpowiada najmocniej gdy wejścia z obu uszu przychodzą równocześnie. Następuje to w wyniku kompensacji (poprzez różną długość aksonów) opóźnienia spowodowanego różnicą w czasie docierania dźwięku do obu uszu. Systematyczna (i odwrotna) zależność w opóźnieniu obu wejść tworzy mapę źródła dźwięku. Na rysunku, komórka E byłaby najbardziej czuła na dźwięki z lewej strony, A – na dźwięki z prawej. Komórka C odpowiada na dźwięki z przodu.

Mierzenie czasu uszami Rozdzielczość czasowa słuchu jest bez porównania lepsza od rozdzielczości czasowej wzroku. Wiele elementów układu słuchowego jest wyraźnie wyspecjalizowanych w pomiarze czasu, ale zasadnicze znaczenie ma tu budowa ucha.

Mierzenie czasu uszami Analiza częstotliwości odbieranych bodźców przeprowadzana jest już w ślimaku, a konkretnie w narządzie Cortiego. Poszczególne komórki włoskowate „nastrojone są” tylko na określoną częstotliwość wibracji, a mimo to czułość wszystkich komórek włoskowatych ślimaka pokrywa zakres dźwięków słyszalnych przez człowieka.

Mierzenie czasu uszami W przypadku dźwięków o niskiej częstotliwości każdy cykl dźwięków może wywołać odrębną grupę impulsów elektrycznych, natomiast przy wyższych częstotliwościach nie są kodowane pojedyncze cykle, lecz ich średnie natężenie.

Mierzenie czasu uszami Tę wrażliwość na różnice czasowe wykorzystujemy na wiele sposobów – zwłaszcza gdy rozkoszujemy się muzyką lub gdy pojawienie się nowych dźwięków ostrzega nas, że w naszym otoczeniu nastąpiła jakaś zmiana.

Droga słuchowa

Pierwszorzędowa kora słuchowa Reprezentacja pierwszorzędowa pobudzana jest wyłącznie przez projekcję ciała kolankowatego przyśrodkowego. Stwierdza się tu, podobnie jak w całej drodze słuchowej, reprezentację tonotopową.

Organizacja tonotopowa Ważną cechą przewodnictwa w drodze słuchowej jest orientacja przestrzenna dla dźwięków o różnej częstotliwości, czyli organizacja tonotopowa wrażliwości na różne częstotliwości dźwięków.

Pierwszorzędowa kora słuchowa Reprezentacja poszczególnych tonów tworzy jeden wymiar szeregu. W sąsiadujących ze sobą kolumnach zmienia się preferowana częstotliwość od niskiej do wysokiej. Druga oś dwuwymiarowego szeregu składa się z kolumn obuusznych. Wszystkie neurony otrzymują impulsację zarówno z lewego jak i prawego ucha. Dzielimy je na: Kolumny sumowania – lewe i prawe ucho Kolumny tłumienia – jedno ucho

Pierwszorzędowa kora słuchowa

Pierwszorzędowa kora słuchowa

Kora słuchowa Pola Brodmanna: Pole 41/42 – pierwszorzędowa kora słuchowa – przyśrodkowa część zakrętów skroniowych poprzecznych (Heschla) Pole 22 – kora słuchowa asocjacyjna – zakręt skroniowy górny

Kora słuchowa

Pierwszorzędowa kora słuchowa Odbiera i analizuje impulsacje słuchowe wywołane dźwiękami o różnej częstotliwości, natężeniu, czasie trwania i kierunku pochodzenia, Dzięki niej powstają proste wrażenia słuchowe

Drugo- i trzeciorzędowa kora słuchowa Reprezentacja drugo- i trzeciorzędowa otrzymuje impulsację zarówno z reprezentacji pierwszorzędowej jak i z ciała kolankowatego przyśrodkowego. Rola drugorzędowej kory słuchowej polega na różnicowaniu i porównywaniu poszczególnych tonów, zwłaszcza w odniesieniu do ich wysokości i natężenia.

