Tema 11: los sistemas sensoriales María Penado Abilleira Ab illeira
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Introducción a la fisiología fisio logía de los sentidos
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Sentidos: vías por las que la información acerca de parte de la realidad circundante accede y afecta al SN de las especies que lo poseen
Estimulación sensorial son los distintos distintos estímulos (energía) susceptibles de influir en la conducta No todas las energías que circulan afectan al comportamiento (solo aquellas que son relevantes para la supervivencia)
Las diferentes energías que llegan por los sentidos tienen que realizar un proceso de transducción transducción sensorial (energía eléctrica) para que sean comprendidas por el SN Todos los estímulos producen energía eléctrica pero gracias a la ley de líneas marcadas no hay interferencias entre ellos (depende de la zona del cerebro a la que llegue la energía estimular)
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¿Qué características del estímulo tenemos que codificar?
1. Intensidad
2. Duración
3. Localización
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Codificación de la intensidad del estímulo (amplitud): las neuronas pueden informar de la intensidad del estímulo que reciben de dos maneras:
1.Código de frecuencia : a medida que aumenta la intensidad del estímulo aumenta la frecuencia de los potenciales de acción (hasta un límite)
2. Fraccionamiento según el rango o código poblacional: distintas neuronas con distinto umbral de respuesta que hace el número de neuronas que se disparen este en función de la intensidad del estímulo
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Codificación de la duración del estímulo ¿Los sentidos responden siempre que dure el estímulo? Fenómenos de adaptación sensorial y habituación Si son los receptores sensoriales los que dejan de emitir señal se produce una adaptación sensorial mientras que si es estos siguen emitiendo señales pero es el individuo el que deja de responder a la estimulación se produce la habituación (tipo de aprendizaje)
Dependiendo de la velocidad de adaptación de los receptores encontramos aquellos que se adaptan deprisa como el olfato ( fásicos) y otros que tardan mucho en adaptarse como el equilibrio ( tónicos)
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Localización del estímulo: campos receptivos e inhibición lateral
La localización del estimulo dependerá de la distribución de los receptores sensoriales en las diferentes zonas pudiendo darse que dos estimulaciones próximas entre si se perciban como una sola o se diferencien
Campo receptivo de la neurona: zona que es percibida por una sola neurona sensorial
Los campos receptivos se van haciendo más grandes a medida que se hacen sinapsis (campos receptivos de 2º orden, 3er orden) produciéndose el fenómeno de inhibición lateral (la estimulación de una neurona inhibe a las que tienen campos receptivos próximos)
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Los receptores sensoriales y la transduccion sensorial
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Los receptores sensoriales pueden ser de dos tipos: 1. Bien una neurona (neurona sensorial) que transmite directamente impulsos nerviosos (olfato, piel, propiocepción)
2. Célula especializada que transforma la energía estimular en impulso nervioso para activar la neurona sensorial (vista, oído, equilibrio y gusto)
El estímulo produce cambios en el potencial de membrana de los receptores sensoriales que recibe el nombre de potencial de receptor Ese potencial de receptor tiene que ser de tal intensidad que genere un potencial de
acción
A. Quimiorreceptores (gusto, olfato, dolor) B. Mecanorreceptores (tacto, oido) C. Fotorreceptores (vista)
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A. Quimiorreceptores y transducción: 1. Receptores gustativos (gusto) Células receptoras insertas en los botones gustativos que se distribuyen por la lengua formando las papilas
gustativas Modalidades gustativas: dulce, salado, acido y amargo Umami (orientales)
Transducción gustativa: las sustancias actúan sobre los receptores abriendo canales iónicos o activando receptores proteínicos que activan el sistema de segundos mensajeros consiguiendo una despolarización que hace que se libere un neurotransmisor entre el receptor y la neurona sensorial (fig 11.9).
