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Venerdi 23 Maggio 2014
Elaborazione SENSORIALE
Tu>e le esperienze sensoriali hanno in comune tre principi. 1. Uno sGmolo fisico
2. Una serie di evenG a>raverso i quali lo sGmolo viene trasformato in impulsi nervosi 3. Una risposta a questo segnale so>o forma di percezione o di esperienza cosciente della sensazione Sistema nervoso estrae certe informazioni dallo sGmolo, ignorando le altre, e poi le interpreta nel contesto della stru>ura intrinseca e dell’esperienza progressiva del cervello
I nostri sensi e la nostra mente apprendono dal mondo esterno ma in questo processo ci me>ono parecchio del loro. I. KANT
Ciò che vediamo non rifle>e solo le proprietà degli oggeR ma sopra>u>o le modalità con cui le sensazioni sono organizzate nel sistema nervoso centrale
I sistemi sensoriali hanno un piano organizzaGvo comune: • SGmolo • Organi rece>oriali • Trasduzione e codificazione • Vie segnate • Elaborazione
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Il sistema nervoso permette al corpo di rispondere agli stimoli
Nei vertebraG la cefalizzazione è associata alla simmetria bilaterale del corpo; i vertebraG hanno inoltre molG più neuroni degli invertebraG. Il sistema nervoso centrale (SNC) dei vertebraG, cosGtuito dal midollo spinale e dall’encefalo, nell’embrione si sviluppa da un tubo neurale.
L’organizzazione generale dell’encefalo dei vertebrati, suddiviso nelle sue regioni principali.
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
L’uomo ha sistema nervoso centrale e
sistema periferico ben sviluppati
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
I neuroni elaborano gli stimoli e inviano comandi al corpo
Il tessuto nervoso è composto da due Gpi principali di cellule: i neuroni e le cellule della microglia. I neuroni, o cellule nervose, sono le unità funzionali del sistema nervoso. Essi ricevono l’informazione sensoriale, la convogliano a un centro di integrazione (l’encefalo) e conducono quindi i segnali dal centro di integrazione agli organi effe>ori, come le ghiandole e i muscoli. Le cellule della microglia, invece, hanno il compito di sostenere e nutrire i neuroni, hanno quindi una indispensabile funzione di supporto.
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
I tre tipi di neuroni I neuroni motòri (efferen9) portano gli impulsi nervosi dal sistema nervoso centrale ai muscoli e alle ghiandole.
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
I tre tipi di neuroni I neuroni sensoriali (afferen9) portano gli impulsi dai rece>ori sensoriali al sistema nervoso centrale.
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
I tre tipi di neuroni Gli interneuroni, o neuroni di associazione, si trovano esclusivamente nel sistema nervoso centrale. Essi trasme>ono gli impulsi tra le varie parG del sistema nervoso centrale, possono essere interposG tra i neuroni sensoriali e quelli motòri, e formare vie nervose complesse all’interno dell’encefalo.
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
La membrana di un neurone inattivo è soggetta al potenziale di riposo
Quando un neurone è inaRvo, cioè non sta conducendo impulsi, il suo potenziale ele<rico di riposo è di circa -‐65 mV; il segno negaGvo indica che l’interno della cellula è più negaGvo rispe>o all’esterno. Il potenziale dipende dalla concentrazione di ioni (Na+ e K+) all’interno e all’esterno della membrana assonica.
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
La membrana di un neurone attivo è soggetta al potenziale d’azione
Un potenziale d’azione è un rapido cambiamento della polarità misurata tra l’esterno e l’interno della membrana assonica che si verifica in corrispondenza di un impulso nervoso. L’andamento del voltaggio è associato allo spostamento degli ioni Na+ e K+ da un lato all’altro della membrana.
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
L’apertura dei canali del sodio e l’apertura dei canali del potassio
Quando ha inizio un potenziale d’azione, l’accesso dei canali del sodio si apre e quindi gli ioni Na+ si riversano nell’assone. Ciò provoca una depolarizzazione, poiché la carica all’interno dell’assone cambia da un valore negaGvo a uno posiGvo. Quando il potenziale d’azione termina, si ha una ripolarizzazione, poiché l’interno dell’assone ritorna nuovamente negaGvo grazie alla fuoriuscita degli ioni K+ dall’assone.
La sensibilità e i recettori
I rece<ori sono cellule nervose specializzate che formano gli organi di senso.
Trasformano gli s9moli del mondo esterno in impulsi ele<rici che poi inviano, a>raverso i nervi, al sistema nervoso centrale.
l’occhio è l’organo della vista
l’orecchio è l’organo dell’udito e anche dell’equilibrio
la lingua è l’organo del gusto
il naso è l’organo dell’olfatto
la pelle è l’organo del tatto
La pelle e il tatto
corpuscoli di Ruffini (recettori del caldo)
corpuscoli di Krause (recettori del freddo)
corpuscoli di Pacini (recettori della pressione)
recettori del dolore corpuscoli
di Meissner (recettori del tatto fine)
I rece<ori taEli sono distribui9 sul più grande e pesante organo sensoriale: la pelle (superficie 1.8 m2 e peso 4 Kg)
§ Per il ta>o ci sono Gpi diversi di rece>ori meccanici ognuno specializzato per una determinata sGmolazione taRle.