Dodatkowe pola Brodmanna Pole 21 – przetwarzanie złożonych dźwięków, aktywacja podczas obserwacji mowy (razem z polem 45) Pole 8, 9,10 – wyobraźnia słuchowa Pole 43 – selektywna uwaga na mowę (lewa półkula), odpowiedź na bodźce dźwiękowe, identyfikacja znajomych głosów (prawa półkula)

Dodatkowe pola Brodmanna

Zmysł równowagi Szósty zmysł. Dostarcza informacji o kierunku działania siły ciężkości, przyspieszeniach kątowych i liniowych oraz o ruchach głowy w przestrzeni. Mieści się w błędniku błoniastym, w uchu wewnętrznym. Zachowanie równowagi wymaga współdziałania układu przedsionkowego ucha, wzroku, receptorów nacisku stóp oraz propriocepcji.

Zmysł równowagi W przeciwieństwie do innych zmysłów, informacja przedsionkowa w ośrodkowym układzie nerwowym staje się natychmiast multisensoryczna i multimodalna. Niełatwo rozpoznać jakieś świadome uczucie płynące z tego narządu. Jednak sygnały przedsionkowe wiążą się również z takimi funkcjami mózgu jak automatyczny refleks, percepcja przestrzenna oraz koordynacja ruchowa.

Zmysł równowagi Drogi przedsionkowe aferentne są stale aktywne, nawet w spoczynku, i są bardzo wrażliwe na sygnały przyspieszenia ruchu, kiedy głowa obraca w przestrzeni. Nawet gdy pozostajemy bez ruchu narządy otolitowe, woreczek i łagiewka, wyczuwają przyciąganie ziemskie (przyspieszenie liniowe).

Zmysł równowagi Układ ten różni się od układów innych zmysłów pod wieloma względami. Przede wszystkim centralne przedsionkowe przetwarzanie jest silnie multimodalne. Np. kanałowe/otolitowe interakcje odbywają się w pniu mózgu i móżdżku natychmiast przy pierwszej synapsie. Wzrokowe/przedsionkowe i proprioceptywne/przedsionkowe interakcje występują w centralnych drogach przedsionkowych i są niezbędne do kontroli wzroku i postawy. Sygnały z mięśni, stawów, skóry i oczu są w sposób ciągły zintegrowane z napływem przedsionkowym. Stymulacja przedsionkowa nie powoduje odrębnego świadomego czucia.

Zmysł równowagi Unikalną cechą systemu przedsionkowego jest to, że dużo neuronów czuciowych drugiego rzędu w pniu mózgu jest również neuronami przedruchowymi. Te same neurony, które otrzymują aferentne informacje wysyłają bezpośrednio projekcje do motoneuronów (neuronów ruchowych).

Zmysł równowagi Zmysł równowagi tworzą: woreczek, łagiewka, Wyróżnia się 3 główne neurony: zwój przedsionkowy jądro przedsionkowe wzgórze Zmysł równowagi tworzą: woreczek, łagiewka, 3 kanały półkoliste. przedsionek

Zwój przedsionkowy Tzw. zwój Scarpa, jest zwojem nerwu przedsionkowego. Zawiera ciała komórek bipolarnych pierwotnych neuronów doprowadzających, których obwodowe procesy tworzą kontakt synaps z komórkami włosowatymi końcowych przedsionkowych narządów zmysłów. Jego rozmiar po urodzeniu, prawie się nie zmienia.

Jądro przedsionkowe Wyróżniamy 4 jądra przedsionkowe: Jądro przedsionkowe przyśrodkowe Jądro przedsionkowe dolne Jądro przedsionkowe boczne Jądro przedsionkowe górne 

Wzgórze Wzgórze jest stacją przekaźnikową, do której dochodzą sygnały ze wszystkich zmysłów poza węchem.

Nawiązując do ewolucji.. Przypuszcza się, że przejściu z czworonożności do dwunożności towarzyszyć musiały zmiany zmysłu równowagi. Promień kanału półkolistego ma związek ze zręcznością poruszania się naczelnych i innych ssaków. U człowieka duże są tylko łuki 2 kanalików pionowych.

