กลไกรับความรู้สึกและการเคลื่อนที่
(Sensory
and Motor Mechanisms)
1. บทนำการรับรู้ความรู้สึก (Introduction to sensory reception)
· ความสามารถในการแยกแยะชนิดของสัญญาณกระตุ้น (stimulus) เช่น
การเห็นภาพและเสียงนั้นขึ้นอยู่กับสมองส่วนไหนของเรานั้นได้รับสัญญาณ (signal)
นั้น ๆ นั่นคือ สำคัญก็คือ บริเวณที่ที่สัญญาณนั้น ๆ ไป
ไม่ใช้ตัวสัญญาณเอง
· Sensation
= การรับสัญญาณ
· Perception =
การรับรู้ (สมองแปลสัญญาณที่เข้ามาทำให้รู้ว่าสัญญาณนั้นคืออะไร เช่น สี กลิ่น
เสียง และรส
1.1 เซลล์ประสาทรับพลังงานของสัญญาณกระตุ้นส่งต่อสัญญาณไปยังระบบประสาท
· Sensory receptor = เซลล์ประสาทพิเศษ หรือเซลล์ที่อยู่เป็นเซลล์เดี่ยว ๆ
หรืออยู่เป็นกลุ่มกับเซลล์อื่น ๆ ที่อวัยวะรับความรู้สึกซึ่งได้แก่ ตา และ หู
· Exteroreceptors = เป็นเซลล์ที่คอยตรวจจับสัญญาณจากภายนอกร่างกายเรา เช่น ความร้อน แสง
ความดัน และสารเคมี
· interoreceptors = เป็นเซลล์ที่คอยตรวจจับสัญญาณภายในร่างกายเรา เช่น ความดันเลือด
และตำแหน่งของร่างกายเรา
· สัญญาณกระตุ้น (stimuli)
เป็นรูปแบบของพลังงานอย่างหนึ่ง และหน้าที่ของเซลล์รับสัญญาณ (receptor cells) ก็คือ เปลี่ยนพลังงานของสัญญาณกระตุ้นให้เป็น membrane potential (การเปลี่ยนแปลงกระแสสัญญาณไฟฟ้า (voltage) ที่ membrane
ซึ่งจะขึ้นอยู่กับความเข้มข้นหรือความแรงของสัญญาณกระตุ้น)
แล้วส่งต่อสัญญาณนี้ไปยังระบบประสาท (nervous system) ซึ่งกระบวนการทั้งหมดนี้ประกอบด้วยการทำงาน
4 ประเภท คือ
1.
Sensory
transduction
2.
Amplification
3.
Transmission
4.
Integration
1.1.1 Sensory
transduction
· Sensory transduction คือ กระบวนการเปลี่ยนแปลงพลังงานของสัญญาณกระตุ้น (stimulus energy potential) ที่ receptor
cell
· Receptor potential คือ การเปลี่ยนแปลง Membrane potential ที่ receptor
cells
· ยกตัวอย่าง
อย่างกรณีที่สัญญาณกระตุ้นที่เป็นแรงกดจะทำให้ membrane ยืดตัวและทำให้เกิดการเพิ่มการไหลของไอออน
(increase ion flow)
1.1.2 Amplification
· Amplification คือ
การเพิ่มสัญญาณกระตุ้นที่มีสัญญาณอ่อน
ให้มีพลังงานมากขึ้น เช่น คลื่นเสียงที่เราได้ยินนั้นจริง ๆ แล้วถูก amplify
มากกว่า 20 เท่า ก่อนจะเข้าถึง receptors ในหูชั้นใน
(inner ear)
1.1.3 Transmission
· Transmission คือ
การส่งสัญญาณที่เซลล์รับสัญญาณ (receptor potential) ต่อไปยังระบบประสาทส่วนกลาง
(central nervous system or CNS)
1.1.4 Integration
· Integration = the processing
of information = การประมวลข้อมูล
· ยกตัวอย่างกระบวนการการประมวลข้อมูลของเซลล์รับสัญญาณชนิดหนึ่งเรียกว่า กระบวนการ sensory
adaptation ซึ่งคือ การลดการตอบสนองของสัญญาณการกระตุ้นที่เข้ามา
หรือได้รับอย่างต่อเนื่อง ถ้าไม่มี sensory adaptation เราทุกคนจะได้รู้สึกถึง
ทุก ๆ จังหวะของหัวใจเราที่เต้น และรู้สึกถึงทุกสัมผัสของเสื้อผ้า
เราเมื่อเสื้อผ้าที่เราสวมใส่นั้นสัมผัสกับผิวหนังเรา
· การประมวลข้อมูลการรับสัญญาณ (Sensory integration) ยังเกี่ยวข้องกับความไว (sensitivity) ของการรับรู้
อย่างเช่น การรับรู้ของ Glucose receptors ที่ปากของเรา
สามารถรับรู้ความหวานของน้ำตาลขึ้นอยู่กับปริมาณของน้ำตาลที่เราทานเข้าไปและลักษณะของอาหารนั้น
ๆ
1.2 เซลล์รับสัญญาณประสาทแบ่งได้ตามพลังงานที่เซลล์นั้นๆรับส่ง
· Sensory receptors มี 5 ชนิด คือ
1.
