Сенсорные нейроны , также известные как афферентные нейроны , являются нейронами в нервной системе , которые преобразуют определенный тип стимула через свои рецепторы в потенциалы действия или градуированные рецепторные потенциалы . [1] Этот процесс называется сенсорной трансдукцией . Тела клеток сенсорных нейронов расположены в ганглиях задних корешков спинного мозга . [2]
Сенсорная информация передается по афферентным нервным волокнам в чувствительном нерве в мозг через спинной мозг . Спинномозговые нервы передают внешние ощущения через чувствительные нервы в мозг через спинной мозг. [3] Стимул может исходить от экстерорецепторов вне тела, например, тех, которые обнаруживают свет и звук, или от интерорецепторов внутри тела, например, тех, которые реагируют на кровяное давление или чувство положения тела .
Сенсорные нейроны у позвоночных преимущественно псевдоуниполярные или биполярные , и разные типы сенсорных нейронов имеют разные сенсорные рецепторы , которые реагируют на разные виды стимулов . Существует по крайней мере шесть внешних и два внутренних сенсорных рецептора:
Внешние рецепторы, которые реагируют на стимулы извне тела, называются экстерорецепторами . [4] Экстерорецепторы включают хеморецепторы, такие как обонятельные рецепторы ( запах ) и вкусовые рецепторы , фоторецепторы ( зрение ), терморецепторы ( температура ), ноцицепторы ( боль ), волосковые клетки ( слух и равновесие ) и ряд других различных механорецепторов для прикосновения и проприорецепции (растяжение, искажение и стресс).
Сенсорные нейроны, участвующие в обонянии, называются обонятельными сенсорными нейронами . Эти нейроны содержат рецепторы , называемые обонятельными рецепторами , которые активируются молекулами запаха в воздухе. Молекулы в воздухе обнаруживаются увеличенными ресничками и микроворсинками . [5] Эти сенсорные нейроны производят потенциалы действия. Их аксоны образуют обонятельный нерв , и они синапсируют непосредственно на нейроны в коре головного мозга ( обонятельной луковице ). Они не используют тот же путь, что и другие сенсорные системы, минуя ствол мозга и таламус. Нейроны в обонятельной луковице, которые получают прямой сенсорный нервный вход, имеют связи с другими частями обонятельной системы и многими частями лимбической системы . 9.
Вкусовые ощущения обеспечиваются специализированными сенсорными нейронами, расположенными во вкусовых сосочках языка и других частях рта и горла. Эти сенсорные нейроны отвечают за определение различных вкусовых качеств, таких как сладкий, кислый, соленый, горький и пикантный. Когда вы едите или пьете что-то, химические вещества в пище или жидкости взаимодействуют с рецепторами на этих сенсорных нейронах, вызывая сигналы, которые отправляются в мозг. Затем мозг обрабатывает эти сигналы и интерпретирует их как определенные вкусовые ощущения, позволяя вам воспринимать и наслаждаться вкусами потребляемой вами пищи. [6] Когда клетки вкусовых рецепторов стимулируются связыванием этих химических соединений (тастантов), это может привести к изменениям в потоке ионов, таких как натрий (Na+), кальций (Ca2+) и калий (K+), через клеточную мембрану. [7] В ответ на связывание тастантов ионные каналы на клеточной мембране вкусовых рецепторов могут открываться или закрываться. Это может привести к деполяризации клеточной мембраны, создавая электрический сигнал.
Подобно обонятельным рецепторам , вкусовые рецепторы (вкусовые рецепторы) во вкусовых сосочках взаимодействуют с химическими веществами в пище, создавая потенциал действия .