Nawiązując do ewolucji.. Zwiększone wymiary kanalików półkolistych mają związek z szybszymi ruchami głowy, co można kojarzyć z przyjęciem przez człowiekowate postawy dwunożnej. Nie ma 100% zgodności między charakterystyczną dla człowieka budową błędnika kostnego i dwunożnością. Ewolucja kanałów półkolistych, chociaż nie miała bezpośredniego związku z przyjęciem postawy dwunożnej, została jednak pośrednio przez nią ukształtowana.

Pola Brodmanna dla zmysłu równowagi W przeciwieństwie do narządu wzroku czy słuchu, zmysł równowagi nie ma jednej, ściśle zlokalizowanej reprezentacji w obrębie kory mózgowej. Pole Brodmanna 2 – pierwszorzędowa kora czuciowa – propriocepcja palca, głęboka propriocepcja. Pole Brodmanna 13, 14 – wyspa - przetwarzanie informacji przedsionkowej. Pole Brodmanna 40 – płacik ciemieniowy dolny – integracja informacji dotykowej i proprioceptywnej.

Pola Brodmanna dla zmysłu równowagi

System przedsionkowy Układ ten jest w stanie wykryć tylko przyspieszenie lub zwolnienie, natomiast nie sam ruch jako taki. Wyjaśnia to, dlaczego odnosimy wrażenie przemieszczania się kiedy duża część naszego pola widzenia porusza się w tym samym kierunku.

System przedsionkowy W przypadku ruchu, który zaczyna się powoli, informacja o przyspieszeniu jest zbyt słaba abyśmy zostali przekonani o tym, iż się poruszamy. Gdyby nie to, że system wykrywa tylko przyspieszenie, a nie sam bezwzględny ruch, odczuwalibyśmy fakt, że poruszamy się w przestrzeni kosmicznej wokół słońca z prędkością 70tys mil na godzinę. W sposób bezpośredni doświadczylibyśmy względności. Drogi przedsionkowe związane są również z innymi funkcjami czuciowymi, takimi jak orientacja przestrzenna.

Woreczek i łagiewka Część ucha wewnętrznego, która mieści się pomiędzy ślimakiem a kanałami półkolistymi. Receptory zmysłu równowagi w łagiewce i woreczku maja zdolność do rejestrowania przyspieszeń liniowych - komórki łagiewki w poziomie, a woreczka w kierunku pionowym. Wysyłają sygnały do mózgu na temat swojej pozycji w przestrzeni w odniesieniu do grawitacji, która jest równowagą statyczną.

Woreczek Bezpośrednio łączy się ze ślimakiem leżącym pod nim, oraz łagiewką znajdującą się ponad nim. Służy do utrzymania równowagi ciała, czyli błędnika błoniastego. Zawiera zgrubienie nabłonka zmysłowego, zwane plamką woreczka. A w jego wnętrzu znajdują się kamyki – otolity. Kiedy człowiek się porusza, otolity także się poruszają, uciskając komórki receptorowe wyścielające wnętrze woreczka. Pojawiający się impuls zostaje wysłany do mózgu. Na podstawie tych impulsów jest określany stan ruchu człowieka. Choroba lokomocyjna.

Łagiewka Dostarcza informacji o zmianach położenia głowy w przestrzeni oraz reaguje na liniowe przyspieszenie i zwolnienie. Stanowi podstawę kanałów półkolistych. Reakcja lądowania.

Kanały półkoliste Wyróżnia się kanały: przedni, tylny i boczny. Znajdują się one w błędniku – wewnętrznej części ucha. Dostarczają informacji na temat ruchów obrotowych głowy, określanych jako dynamiczna równowaga. Stabilizują wzrok podczas ruchu.

Kanały półkoliste U człowieka są one tak usytuowane, że każdy z nich jest ustawiony mniej więcej prostopadle do płaszczyzn dwóch pozostałych. Zakończone są bańkami błoniastymi, w których znajdują się komórki zmysłowe uzbrojone we włoski. Przewody półkoliste wypełnione są śródchłonką, której ruch spowodowany obrotem głowy (wskutek siły bezwładności) podrażnia włoski powodując pobudzenie komórek nerwowych, i pozwala zachować równowagę.