Mechanoreceptors
2.
Pain
receptors
3.
Thermoreceptors
4.
Chemoreceptors
(gustatory (taste) and olfactory (small) receptors)
5.
Electromagnetic
receptors (detect electromagnetic energy เช่น แสงไฟฟ้า
และแม่เหล็ก (เช่น photoraceptors)
2. เซลล์รับแสง (Photoreceptors)
· การตรวจจับแสงมีการวิวัฒน์ในอาณาจักรสัตว์
· Photoreceptors ประกอบด้วยโมเลกุลสี (pigment molecules) ที่คอยดุดซับ (absorb) แสง
2.1 ความหลากหลายของเซลล์รับแสงมีการวิวัฒน์ในหมู่สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง
· พลานาเรีย(planaria) มีเซลล์รับแสง (photoreceptor
cells) อย่างง่าย เป็น eye cup ซึ่งทำหน้าที่เป็นเพียงวัดความเข้มข้นขอแสง
(light intensity) และทิศทางของแสงเท่านั้น(ไม่มีภาพ) (รูปที่ 4)และพลานาเรีย
จะเคลื่อนที่หนีแสงโดยวัดความเข้มขอแสงที่มากระทบกับตาทั้ง 2 ข้าง
เพื่อหาทิศทางที่แสงมากระทบ กับตาทั้ง 2 ข้าง เท่า ๆ กัน
แล้วเคลื่อนที่หนีไปตามทิศทางนั้น
· ดวงตาภาพที่สร้างรูปได้มีการวิวัฒน์ในสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง (แมลงที่จะเลี้ยงลูกด้วยนม)
· Compound eyes พบในแมลงและสัตว์ที่มีเปลือกหุ้มแข็ง(crustaceans)
compound eyes ประกอบด้วย light detectors เรียกว่า
ommatidia ซึ่งแต่ละอันจะมีเลนส์รวมแสง (light-focusing
len) เป็นของตัวเอง
· ตาของคนเราสามารถแยกแยะแสงกระพริบ
(light flashes)
ได้ประมาณ 50 Flashes ต่อ 1 วินาที (ภาพยนตร์ >50 flashes ต่อวินาที) ผึ้งสามารถมองเห็น UVspectrum
ได้
· Single-lens eyes พบใน แมงกะพรุน ปลาหมึก แมงมุม mollusks ซึ่ง single-lens
eyes ทำงานในลักษณะเดียวกับกล้องถ่ายรูป
2.2 สัตว์มีกระดูกสันหลังมีตาแบบเลนส์เดียว (Vertebrates have single-lens
eyes)
· สัตว์มีกระดูกสันหลังมีตาเป็นแบบ
single-lens
eyes
· ลูกตา (eye ball) ของสัตว์มีกระดูกสันหลังประกอบด้วย
1.
Sclera
= ผนังของ connective
tissue หนาชั้นนอก
2.
Choroid = ผนังชั้นต่อมาของ eye ball รองมาจาก sclera เป็นชั้นที่มี pigment อยู่
3.
Conjunctiva
= เป็น epithelial
cells ที่ปกคลุม sclera ช่วยรักษาความชุ่มชื้น
(moist) ของตา
4.
Cornea
=sclera ที่ใสอยู่ด้านหน้าของลูกตา ทำหน้าที่เป็นเสมือน lens
ในส่วนนี้ไม่มี conjuncitva
5.
Iris
=choroid ส่วนหน้าของลูกตาที่ฟอร์มเป็นรูปโดนัท
(ส่วนที่เห็นเป็นสีของตา) หดขยายปรับรับแสงได้
6.
Pupil
= รู (hole) ตรงกลาง iris
7.
