Zmysły chemiczne
Kategorie czucia chemicznego:
- Ogólne czucie chemiczne (wszystkie komórki czułe na konkretne cząsteczki lub substancje chemiczne) - Receptory wewnętrzne (komórki wyspecjalizowane w monitorowaniu składu chemicznego ciała istotnego dla przeżycia)
- Smak (komórki w jamie ustnej, czułe na substancje chemiczne)
- Węch (komórki czułe na cząsteczki chemiczne unoszone w powietrzu)
Threadfins rodzina Polynemidae
Narząd smaku
Brodawki z kubkami smakowymi na języku wraz z unerwiającymi je nerwami.
Rodzaje brodawek z kubkami smakowymi:
okolone, liściaste, grzybowate. Każdy rodzaj dominuje w wybranych miejscach na języku, jak pokazują strzałki.
Kubki smakowe
Kubki smakowe zawieraja receptory smakowe (ok. 100 w kubku) i komórki wspomagające.
Cztery smaki
Wrażenia smakowe można podzielić na cztery rodzaje smaku: słodki, słony, kwaśny i gorzki.
Podsumowanie
mechanizmów transdukcji w receptorach smaku. Jony wodorowe (dla smaku kwaśnego) i sodowe (dla smaku słonego)
bezpośrednio oddziałują z kanałami jonowymi
zmieniając potencjał błonowy komórek
receptorowych. Dla smaku słodkiego i gorzkiego istnieją białkowe miejsca
receptorowe połączone z białkiem G. Kompleks - cząsteczka substancji smakowej –miejsce
receptorowe aktywuje białko
G rozpoczynając kaskadę
procesów prowadzących do
zmiany przepuszczalności
błony.
Umami
III wydanie, 1992: „...Monosodim glutamate may represent a fifth category, but this is controversial”.
IV wydanie, 2000: „...Some consider the taste of monosodim glutamate to represent a fifth category of taste stimuli, umami.”
Prof. Kikunae Ikeda
Nature, 444, 287 (16 November 2006):
„The sense of taste comprises at least five
distinct qualities: sweet, bitter, sour, salty,
and umami, the taste of glutamate. „
Drogi smakowe
Droga smakowa:
- język
- nerw VII, IX
- jądra pasma samotnego (rdzeń kręgowy)
- jądro brzuszno – tylne
przyśrodkowe (wzgórze)
- kora smakowa - zakręt
zaśrodkowy, wyspa –
bruzda boczna (kora
mózgowa)
Kodowanie informacji smakowej
smak
węch
czucie
Wrażenie smakowe smak
wzorzec (pattern) aktywności w populacji włókien
aferentnych (across fiber patterns)
Odpowiedzi pojedynczych włókien nerwowych chorda tympani u świnki morskiej na wybrane substancje. Każde włókno odpowiada najlepiej na jeden smak ale może tez odpowiadać na inne smaki
Labelled line vs. across - fibre
„Recent molecular and functional studies in mice have demonstrated that different TRCs define the different taste modalities, and that activation of a single type of TRC is sufficient to encode taste quality, strongly supporting the labelled-line model.”
Jayaram Chandrashekar, Mark A. Hoon, Nicholas J. P. Ryba and Charles S. Zuker The receptors and
cells for mammalian taste. Nature 444, 288-294 (16 November 2006)
Rozpoznawanie smaku
Z: Gordon M. Shepherd Smell images and the flavour system in the human brain Nature 444, 316-321(16 November 2006)
Rozpoznawanie smaku jest jednym z najbardziej złożonych ludzkich zachowań
Wdech i wydech
Z: Gordon M. Shepherd Smell images and the flavour system in the human brain Nature 444, 316-321(16 November 2006)
Węch ma dualną naturę – odbiera sygnały z zewnątrz (orthonasal) oraz z wnętrza ciała (retronasal). Orthonasal aktywuje się przy wdechu (przez nos) i odpowiada za odbiór zapachów z otoczenia. Retronasal aktywuje się podczas wydechu (przez nos) i
odpowiada za odbiór zapachu z jamy ustnej. Składa się on na wrażenie smaku jedzenia.