Funkcja kanałów półkolistych w utrzymaniu równowagi (A, B) plamka wykrywa orientację przestrzenną głowy w stosunku do grawitacji i przyspieszenia liniowego lub siły hamowania.

Funkcja kanałów półkolistych w utrzymaniu równowagi (C-E) odpowiedź grzebieni na przepływ endolimfatyczny. Wykrywają odchylenie kątowe przyspieszenia lub zwolnienia (ruch obrotowy) głowy (jak obrót lub przechylanie głowy). Jak osoba w stanie spoczynku (C) zaczyna się obracać (D), grzebień bańkowy jest odchylony przez przepływ endolimfy w przeciwnym kierunku do kierunku obrotu. Kiedy osoba przestaje się obracać (E), grzebień bańkowy odchylony jest w tym samym kierunku co obrót.

Położenie błędnika błoniastego w obrębie podstawy czaszki

Droga przedsionkowo-rdzeniowa boczna i przyśrodkowa

Droga przedsionkowo-móżdżkowa

Odruch przedsionkowo-oczny

Pionowy ruch gałki ocznej – w górę

Pionowy ruch gałki ocznej – w dół

Czucie bólu Ból jest podstawowym objawem wielu chorób. Czucie bólu wywoływane jest przez bodźce uszkadzające tkanki i stanowi główny mechanizm obrony organizmu, gdyż aktywuje odruchy w celu uniknięcia lub usunięcia bodźca uszkadzającego.

Pola Brodmanna dla czucia bólu Pole Brodmanna 1, 2, 3 – pierwszorzędowa kora czuciowa – lokalizacja czucia, temperatury, wibracji, bólu, antycypacja czucia i bólu (2, 3). Pole Brodmanna 5, 7 – wtórna kora czuciowo-ruchowa – percepcja bólu. Pole Brodmanna 13 – 16 – kora wyspy – przetwarzanie trzewne bólu, termiczne, dotykowe, wibracyjne. Pole Brodmanna 24, 32, 33 – przedni zakręt obręczy - wytrzymałość na ból.

Struktury mózgowe

Czucie bólu Oto proste wyjaśnienie tego, co się dzieje, gdy czujesz się jeden rodzaj bólu.

Czucie bólu Jak ból jest modyfikowany? Istnieje kilka punktów szlaku bólu, gdzie sygnał może zostać zmodyfikowany. Jednym z nich jest róg tylny rdzenia kręgowego. W tym obszarze mechanizm bramkowy zarówno przepuszcza sygnał bólu albo go blokuje przed pójściem dalej. Jest to teoria sterowania bramy bólu. Sygnały bólowe docierając do rdzenia kręgowego i ośrodkowego układu nerwowego (zanim jeszcze dostaną się do mózgu) mogą być wzmacniane, odrzucane bądź blokowane. np. słyszymy często jak ludzie ranni na polu bitwy lub w grach sportowych nie czują bólu po swoich urazach aż do pewnego czasu. Ma to coś wspólnego z mózgiem, który w tym momencie jest zajęty innymi rzeczami związanymi z innymi sygnałami. Kiedy dziecko się przewróci i boli je kolano, pociera je. Sygnał uzyskany z tego dotyku tymczasowo blokuje sygnał bólu z kolana.

Czucie bólu Co wpływa na doświadczenie bólu? Ostry ból szybko zwraca uwagę i zwykle wywołuje silniejszą reakcję fizyczną niż łagodny ból. Lokalizacja bólu może również wpływać na sposób jego postrzegania. Np. ból pochodzący z głowy trudniej zignorować niż ból pochodzący z innych części ciała. Niełatwo wskazać lokalizację bólu. Na przykład ból z powodu zawału serca może być odczuwalny w szyi, szczęce, ramionach lub brzuchu. Dzieje się tak dlatego, że sygnały z różnych części ciała często zbiegają się z tych samych neuronów w rdzeniu kręgowym.