Фоторецепторные клетки способны к фототрансдукции , процессу, который преобразует свет ( электромагнитное излучение ) в электрические сигналы. Эти сигналы очищаются и контролируются взаимодействиями с другими типами нейронов в сетчатке. Пять основных классов нейронов в сетчатке - это фоторецепторные клетки , биполярные клетки , ганглиозные клетки , горизонтальные клетки и амакриновые клетки . Основная схема сетчатки включает в себя трехнейронную цепочку, состоящую из фоторецептора (палочки или колбочки ) , биполярной клетки и ганглиозной клетки. Первый потенциал действия возникает в ганглиозной клетке сетчатки. Этот путь является наиболее прямым способом передачи зрительной информации в мозг. Существует три основных типа фоторецепторов: Колбочки - это фоторецепторы, которые значительно реагируют на цвет . У людей три различных типа колбочек соответствуют первичной реакции на короткие волны (синий), средние волны (зеленый) и длинные волны (желтый/красный). [8] Палочки - это фоторецепторы, которые очень чувствительны к интенсивности света, что позволяет видеть при тусклом освещении. Концентрация и соотношение палочек и колбочек тесно связаны с тем, ведет ли животное дневной или ночной образ жизни . У людей палочек больше, чем колбочек, примерно в 20 раз больше, чем у ночных животных, таких как серая неясыть , это соотношение ближе к 1000:1. [8] Ганглиозные клетки сетчатки участвуют в симпатической реакции . Из примерно 1,3 миллиона ганглиозных клеток, присутствующих в сетчатке, 1-2% считаются светочувствительными. [9]
Проблемы и разрушение сенсорных нейронов, связанных со зрением, приводят к таким расстройствам, как:
Слуховая система отвечает за преобразование волн давления, создаваемых вибрирующими молекулами воздуха или звуком, в сигналы, которые может интерпретировать мозг.
Эта механоэлектрическая трансдукция опосредована волосковыми клетками внутри уха. В зависимости от движения волосковая клетка может либо гиперполяризоваться, либо деполяризоваться. Когда движение направлено к самым высоким стереоцилиям , катионные каналы Na + открываются, позволяя Na + поступать в клетку, а результирующая деполяризация вызывает открытие каналов Ca ++ , тем самым высвобождая свой нейротрансмиттер в афферентный слуховой нерв. Существует два типа волосковых клеток: внутренние и внешние. Внутренние волосковые клетки являются сенсорными рецепторами. [13]
Проблемы с сенсорными нейронами, связанными со слуховой системой, приводят к таким расстройствам, как:
Терморецепторы — это сенсорные рецепторы, которые реагируют на различные температуры . Хотя механизмы, посредством которых работают эти рецепторы, неясны, недавние открытия показали, что у млекопитающих есть по крайней мере два различных типа терморецепторов. [16] Бульбовидное тельце — это кожный рецептор , чувствительный к холоду рецептор , который обнаруживает низкие температуры. Другой тип — это чувствительный к теплу рецептор.
Механорецепторы — это сенсорные рецепторы, которые реагируют на механические силы, такие как давление или деформация . [17]
Специализированные сенсорные рецепторные клетки, называемые механорецепторами, часто инкапсулируют афферентные волокна, чтобы помочь настроить афферентные волокна на различные типы соматической стимуляции. Механорецепторы также помогают снизить пороги для генерации потенциала действия в афферентных волокнах и, таким образом, повышают вероятность их срабатывания при наличии сенсорной стимуляции. [18]
Некоторые типы механорецепторов генерируют потенциалы действия при физическом растяжении их мембран.
Проприоцепторы — это еще один тип механорецепторов, что буквально означает «рецепторы для себя». Эти рецепторы предоставляют пространственную информацию о конечностях и других частях тела. [19]
Ноцицепторы отвечают за обработку боли и изменений температуры. Жгучая боль и раздражение, испытываемые после употребления перца чили (из-за его основного ингредиента, капсаицина), ощущение холода, испытываемое после приема химического вещества, такого как ментол или ициллин, а также обычное ощущение боли — все это результат работы нейронов с этими рецепторами. [20]
Проблемы с механорецепторами приводят к таким расстройствам, как:
Внутренние рецепторы, которые реагируют на изменения внутри тела, известны как интероцепторы . [4]
Аортальные тельца и каротидные тельца содержат скопления гломусных клеток – периферических хеморецепторов , которые обнаруживают изменения химических свойств крови, такие как концентрация кислорода . [22] Эти рецепторы являются полимодальными и реагируют на ряд различных стимулов.