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2. Receptores olfatorios (olfato) Presencia de neuronas receptoras olfatorias o receptores olfatorios en la mucosa olfatoria Estos receptores olfatorios proyectan cilios hacia el interior de la capa mucosa. Estos cilios son neuronas bipolares con una proyeccion dendrítica hacia la superficie y un axon hacia el interior Propuesta de olores básicos o primarios en etéreo, frutal, floral, caforáceo, menta, pútrido y acre
Los receptores olfatorios generan potenciales graduados que se integran en el cono axónico para producir un potencial de acción. La frecuencia de los potenciales de acción depende de la concentración de la sustancia produciéndose una adaptación sensorial rápida
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3. Receptores nociceptivos (dolor) Determinadas sustancias químicas producidas por los tejidos afectan a los receptores sensoriales modulando su umbral de respuesta o sensibilizándolos para que se sepa que hay una lesión. Actúan sobre los terminales libres de las neuronas sensoriales Sustancias como la serotonina, histamina, citocinas, acetilcolina, oxido nítrico, opiodes
Esas sustancias químicas abren canales iónicos o generan potenciales de acción en las neuronas sensoriales
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B. Mecanorreceptores y transducción (responden a la acción de fuerzas mecánicas: presión, estiramiento, torsión, vibración)
1. Receptores cutáneos (piel) Tipos de receptores cutáneos: corpúsculos de meissner, de ruffini, discos de merkel, terminaciones nerviosas libres
Corpúsculos de pacini: mecanorreceptor formado por capas concéntricas de tejido conectivo separadas por líquido que rodea a la fibra nerviosa. La transducción se inicia ya que hay zonas de membrana que tienen canales sensibles a la deformación mecánica (canales mecanosensibles) y si la membrana es deformada abren los canales selectivos al Na+ y K+ produciendo una despolarización del terminal axónico
Son sensibles a cambios rápidos de presión por lo que responden de forma intensa durante unos pocos segundos, produciéndose una adaptación sensorial si se mantiene la presión constante. Cuando cesa la presión vuelven a responder
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2. Receptores auditivos La transducción auditiva comienza por la fuerza mecánica ejercida por las ondas sonoras sobre las células ciliadas dentro de la cóclea Las ondas sonoras chocan con el tímpano que transmite esa vibración mediante la perilinfa (líquido que está dentro de la cóclea)
Potencial endococlear: diferencia de potencial de -80mv entre la perilinfa y la endolinfa Las vibraciones se transmiten a los esterocilios que cuando se inclinan provocan que se abran canales iónicos que hace que pase el potasio hacia el interior produciendo una despolarización. Esas células ciliadas cuando se despolarizan liberan un neurotransmisor que se transmite a las neuronas auditivas para su despolarización
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C. Fotorreceptores y transducción visual Células fotorreceptoras en la retina del ojo que se disponen en el fondo del ojo sobre el epitelio pigmentado
Dos tipos de células receptoras denominadas conos y bastones (bastones mucho más abundantes que conos) con pigmentos visuales o fotopigmentos: - Bastones con un tipo de pigmento - Conos con tres tipos de pigmentos (tres tipos de conos según el pigmento)
Bastones son más sensibles a la luz y amplifican la señal luminosa (visión nocturna) mientras que los conos son los encargados de la visión cromática Mejor resolución espacial y temporal en los conos que los bastones
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Diferencias entre conos y bastones que hace que los conos mejoren en todos los sentidos la visión diurna y hacen que exista dos sistemas funcionales en la retina: -Escotópico (bastones) -Fototópico (conos) La transducción visual al contrario de lo que hemos visto hasta ahora se inicia con una
hiperpolarización En ausencia de luz los iones Na+ están entrando lo que hace que se produzca una despolarización y la liberación continua de glutamato En presencia de luz los canales de Na+ se cierran y deja de liberarse glutamato (hiperpolarización)
¿Como? La luz descompone los fotopigmentos formando una proteína G que activa la degradación del segundo mensajero GMPc que es el que mantiene abierto los canales de Na+
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La transmisión de la información al sistema nervioso
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Las señales que provienen de los sentidos tienen que ascender hasta la corteza para su procesamiento superior estableciéndose una organización jerárquica en dicho ascenso (sentidos – medula espinal – tronco del encéfalo y diencéfalo – corteza)
1. Los órganos de los sentidos tienen neuronas sensoriales (neuronas sensoriales de primer orden) cuyos axones forman vías aferentes. La agrupación de esas neuronas forma ganglios del sistema somático (SNP)
2. Los axones de la neuronas sensoriales primarias establecen sinapsis con neuronas que forman parte del SNC (neuronas sensoriales de segundo orden o secundarias)
3. Los axones de estas neuronas de segundo orden alcanzan el tálamo donde establecen sinapsis con neuronas de los distintos núcleos (neuronas sensoriales de tercer orden) que ya están especializadas según la modalidad sensorial
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PROCESAMIENTO EN SERIE
Además de establecerse un procesamiento en serie aparece un procesamiento en paralelo de las señales sensoriales como sucede en el sistema somatosensorial: Dos circuitos paralelos que comparten información: -Sistema lemniscal : transmite información táctil compleja y precisa -Sistema anterolateral: señales nociceptivas e información de la temperatura
Cruce de vías -Sistema lemniscal (sistema de las columnas dorsales) asciende por las columnas dorsales haciendo sinapsis con neuronas de los núcleos dorsales del bulbo raquídeo (neuronas secundarias). Estas neuronas secundarias cruzan al lado contrario y forman tracto ascendente (lemnisco medio) al tálamo y de allí a la corteza (lado contrario) -Sistema anterolateral: fibras aferentes hacen sinapsis en el hasta dorsal de la médula espinal con las neuronas secundarias cuyos axones cruzan al lado opuesto alcanzando el tálamo y tronco.