Czucie bólu Co wpływa na doświadczenie bólu? Wydaje się, że kilka czynników może mieć wpływ na sposób interpretowania bólu: emocjonalny i psychiczny stan, wspomnienia z poprzedniego doświadczenia bólu, wywołanie bólu, oczekiwania i nastawienie do niego, wiek i płeć, wpływy kulturalne i społeczne. Stąd doświadczenie bólu różni się w zależności od osoby.

Czucie temperatury Skóra zdolna jest do rozpoznawania ciepła i zimna. Zdolność skóry do rozpoznania zmian temperatury jest dokładna, jednakże zdolność oceny całościowej stopnia temperatury jest niewielka. Czas potrzebny na przebycie wrażeń temperatury w mózgu jest długi w porównaniu do tempa, w jakim docierają impulsy zwykłego dotyku. Aby w sposób zadowalający ocenić temperaturę obiektu, musimy czuć go przez pewien czas. Każda zmiana temperatury otoczenia powoduje uczucie zmiany temperatury, która jest jednak względnym tylko osądem.

Czucie temperatury Jeśli umieścimy rękę w zimnej wodzie, najpierw odczuwamy zimno, do którego skóra dłoni szybko się przyzwyczaja i już zimna nie czujemy. Kiedy teraz umieścimy rękę w wodzie trochę cieplejszej – ale nie o temperaturze wyższej niż temperatura powietrza – mamy poczucie ciepła. Jeśli umieścimy rękę w wodzie tak gorącej jaką skóra może znieść, czujemy z początku nieprzyjemne gorąco, ale to uczucie szybko mija i uczucie staje się wygodne. Jeśli z tej gorącej wody ponownie umieścimy rękę w wodzie o temperaturze powietrza – w której czuliśmy ciepło, teraz poczujemy zimno.

Czucie temperatury Muszą być specjalne zakończenia nerwowe, które są zdolne do odbierania wrażeń ciepła, ponieważ ciepło zaaplikowane do samych włókien nerwowych nie jest zdolne spowodować uczucia ciepła. Bodźce termiczne, bez wątpienia wpływają na włókna nerwowe, ale powodują tylko uczucie bólu. Zakończenia nerwowe czucia temperatury nie są takie same jak te, które otrzymują wrażenia dotykowe i ciśnienia, ponieważ ocena różnic temperatur nie jest tak wrażliwa w części, gdzie dotykowe wrażenia są najbardziej dotkliwe. Im większa powierzchnia ciała narażona jest na zmiany temperatury tym większe prawdopodobieństwo, że odczujemy niewielkie zmiany temperatury.

Czucie temperatury Ekstermalne ciepło lub zimno w rzeczywistości będzie działać jako bodźce do włókien nerwowych. Nie daje to wrażeń o stopniu temperatury, ale po prostu wzbudza uczucie bólu. Jeśli zatem zanurzyć rękę w mieszaninie zamrażającej lub w wodzie o wysokiej temperaturze trudno mówić o odczuciu zimna czy ciepła, ponieważ w obu przypadkach jedynym odczuciem jest ból.

Pola Brodmanna dla czucia temperatury Pole Brodmanna 1, 2, 3 – pierwszorzędowa kora czuciowa – lokalizacja czucia, temperatury, wibracji, bólu, antycypacja czucia i bólu (2, 3). Pole Brodmanna 4 – pierwotna kora ruchowa – termiczna hiperalgezja. Pole Brodmanna 13 – 16 – kora wyspy – przetwarzanie trzewne bólu, termiczne, dotykowe, wibracyjne.

Struktury mózgowe

Droga czucia temperatury http://www.medmovie.com/d_1190/1190_001_Pain_Temp erature.swf

Zmysł smaku Zmysł ten wraz ze zmysłem powonienia umożliwia krytyczną ocenę jakości pokarmów i płynów przechodzących przez jamę ustną i gardło. Komórki receptorowe odbierające uczucie smaku znajdują się w błonie śluzowej głównie języka, gdzie tworzą skupienia zwane kubkami smakowymi. Są one rozmieszone także na podniebieniu, w nabłonku gardła, nagłośni oraz w górnej części przełyku.