Ноцицепторы реагируют на потенциально опасные стимулы , посылая сигналы в спинной и головной мозг. Этот процесс, называемый ноцицепцией , обычно вызывает восприятие боли . [23] [24] Они находятся во внутренних органах, а также на поверхности тела, чтобы «обнаруживать и защищать». [24] Ноцицепторы обнаруживают различные виды вредных стимулов, указывающих на потенциальный ущерб, а затем инициируют нейронные реакции, чтобы уйти от стимула. [24]
Информация, поступающая от сенсорных нейронов в голове, поступает в центральную нервную систему (ЦНС) через черепные нервы . Информация от сенсорных нейронов под головой поступает в спинной мозг и проходит к мозгу через 31 спинномозговой нерв . [26] Сенсорная информация, проходящая через спинной мозг, следует четко определенным путям. Нервная система кодирует различия между ощущениями с точки зрения того, какие клетки активны.
Адекватный стимул сенсорного рецептора — это модальность стимула , для которой он обладает адекватным сенсорным трансдукционным аппаратом. Адекватный стимул может быть использован для классификации сенсорных рецепторов:
Сенсорные рецепторы можно классифицировать по местоположению:
Соматические сенсорные рецепторы, расположенные вблизи поверхности кожи, обычно можно разделить на две группы в зависимости от морфологии:
В настоящее время на рынке представлено множество препаратов, которые используются для манипуляции или лечения расстройств сенсорной системы. Например, габапентин — это препарат, который используется для лечения нейропатической боли путем взаимодействия с одним из потенциал-зависимых кальциевых каналов, присутствующих на невосприимчивых нейронах. [20] Некоторые препараты могут использоваться для борьбы с другими проблемами со здоровьем, но могут иметь непреднамеренные побочные эффекты на сенсорную систему. Дисфункция в комплексе механотрансдукции волосковых клеток, наряду с потенциальной потерей специализированных ленточных синапсов, может привести к гибели волосковых клеток, часто вызываемой ототоксичными препаратами, такими как аминогликозидные антибиотики, отравляющие улитку. [33] Благодаря использованию этих токсинов волосковые клетки, перекачивающие K+, прекращают свою функцию. Таким образом, энергия, генерируемая эндокохлеарным потенциалом , который управляет процессом передачи слухового сигнала, теряется, что приводит к потере слуха. [34]
С тех пор, как ученые наблюдали кортикальное перераспределение в мозге обезьян Тауба из Силвер-Спринг , было проведено большое количество исследований в области пластичности сенсорной системы . Были достигнуты огромные успехи в лечении расстройств сенсорной системы. Такие методы, как терапия движениями, вызванными ограничениями, разработанная Таубом, помогли пациентам с парализованными конечностями восстановить использование своих конечностей, заставив сенсорную систему вырастить новые нейронные пути . [35] Синдром фантомной конечности — это расстройство сенсорной системы, при котором ампутанты ощущают, что их ампутированная конечность все еще существует, и они все еще могут испытывать в ней боль. Зеркальный ящик , разработанный В. С. Рамачандраном, позволил пациентам с синдромом фантомной конечности облегчить восприятие парализованных или болезненных фантомных конечностей. Это простое устройство, которое использует зеркало в ящике для создания иллюзии, при которой сенсорная система воспринимает, что она видит две руки вместо одной, что позволяет сенсорной системе контролировать «фантомную конечность». Благодаря этому сенсорная система может постепенно адаптироваться к ампутированной конечности и, таким образом, облегчить этот синдром. [36]
Гидродинамическая рецепция — это форма механорецепции, используемая у ряда видов животных.
{{cite book}}
: |journal=
проигнорировано ( помощь )