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PROCESAMIENTO EN PARALELO
Trabajan juntos para la localización de estímulos dolorosos
Los primeros niveles de procesamiento de la información sensorial
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Ejemplo la codificación del sistema visual 1. La luz provoca que los fotorreceptores se hiperpolaricen y liberen menor cantidad de glutamato 2. La menor cantidad de glutamato produce cambios en el potencial de membrana de las células bipolares 3. Cambio en el potencial de membrana de las células bipolares hace que cambie el potencial de las células ganglionares con las que estas hacen sinapsis
Una célula nerviosa recibe información de los fotorreceptores situados en una zona concreta del campo visual, formando el campo receptivo de esa célula Campo receptivo de las células bipolares formado por dos áreas concéntricas con una organización antagónica que hace que la célula responda de manera distinta si la luz inciden en el centro o en la periferia Dos tipos de células bipolares: centro on y centro off
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Los cambios del potencial de membrana de las células bipolares producen mayor o menor liberación de glutamato que llega a las células ganglionares
Al igual que las células bipolares hay células ganglionares centro on y centro off . Células sensibles al contraste
Células ganglionares sensibles a la dirección o al movimiento que responden de forma significativa cuando a un punto de luz que se mueve en una dirección concreta.
Células oponentes al color : presentan la misma estructura que las células on / off pero hay contraste por colores Rojo / verde Azul / amarillo
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El papel del tálamo en el procesamiento de la información sensorial
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Excepto la información olfatoria el resto de la información sensorial para por el tálamo para llegar a la corteza
Núcleos de relevo que participan en el procesamiento y relevo de la información sensorial (grupo ventral)
Núcleos de relevo envían proyecciones a áreas concretas de la corteza cerebral, existiendo núcleos de relevo sensorial para cada tipo de información sensorial Ejemplo. Núcleo geniculado lateral - información visual Núcleo geniculado medial – información auditiva Diferencia en la organización citoarquitectónica de los núcleos, siendo unos muy uniformes y otros organizados en capas ( núcleo geniculado lateral )
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Nucleo geniculado lateral
Organizado en seis capas que se diferencian en: Capas magnocelulares (1 y 2) Capas parvocelulares (3 – 6)
Neuronas magnocelulares campos receptivos grandes que responden a objetos de gran tamaño (características generales del estímulo)
Neuronas parvocelulares campos receptivos más pequeños que informan de los detalles finos de la imagen como la forma y el color.