Zmysł smaku Liczba kubków u dorosłego człowieka waha się w granicach 10000. Dostarczają one informacji o czterech podstawowych rodzajach smaku: słodki, słony, kwaśny, gorzki. W 2001 roku odkryto również receptory wykrywające tak zwany "piąty smak" - umami.

Zmysł smaku Kubki smakowe składają się z wielu komórek, a ich centralną część stanowią komórki smakowe. Bodźcem dla komórek smakowych są związki chemiczne rozpuszczone w ślinie lub płynie obecnym w jamie ustnej. Pod ich wpływem dochodzi do powstania potencjału generującego potencjały czynnościowe w oplatających komórki smakowe zakończeniach nerwowych.

Zmysł smaku Czucie smaku, czyli czucie słodyczy, goryczy, smaku słonego lub kwaśnego powstaje na skutek przekazywania do kory somatosensorycznej impulsacji włóknami aferentnymi, które unerwiają czuciowo kubki. Przednie 2/3 języka unerwione jest przez zakończenia czuciowe nerwu twarzowego (VII nerw czaszkowy), a tylna 1/3 część- przez zakończenia nerwu językowo- gardłowego (IX nerw czaszkowy). Kubki smakowe krtani, gardła i głośni są zaopatrywane czuciowo przez nerw błędny (X nerw czaszkowy).

Schemat dla zmysłu smaku

Korowy ośrodek smaku

Zmysł powonienia Wrażenia węchowe powstają po zadziałaniu cząsteczek zawartych we wdychanym powietrzu na komórki zmysłowe nabłonka węchowego znajdującego się w górnej części jamy nosowej. Nabłonek ten składa się m.in. z komórek węchowych.

Zmysł powonienia Każda taka komórka węchowa pełni podwójną funkcję, jest chemoreceptorem i jednocześnie przewodzi impulsy.

Zmysł powonienia Zmysł ten służy jako ostrzeżenie przed zagrożeniami, wiąże się z odczuwaniem przyjemności, a nawet wpływa na życie seksualne. Niemal u wszystkich kręgowców węch decyduje o przetrwaniu – pozwala znaleźć pokarm, wykryć wroga, odszukać partnera, zorientować się w przestrzeni.

Zmysł powonienia W jaki sposób percepcja specyficznych zapachów wywołuje określone zachowania, skojarzenia i wspomnienia?

Schemat dla zmysłu powonienia

Pola Brodmanna dla zmysłu powonienia Pole 28- grzbietowa część kory śródwęchowej Pole 34- korowy ośrodek węchu, przednia kora węchu Pole 35- kora okołowęchowa

Kora śródwęchowa Położona jest w obszarze płata skroniowego. Jest ściśle powiązana anatomicznie i funkcjonalnie z formacją hipokampa, a także ze strukturami węchowymi kresomózgowia, ciałem migdałowatym oraz obszarami kory asocjacyjnej. Pełni funkcje związane z procesami pamięciowymi oraz przetwarzaniem węchowym.

Bibliografia Clark D. L., Boutros N. N., Mendez M. F., The Brain and Behavior, Cambridge University Press, 2010. Light D., The Senses (Your Body, How It Works), Chelsea House Publications, 2005. Nieuwenhuys R., Voogd J., C. van Huijzen, The Human Central Nervous System, Berlin: Springer, 2008. Wilson R. A., Keil F. C., The MIT Encyclopedia of the Cognitive Sciences, Massachusetts Institute of Technology, 1999. Patestas M., A Textbook of Neuroanatomy, 2006. Greenstein B., Color Atlas of Neuroscience, 1999.

Bibliografia Netter Frank H., Atlas neuroanatomii i neurofizjologii Nettera, Urban & Partner, Wrocław, 2010. Konturek S., Fizjologia człowieka, tom IV, Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków, 1998. Matthews Gary G., Neurobiologia od cząsteczek i komórek do układów, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2000. Narkiewicz O., Moraś J., Neuroanatomia czynnościowa i kliniczna, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa,2003. Staffort Tom, Webb Matt, 100 sposobów na zgłębienie tajemnic mysłu, tłum. Daria Kuczyńska-Szymala, Ewa Borówka, Wydawnictwo HELION, 2006.