Retina
= ผนังชั้นในสุดถัดมาจาก choroid ประกอบด้วย photoreceptor
cells ข้อมูลภาพและแสงออกจาก photoreceptors ผ่าน
optic disc ซึ่งเป็นบริเวณที่มี optic nerve มายึดติดอยู่เนื่องจากบริเวณ optic disc ที่มี optic
nerves มาเกาะติดตั้งจะไม่มี photoreceptors จึงเรียกบริเวณนี้ว่า
blind spot ซึ่งไม่สามารถ detect แสงได้
8.
Lens
และ ciliary body =
เป็นส่วนที่ทำให้ลูกตาแบ่งออกเป็น 2 ส่วน คือ ช่องว่าง ส่วนหน้าที่อยู่ระหว่าง lens
และ cornea และช่องว่างส่วนที่อยู่หลัง lens
ทั้งหมดของลูกตา ciliary body สร้างน้ำใส ๆ
ชื่อว่า aqueous humor ออกมาที่ช่องว่างส่วนหน้า
ในส่วนช่องว่างส่วนหลังจะมีสารเจลเรียกว่า vitreous humor ซึ่งเป็นเสมือน
liquid lenses ช่วยรวมแสงสู่ retina การ
focus ภาพนั้นเกิดจากการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของเล็นส์ (lens) เมื่อวัตถุอยู่ไกลเล็นส์ จะแบนและวัตถุอยู่ใกล้เล็นส์จะเป็นรูปกลม การเปลี่ยนรูปทรงนี้เรียกว่า accommodation
· ที่ retina ของคนเราประกอบด้วย
เซลล์รูปแท่ง (rod cells) ประมาณ 125 ล้านเซลล์
และเซลล์รูปโคน (cone cells) ประมาณ 6 ล้านเซลล์
· Rods จะมีความไวแต่แสง
แต่ไม่สามารถแยกแยะสีได้ cones จะไม่ทำงานในที่มืด แต่จะสามารถแยกแยะสีได้ในที่ที่มีแสงเท่านั้น
· พบว่าที่ตาของคนเรา
มี rods อยู่มากบริเวณรอบนอกของ retina ยกเว้นบริเวณ fovea
2.3
· Rod cell และ cone
cell มีส่วนที่เป็น outer segment ซึ่งประกอบด้วย
โครงสร้างรูป discs เรียงซ้อนกันอยู่ ในแต่ละ disc นี้จะประกอบด้วยโมเลกุลที่ใช้ในการดูดกลืนแสง (light-absorbing
pigment molecule) เรียกว่า retinal (เป็น Vitamin A derivative) ติดอยู่กับ membrane protein ชื่อ
opsin
· Rods มี opsin
ชนิดหนึ่งบกกับ retinal ได้เป็น rhodopsin
· Retinal มี 2
รูป คือ cis และ trans retinal
· การมองเห็นสีเกิดจากการใช้ cones 3ชนิด คือ red, green และ blue cones ซึ่งจะดูดกลืนสีได้ต่าง ๆ กันตามชื่อของ cones
2.4 ม่านตา (retina) ช่วยเปลือกสมอง (cerebral cortex) ในการประมวลผลข้อมูลภาพ
· ส่วน axons ของ rods
และ cones จะเชื่อมช่องต่อ (synapse) กับ เซลล์ประสาท (neurons) ชื่อ bipolar
cells ซึ่งจะต่ออยู่กับ ganglion cells
· นอกจากนี้
แล้วเซลล์ประสาทที่ retina
ยังมี horizontal cells และ amacrine
cells ซึ่งจะช่วย integrate ข้อมูลสัญญาณก่อนที่จะส่งต่อไปยังสมองผ่าน
optic nerve
· Optic nerve จะมีการฟอร์มเป็น
optic chiasm บริเวณกลางล่างของสมองส่วน cerebral
cortex เพื่อให้ภาพจากตาข้างขวาถูกส่งไปที่สมองด้านซ้าย
และภาพจากตาข้างซ้ายถูกส่งไปที่สองด้านขวา
· นักวิทยาศาสตร์คาดเดาว่า
มีเซลล์ประสาท ถึง 100 ล้านเซลล์ ในการ process ทำให้เห็นภาพ ๆ หนึ่ง
และการศึกษาว่าการเกิดภาพต่าง ๆ เหล่านี้ก็ยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัยอยู่
3. การได้ยินและความสมดุล (Hearing and equilibrium)
3.1 อวัยวะได้ยินของเลี้ยงลูกด้วยนมอยู่ในหูชั้นใน
· หูของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมสามารถแยกได้เป็น
3 ส่วนคือ
1.