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Procesamiento cortical de la información sensorial
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Las proyecciones del tálamo llegan a zonas específicas de la corteza según la modalidad sensorial (áreas sensoriales primarias) y de esas zonas se reparten a áreas corticales secundarias y a corteza de asociación para un procesamiento sensorial superior
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Procesamiento cortical en el sistema visual La información visual llega a través de tractos ópticos al tálamo y de allí a la corteza visual primaria (V1) situada en el lóbulo occipital Las neuronas de la corteza visual están organizadas en aquellas que necesitan estímulos relativamente simples para ser activadas ( células simples) y otras de estímulos cada vez más complejos ( células complejas)
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Células simples tienen campos receptivos más alargados y no concéntricos que hace que se perciban bien estímulos en forma de barras alargadas que producen una activación máxima cuando el estímulo visual tiene la orientación adecuada (presentes en la V1)
Las células complejas son estimuladas por el movimiento de un hilo o una barra que recorre su campo perceptivo (más grandes que el de las células simples) con una orientación determinada (presentes en la V2)
Selectividad de la dirección / finalización del campo receptivo
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Columnas y módulos corticales Las neuronas de la corteza visual primaria reciben información de ambos ojos (son binoculares) aunque hay cierta dominancia ocular ya que algunas reciben más aferencia de un ojo que de otro Esas neuronas que tienen preferencias por un determinado ojo se agrupan en columnas de dominancia ocular de 1 mm de anchura Del mismo modo también hay agrupación de las neuronas según la orientación del estímulo que las dispara, existiendo columnas de orientación
Columnas que cubren todos los ángulos posibles de orientación de un estímulo se les denomina hipercolumnas ¿Qué pasa con el color? Hay agrupaciones neuronales sensibles al color que forman estacas o manchas (blobs)
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La organización en columnas de la corteza visual hace que hay zonas donde es posible que se procesen todos los aspectos de los estímulos visuales de una zona de la retina, formando módulos corticales
Son las entidades individuales mínimas capaces de procesar la información sobre todos los aspectos de las imágenes que llega a la corteza visual primaria procedente de la retina
En la percepción visual hay una segregación de funciones que se inicia ya en las células ganglionares y continua en el tálamo (núcleo geniculado) y que continua cuando se llega a la corteza. En la corteza existen también áreas de asociación que integran toda la información que proviene de los ojos con otros sistemas, siendo importante la área de asociación temporal inferior para la percepción de los detalles y la corteza parietal posterior para su localización
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Funciones biológicas de los sentidos
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Proporcionar información sobre el medio ambiente en el que vivimos
El gusto selecciona la comida mediante el mecanismo de hambre específica o aversión gustativa (tipo de aprendizaje)
Reflejos cefálicos (secreción de saliva, de insulina, de secreciones gástricas, motilidad digestiva, etc.) que correlacionan con la calidad de la comida
Las feromonas como sustancias destinadas a promover determinadas conductas
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EXÁMENES
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A la transformación de las diferentes modalidades de energía que inciden cobre el organismo en actividad eléctrica nerviosa (potenciales eléctricos) se le llama A) tacto B) transducción sensorial C) modalidad sensorial D) codificación sensorial
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B) transducción sensorial
Las diferentes energías que llegan por los sentidos tienen que realizar un proceso de transducción sensorial (energía eléctrica) para que sean comprendidas por el SN Todos los estímulos producen energía eléctrica pero gracias a la ley de líneas marcadas no hay interferencias entre ellos (depende de la zona del cerebro a la que llegue la energía estimular)
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El mecanismo de fraccionamiento según el rango se caracteriza porque A) se denomina también ley de las líneas marcadas B) no utiliza la frecuencia de impulsos nerviosos para codificar la intensidad de la estimulación C) diferentes intensidades de estimulación se codifican por neuronas sensoriales con diferentes umbrales de respuesta D) es el que utilizan las neuronas sensoriales cuando la intensidad de la estimulación es baja
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C) diferentes intensidades de estimulación se codifican por neuronas sensoriales con diferentes umbrales de respuesta
2. Fraccionamiento según el rango o código poblacional: distintas neuronas con distinto umbral de respuesta que hace el número de neuronas que se disparen este en función de la intensidad del estímulo
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Respecto a los fotorreceptores sabemos que A)son neuronas bipolares que contiene pigmentos visuales sensibles a la luz B) los bastones tienen un pigmento visual menos sensible a la luz que el de los conos por lo que se activan en la visión nocturna C) los conos tienen menor resolución temporal que los bastones D) en presencia de luz su membrana se hiperpolariza lo que provoca una reducción del neurotransmisor que se libera en la sinapsis
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D) en presencia de luz su membrana se hiperpolariza lo que provoca una reducción del neurotransmisor que se libera en la sinapsis
Dos tipos de células receptoras denominadas conos y bastones (bastones mucho más abundantes que conos) con pigmentos visuales o fotopigmentos: -Bastones con un tipo de pigmento - conos con tres tipos de pigmentos (tres tipos de conos según el pigmento)
Bastones son más sensibles a la luz y amplifican la señal luminosa (visión nocturna) mientras que los conos son los encargados de la visión cromática Mejor resolución espacial y temporal en los conos que los bastones
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