Układ węchowy
Nabłonek węchowy Receptory węchowe. Rzęski komórki receptora
Transdukcja w receptorach węchowych
Mechanizm transdukcji
Zapis patch-clamp aktywności komórki węchowej w trakcie 150 ms stymulacji zapachem (strzałka). IBMX, zwiększający stężenie cAMP pobudza komórkę podobnie jak zapach, co świadczy o udziale cyklicznych nukleotydów w bramkowaniu kanałów jonowych w procesie transdukcji.
Transdukcja odbywa się w rzęskach. Miejsca
receptorowe są związane z białkami G. Aktywacja białka G uruchamia cykl transdukcji zakończony otwarciem/zamknięciem kanałów jonowych.
Nabłonek węchowy człowieka zawiera ok.
1000 różnych molekuł receptorowych.
Odpowiedź receptorów węchowych
Połączenia w opuszce węchowej: OSN –
receptory węchowe, GL – kłębuszki, T – komórki kępkowe (tufted cells), M – komórki mitralne (mitral cells), Gr - komórki ziarniste (granule cells).
Różne rodzaje odpowiedzi komórki węchowej i komórki mitralnej u salamandry.
Mapy zapachów
Zapach, po części, jest kodowany jako przestrzenna rozkład aktywności w opuszce węchowej. A. Mapowanie informacji z receptorów węchowych na opuszkę węchową. B. Mapy pobudzenia (fMRI) opuszki węchowej u myszy przez aldehydową rodzinę zapachów.
Organizacja kłębuszków
Konwergencja wejść w kłębuszkach oraz procesy wewnątrz- i miedzy-kłębuszkowe prowadzą do zawężenia odpowiedzi neuronów projekcyjnych (dolny rysunek) w stosunku do odpowiedzi receptorów węchowych.
Model przetwarzania zapachów. Receptory węchowe (ON) o podobnej czułości na bodźce zapachowe wysyłają aksony do tych samych kłębuszków.
System węchowy człowieka
Komórki mitralne i kępkowe w opuszce węchowej wysyłają projekcje do kory węchowej. Istnieje również równoległa droga do kory (accesory olfactory cortex AOB) z vomeronasal organ (VN0).
Kora węchowa podzielona jest na 5 obszarów, każdy posiada inne funkcje i projekcje. Anterior olfactory nucleus (AON) – centrum sumujące wejścia z dwóch opuszek, kora gruszkowa (piriform cortex PC) rozróżnianie zapachu, Olfactory tubercle otrzymuje wejścia dopaminergiczne ze śródmózgowia, ciało migdałowate (amygdala) otrzymuje wejścia z obu dróg węchowych, kora śródwęchowa (entorhinal cortex) otrzymuje wejścia węchowe i przekazuje je do hipokampa.
Feromony
Feromony:
(1) Wydzielane przez ciało
(2) Rozpoznawane przez inne osobniki tego samego gatunku (komunikacja)
(3) Wpływają na układ neuroendokrynologiczny
(4) Wpływają na zachowanie/funkcje rozrodcze
Feromony
Ivanka Savic, Hans Berglund, Balazs Gulyas, and Per Roland. Smelling of Odorous Sex Hormone-like Compounds Causes Sex-Differentiated Hypothalamic Activations in Humans, Neuron, Vol. 31, 661–668, August 30, 2001
Aktywacja mózgu mierzona metodą PET u kobiet i mężczyzn, pod wpływem wąchania hormonów.
AND – pochodna testosteronu. EST – pochodna estrogenu. Wyniki pokazują silne zróżnicowanie aktywowanych obszarów podwzgórza w
zależności od płci. EST może wywołać aktywację
kory w stężeniach nie węchowych, może on być
więc nie związany z zapachem.