Outer
ear มีช่องหู (auditory canal)ส่งคลื่นเสียงไปที่
trympanic membrane (eardrum) ซึ่งเป็นแผ่นปิดแยกหูชั้นนอกกับชั้นกลาง
2.
Middle
ear คลื่นเสียงจะถูกส่งผ่านกระดูกเล็ก ๆ (ossicles)3 ชิ้น คือ malleus chammer), Incus canvil) และ stapes
(stirrup) และสุดท้ายคลื่นเสียงจะถูกส่งไปที่ oval window ซึ่งเป็นเมมเบรน ใต้ stapes และ middle
ear ยังต่อกับ Eustachian tube ซึ่งเป็นท่อต่อกับ
pharynx เพื่อไว้ปรับความดัน
3.
Inner
ear ประกอบด้วย cochlea (Latin=snail) Cochlear ประกอบด้วย vestibular , tympanic duct มี ของเหลว edolymph
อยู่ ที่พื้นของ cochlear เรียกว่า basilar
membrane มีอวัยวะเรียกว่า organ of Corti ซึ่งจะมี
receptor cells อยู่เป็น hair cells ต่อกับ
auditory nerve ซึ่ง hair cells นี้
จะสัมผัสอยู่กับ tectorial membrane
· คลื่นเสียงเข้ามากระทบ
tympanic
membrane --> สั่น (Vibrate) ด้วยความถี่เดียวกับเสียง --> malleus, incus และ
stapes --> คลื่นเสียงจะถูกส่งไปที่ oval window -->ไป pressure waves in the fluid --> vestibular canal --> tympanic canal --> strikes --> round window -->แล้วคลื่นเสียงจะหายไป
· Pressure waves ทำให้ vestibular canal หดและคลาย --> basilar membrane -->สั่น -->hair cells เลื่อนขึ้นลง --> neurotransmitter ถูกปล่อยออกมา -->ส่งสัญญาณไป auditory nerve
· แต่ละส่วนของ basilar membrane จะตอบสนองต่อเสียงที่มีคลื่นความถี่ต่างกัน
3.2 นอกจากนี้หูชั้นในยังมีอวัยวะของสมดุล
· ด้านหลัง oval window มีส่วนที่เรียกว่า
vestibule ซึ่งประกอบด้วย ห้องส่วนที่เรียกว่า utricle
และ saccule
· Utricle แบ่งเป็น
3 semicircular cannals
· Hair cells ใน utricle
และ saccule ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของตำแหน่งของศีรษะเรา
· Hair cells นั้นจะชี้ขึ้นไปในสารละลายคล้าย
ๆ เจล ซึ่งเป็น calcium carbonate particles เรียกว่า otoliths
(ear stones)
· เมื่อเราอยู่ท่าในมุมต่าง
ๆ --> hair cells ก็จะอยู่ในท่าและมุมต่าง
ๆ ด้วย --> ทำให้เกิด neurotransmitter --> สมองแปลข้อมูล
4. รสชาติและกลิ่น (Chemoreception – taste and smell)
· การรับรู้กลิ่นและรสขึ้นอยู่กับ
chemoreceptors
· แมลงรับรู้รสจาก tasting hair ที่ขาและปาก
ซึ่ง hair นี้จะมี chemoreceptor cells อยู่
· คนเรามี receptor cells ซึ่งเป็น modified epithelial cells ซึ่งจับกลุ่มกันเป็น
taste buds อยู่ที่ลิ้นและในปาก
· การรับรู้รสมี 4 แบบ
คือ หวาน sweet, เปรี้ยว sour, เค็ม salty และ ขม bitter
· การรับรสขึ้นอยู่กับโครงสร้างของโมเลกุลที่เรารับรู้รส
เช่นน้ำตาลหวาน--> glucose โมเลกุลเป็นวงแหวน
6 เหลี่ยมและเติมเกลือเป็น Na ซึ่งจะจับกับ receptor
cells ที่เฉพาะ
· การรับรู้กลิ่น
ก็ทำงานในลักษณะเดียวกัน คือ โมเลกุลของกลิ่น
แต่ละกลิ่นก็จะจับกับ receptor
molecules ที่ plasma membrane ของ chemoreceptor
cells ต่างกัน --> ทำให้เกิด action
potentials -->เซลล์ประสาทที่ olfactory bulb -->ส่งสัญญาณไปที่สมอง
_____________________________________________________________
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น