Сетивни системи/Въведение

За да оцелеем – поне като вид – трябва през цялото време да взимаме решения бързо.

С тази цел сме развили сложни системи: сетивна система служеща за възприятие на околния свят и нервна система, за да се справя с придобитата информация. Нервната ни система се състои от $10^{11}$ нервни клетки (наречени още неврони) и още 10-15 пъти повече спомагателни клетки (наречени също глиални клетки) включващи олигодендроцитите, швановите клетки и астроцитите.

Нуждаем ли се наистина от всички тези клетки?

Едноклетъчни организми

Не са нужни толкова много клетки за живот. Съществуват организми състоящи се от една единствена клетка, но въпреки това някои достигат дори сравнително големи размери.

ксенофиофорите са най-големите едноклетъчни организми и диаметърът им достига 20см

чехълчетата реагират на светлина и допир

Например ксенофиофорите, едноклетъчни организми по дъното океана, могат да достигнат 20см.

Дори и с една единствена клетка, тези организми реагират на множество стимули: например чехълчетата Paramecium) реагират на светлина и допир.

Physarum polycephalum (ляво)

Други са забележително умни: Physarum polycephalum представляващи дендритна мрежа от тръбни структури, успяват да свържат източници на храна намирайки най-кратките пътища до тях и да създадат стабилни мрежи до тях. Освен това са развили умението да помнят дали са били на дадено място вече или не. По този начин успяват да пестят енергия и не търсят храна на места където са търсили вече.

По-сложни: Триста и два неврона

Докато хората имаме милиони сетивни клетки и около $10^{11}$ нервни, други създания имат значително помалко.

Кръглият червей с.елеганс има общо 302 неврона и е един от най-простите организми с нервна система. Той е първият многоклетъчен организъм със секвениран геном (секвенцията е публикувана 1998) . Освен генома му знаем и връзките между всичките му 302 неврона, двата нервона отговорни за хемотаксиса, както и процесите на развитие на всяка соматична клетка (959 на брой при хермафродити, 1031 при възрастен мъжки индивид).

Общи принципи на сетивните системи

690

Действието на всички сетивни системи се състои от следните фази:

• улавяне на стимул
• трансформация на стимула в нервен сигнал
• преработка на сигнала от нервната ни система
• действие резултат

Трансформация

Задачата на сетивата е да преобразуват важна информация от заобикалящия ни свят в тип сигнал, който да може да бъде разпознат от следващите клетки в потока от информация. Обикновено сетивната система бива причислявана към нервната, но тук ще ги различаваме като отделни системи. Сетивната система е отговорна за преобразуването на сетивните сигнали, а нервната система за следващата им обработка. Сетивата филтрират само съществената информация: електромагнитни сигнали, химични, механични.

Видове сетивни рецептори

1. Механорецептори
   • вестибуларна система
   • слухова система
   • налягане:
     • Бавно адаптивни рецептори тип 1 (телце на Майснер, телце на Пачини)
     • Бавно адаптивни рецептори тип 2 (Меркелов диск, телце на Руфини)
   • мускулни вретена
   • сухожилен орган на Голги
   • ставни рецептори
2. Хеморецептори
3. Фоторецептори
4. Терморецептори
   • сензор за топлина (най-чувствителен при 45°C, сигнализира за темп <50°С)
   • сензор за студ (най-чувствителен при 25°C, сигнализира за темп >5°C)
5. Електрорецептори
6. Магнеторецептори
7. Рецептори за болка (ноцирецептори): отговорни за болка и сърбеж; тези сигнали биват предавани бавно

Неврони

Невроните са уникални в сравнение с другите клетки. Те:

• бързо превключват бързо между състояния
• могат да предават тези промени в дадена посока и на големи разстояния
• могат ефективно да сигнализират тези промени на други свързани неврони

Има над 50 вида различни неврони, но те всички имат едно и също устройство:

a) Дендрит, b) Сома, c) Ядро, d) Аксон, e) Миелинова обвивка, f) Шванова клетка, g) Възли (прищъпване) на Ранвиер, h) Синапс

• Дендрит: Приема сигналите от сензорни клетки или от други неврони. Сигналът може да идва отедна единствена клетка (биполярната клетка в ретината получава сигнал от една конусна клетка)или от 150хил. други неврони (клетки на Пуркине) и да бъде позитивен (възбуждащ) или негативен (инхибиращ)

• Швановите клетки генерират енергия и необходимите химични съединения, комбинират сигналите и решават кога да предадат сигнала нататък

• Когато възбуждането достигне определено прагово ниво, в основата на аксона се поражда т.нар. потенциал на действието (за около 1msec) – сигнал, който се разпространява по дължината на аксона към други клетки

• В края на аксона, при следващия синапс спира предаването на електрическия сигнал. Към следващата клетка сигналът се предава по химичен път чрез невротрансмитери.

Принципи при обработката на информация от нервната система

Паралелна обработка

Сигнали от различните сетивни системи имат различни значения:

• слуховата система сигнализира честоти
• обонятелната система сигнализира за разликата между сладко и кисело
• визуалната система сигнализира за локацията на визуални сигнали
• вестибуларната система сигнализира различни ориентации и движения

Кодиране според невронната активност

Информация от сетивната система рядко е базирана само на сетивните клетки. По принцип е кодирана взависимост и от активността в популацията от неврони. Този принцип действие може да бъде намерен във всяка една от сетивните ни системи.

Поучаване от опит

Връзките между невроните не са постоянни, а се променят с опита. В природата видовете не трябва да се учат твърде бързо или твърде бавно от опита. Примери за това са странстващия гълъб и пеперудата монарх. Странстващия гълъб е изчезнал като вид заради това, че не се е плашел когато е стреляно по него. Пеперудите монарх мигрират на големи разстояния и миграцията им не може да бъде завършена от една единствена пеперуда, но благодарение на гените им знаят къде се намират и накъде трябва да летят. Тази информация нямаше да може да бъде съхранена в гените им, ако се учеха по-бързо.

странстващ гълъб

женска пеперуда монарх