Czucie somatyczne
Modalności czuciowe - wibracja (dotyk) - ciśnienie (dotyk) - temperatura - ból
Energia bodźca - chemiczna
- promieniowanie
- mechaniczna
Receptory czuciowe skóry nieowłosionej
Receptory czuciowe skóry owłosionej
Średnice aksonów
Wolne zakończenia nerwowe
Wolne zakończenia nerwowe odpowiadają na:
- bodźce mechaniczne (mechanoreceptory) - ciepło (termoreceptory)
- zimno (termoreceptory)
- uszkadzający poziom informacji (nocyreceptory - receptory bólu)
Aktywacja receptorów bólu zakończonych aksonami typu delta i C. Suma potencjałów
czynnościowych (compound action potential) w nerwie obwodowym w wyniku pojedynczego wstrząsu elektrycznego przyłożonego do skóry. Bolesny bodziec powoduje szybki ‘kłujący’ ból i wolne ‘pieczenie’.
Wolne zakończenia nerwowe - termoreceptory
Nocyreceptory sa wyspecjalizowaną grupą neuronów, a nie neuronami czuciowymi o większej częstości generacji potencjałów czynnościowych
Charakterystyka receptorów ciepła i zimna.
Receptor zimna ma maksimum w
temperaturze niższej, a ciepła – w wyższej od temperatury ciała.
Ciałko Paciniego
Analiza transdukcji w ciałku Paciniego. A – ciałko nienaruszone, B – ciałko pozbawione osłony. Osłona działa jak filtr mechaniczny.
Czułość ciałka Paciniego (_____) i ciałka Meissnera (…….) na bodziec wibracyjny. Ciałka Paciniego mogą przekazywać szybkie zmiany w dotyku lub nacisku.
Receptory dotyku
Pole recepcyjne neuronu na drodze sensorycznej – wszystkie receptory sensoryczne
wpływające na jego zachowanie.
Dla receptorów skórnych pole recepcyjne to obszar skóry, z którego dochodzi pobudzenie do neuronu czuciowego.
Pola recepcyjne ciałka Meissnera i ciałka Paciniego.
Kropkami oznaczono miejsca o najwyższej czułości.
Do podstawowych własności receptorów czuciowych należą rozmiar pola recepcyjnego i szybkość adaptacji.
Ciałka Meissnera i dyski Merkla, mające małe pola recepcyjne, dostarczają dokładnych informacji przestrzennych w zmyśle dotyku. Dyski Merkla są czułe na niższe częstości (5-15 Hz), a ciałka Meissnera na wyższe (20-50 Hz).
Ciałka Meissnera wyczuwają brzegi obiektów i nieregularności na
powierzchni. Dyski Merkla czują większe rozmiary ale dostarczają wyraźny obraz konturów. Ciałka Paciniego są najbardziej czułe, wyczuwają wibracje (60-400Hz) ale nie dają informacji o lokalizacji bodźca. Podobnie, informacje z zakończeń Ruffiniego dostarczają informacji o ogólnym kształcie dotykanych przedmiotów.
Receptory dotyku – próg, intensywność, rozdzielczość przestrzenna
Dyskryminacja siły bodźca dla wolno adaptacyjnych receptorów o małych polach recepcyjnych. N – odpowiedź nerwu, P –
postrzegana siła bodźca dla wzrastającej wartości pobudzenia.
Percepcja siły bodźca nie wynika wprost z częstości impulsów we włóknach nerwowych.
Dyskryminacja przestrzenna nie zależy od rozmiarów pól recepcyjnych (pola recepcyjne mają podobne rozmiary na ciele, a rozdzielczość nie) lecz od gęstości receptorów o małych polach recepcyjnych.
Dyskryminacja dwupunktowa
Dyskryminacja dwupunktowa – minimalna odległość na której dwa bodźce postrzegane są jako osobne. Odległości różowe pasują do średnicy pola recepcyjnego zaznaczonego na ciele.