§ E’ infaR evidente che se per esempio noi prendiamo in mano un cube>o di ghiaccio, ne percepiamo subito la forma, la consistenza e la temperatura in un aRmo
L’occhio e la vista
il cristallino è la lente che me>e a fuoco: grazie ad apposiG muscoli può variare la propria curvatura, così che l’immagine si formi sulla reGna
la cornea e l’umore acqueo formano un sistema di len9 convergen9 simile all’obieEvo di una macchina fotografica
l’iride è il diaframma che regola la quanGtà di luce che, a>raverso la pupilla, entra nella «camera oscura» cosGtuita da sclero9ca e coroide
le cellule della re9na (coni e bastoncelli) sono i sensori che registrano la luce in arrivo, come la pellicola o il sensore ele>ronico
Come è fatto l’occhio
La re9na è tappezzata di rece>ori chiamaG coni e bastoncelli, che trasformano gli s9moli luminosi in impulsi ele<rici. Dalla parte posteriore dell’occhio parte il nervo oEco, che trasme<e gli impulsi al cervello.
• i coni, concentraG nella fovea al centro della reGna, sono di tre Gpi (sensibili al verde, al rosso e al blu) e ci perme<ono di dis9nguere i colori quando la luce è intensa
• i bastoncelli, che sono più numerosi e distribuiG su tu<a la re9na, ci perme<ono di vedere quando la luce è debole, come al crepuscolo, ma non dis9nguono i colori.
nervo ottico
i coni e i bastoncelli della retina
L’occhio e il cervello
Dagli occhi il cervello riceve due immagini leggermente diverse tra loro, e le elabora producendo un’unica immagine in rilievo. Grazie alla visione stereoscopica abbiamo la percezione dello spazio tridimensionale e della profondità, e capiamo a quale distanza si trovano gli oggeR che vediamo.
nervo ottico
corteccia visiva
la visione binoculare
L’orecchio e l’udito
onde sonore
padiglione auricolare
condotto uditivo timpano
ossicini organo dell’equilibrio
chiocciola
tromba di Eustachio
finestra ovale
orecchio esterno orecchio medio orecchio interno
Come funziona l’orecchio?
1. le onde sonore raccolte dal padiglione auricolare si incanalano
nel condo<o udi9vo e raggiungono il 9mpano, facendolo vibrare
2. le vibrazioni si trasme>ono alla catena degli ossicini, poi alla finestra ovale, infine all’endolinfa dentro la chiocciola
chiocciola endolinfa
cellula cigliata
fibre nervose
Come funziona l’orecchio?
3. l’endolinfa si me>e a oscillare e sGmola
le ciglia dei rece<ori acus9ci, che producono impulsi ele<rici 4. il nervo acus9co
trasme>e gli impulsi all’area udi9va del cervello
endolinfa
nervo acustico
un recettore acustico
la chiocciola vista in sezione
Il senso del gusto
Il gusto è affidato a rece>ori presenG nelle papille gusta9ve, che sono piccoli rilievi sulla superficie della lingua.
superficie della lingua particelle di cibo nella saliva
cellule di sostegno cellule recettrici
la struttura di una papilla gustativa
fibra nervosa (al cervello)
Il senso dell’olfatto
Le cose «hanno odore» perché dalla loro superficie si staccano molecole che diffondono nell’aria che respiriamo. Sciogliendosi nel muco del naso, le molecole raggiungono e sGmolano le ciglia dei rece<ori olfaEvi. A>raverso il nervo olfaEvo i rece>ori inviano impulsi ele>rici a un’apposita area del cervello.
Perché quando siamo raffredda9 non sen9amo gli odori? Se nel naso c’è troppo muco, le molecole odorose non riescono a raggiungere i rece>ori dell’olfa>o!
nervo olfattivo
area olfattiva del cervello
recettori della mucosa nasale
La membrana cellulare è formata da lipidi (fosfolipidi) e proteine. I lipidi cos9tuiscono un doppio strato con9nuo interro<o dalla presenza di piccoli pori o canali; le proteine possono trovarsi inglobate nello strato lipidico ma anche sulla superficie interna e/o esterna: ne risulta un modello denominato a “mosaico fluido”.
La membrana plasmatica
Le proteine presenti svolgono i seguenti compiti: strutturale (conferiscono “consistenza” alla membrana), enzimatico ( permettono lo svolgimento di processi chimici), di trasporto (costituiscono recettori o bersagli di particolari “messaggeri chimici” provenienti da altre cellule). La membrana costituisce un filtro selettivo per il passaggio e il trasporto delle sostanze. E’ dotata di permeabilità selettiva che viene svolta attraverso I seguenti meccanismi:
• diffusione passiva; • diffusione facilitata; • trasporto attivo.
Una diffusione speciale: l’osmosi
Il termine osmosi indica la diffusione del solvente a>raverso una membrana semipermeabile dal comparGmento a maggior potenziale idrico (concentrazione minore di soluto) verso il comparGmento a minor potenziale idrico (concentrazione maggiore di soluto), quindi secondo il gradiente di concentrazione.
L'osmosi è un processo fisico spontaneo, vale a dire senza apporto esterno di energia, che tende a diluire la soluzione più concentrata, e a ridurre la differenza di concentrazione. Il flusso ne>o di solvente può essere contrastato applicando una pressione al comparGmento a concentrazione maggiore. Se la pressione applicata supera la pressione osmoGca, o>eniamo l'osmosi inversa. Si tra>a di un fenomeno importante in biologia, dove interviene in alcuni processi di trasporto passivo a>raverso membrane biologiche.
Globuli rossi in soluzione isotonica, ipertonica e ipotonica
Cellula vegetale in soluzione ipertonica, isotonica e ipotonica
Questa è un’esperienza di laboratorio per dimostrare il meccanismo dell’osmosi. Si prende un becker e si aggiunge un po’ di acqua, quindi una manciata di uvetta. Dopo qualche ora si nota che l’uvetta diventa più gonfia e più grande perché ha assorbito l’acqua. Per effetto dell’osmosi, l’acqua è passata da un ambiente ipotonico ad uno ipertonico.
prima dopo
