Введение

Сенсорные нейроны, также известные как афферентные нейроны, – это нервные клетки в нервной системе, преобразующие внешние раздражители в соответствующие внутренние сигналы. Сенсорные нейроны, посредством своих рецепторов, преобразуют определенный тип стимула в потенциалы действия или градиентные потенциалы рецепторов. Этот процесс называется сенсорной трансдукцией. Тела сенсорных нейронов расположены в спинномозговых ганглиях. Сенсорная информация передается по афферентным нервным волокнам в составе сенсорного нерва к мозгу через спинной мозг. Спинальные нервы передают внешние ощущения в мозг через спинной мозг посредством сенсорных нервов. Раздражитель может исходить от экстерорецепторов, расположенных вне тела (например, рецепторов, воспринимающих свет и звук), или от интеррорецепторов, находящихся внутри тела (например, рецепторов, реагирующих на кровяное давление или чувство положения тела).

Типы и функции

Сенсорные нейроны у позвоночных преимущественно псевдоуниполярны или биполярны, и различные типы сенсорных нейронов обладают различными сенсорными рецепторами, реагирующими на разные типы стимулов. Существует как минимум шесть внешних и два внутренних сенсорных рецептора:

Внешние рецепторы

Внешние рецепторы, реагирующие на стимулы извне тела, называются экстерорецепторами. К экстерорецепторам относятся хеморецепторы, такие как обонятельные рецепторы (обоняние) и вкусовые рецепторы, фоторецепторы (зрение), терморецепторы (температура), ноцицепторы (боль), волосковые клетки (слух и равновесие), а также множество других механорецепторов, отвечающих за осязание и проприоцепцию (растяжение, деформацию и напряжение).

Запах

Сенсорные нейроны, участвующие в обонянии, называются обонятельными сенсорными нейронами. Эти нейроны содержат рецепторы, называемые обонятельными рецепторами, которые активируются молекулами запаха в воздухе. Молекулы запаха в воздухе обнаруживаются увеличенными ресничками и микроворсинками. Эти сенсорные нейроны генерируют потенциалы действия. Их аксоны формируют обонятельный нерв и синаптически соединяются непосредственно с нейронами в коре головного мозга (обонятельной луковице). Они не используют тот же путь, что и другие сенсорные системы, минуя ствол мозга и таламус. Нейроны обонятельной луковицы, получающие прямой сенсорный нервный импульс, имеют связи с другими частями обонятельной системы и многими областями лимбической системы. 9.

Вкус

Восприятие вкуса обеспечивается специализированными сенсорными нейронами, расположенными во вкусовых сосочках языка и других частях ротовой полости и глотки. Эти сенсорные нейроны отвечают за обнаружение различных вкусовых качеств, таких как сладкий, кислый, соленый, горький и умами. Когда вы едите или пьете что-либо, химические вещества в пище или жидкости взаимодействуют с рецепторами на этих сенсорных нейронах, запуская сигналы, которые передаются в мозг. Затем мозг обрабатывает эти сигналы и интерпретирует их как специфические вкусовые ощущения, позволяя вам воспринимать и наслаждаться вкусом потребляемой пищи. Когда клетки вкусовых рецепторов стимулируются связыванием этих химических соединений (вкусовых веществ), это может приводить к изменениям потока ионов, таких как натрий (Na+), кальций (Ca2+) и калий (K+), через клеточную мембрану. В ответ на связывание вкусовых веществ ионные каналы на клеточной мембране вкусовых рецепторов могут открываться или закрываться. Это может приводить к деполяризации клеточной мембраны и образованию электрического сигнала. Подобно обонятельным рецепторам, вкусовые рецепторы (густаторные рецепторы) во вкусовых сосочках взаимодействуют с химическими веществами в пище, чтобы генерировать потенциал действия.

Температура

Терморецепторы – это сенсорные рецепторы, реагирующие на изменения температуры. Хотя механизмы, посредством которых работают эти рецепторы, остаются неясными, недавние открытия показали, что у млекопитающих существует как минимум два различных типа терморецепторов. Бульбовидное тело – это кожный рецептор, чувствительный к холоду, который обнаруживает низкие температуры. Другой тип – рецептор, чувствительный к теплу.

Внутренние рецепторы

Внутренние рецепторы, реагирующие на изменения внутри организма, известны как интероцепторы. Эти рецепторы полимодальны и реагируют на множество различных стимулов.

Ноцицепторы

Ноцицепторы реагируют на потенциально повреждающие стимулы, посылая сигналы в спинной мозг и мозг. Этот процесс, называемый ноцицепцией, обычно вызывает восприятие боли. Они расположены как во внутренних органах, так и на поверхности тела для обнаружения и защиты.

Связь с центральной нервной системой

Информация от сенсорных нейронов головы поступает в центральную нервную систему (ЦНС) по черепным нервам. Информация от сенсорных нейронов ниже головы поступает в спинной мозг и направляется к мозгу по 31 паре спинномозговых нервов. Сенсорная информация, передающаяся по спинному мозгу, следует чётко определённым путям. Нервная система кодирует различия между ощущениями, определяя, какие клетки активны.

Скорость адаптации

Тонический рецептор – это сенсорный рецептор, который медленно адаптируется к стимулу и продолжает генерировать потенциалы действия на протяжении всего времени действия стимула. Таким образом, он передает информацию о длительности стимула. Некоторые тонические рецепторы постоянно активны и сигнализируют об уровне фоновой активности. Примерами таких тонических рецепторов являются болевые рецепторы, рецепторы суставной капсулы и мышечные веретена. Фазический рецептор – это сенсорный рецептор, который быстро адаптируется к стимулу. Ответ клетки очень быстро ослабевает и затем прекращается. Он не предоставляет информацию о длительности стимула; при использовании этих токсинов волосковые клетки, осуществляющие перекачку K+, прекращают свою функцию. Таким образом, энергия, генерируемая эндокохлеарным потенциалом, который обеспечивает процесс преобразования слухового сигнала, теряется, что приводит к потере слуха.

Нейропластичность

С тех пор как ученые наблюдали корковую перестройку в мозге обезьян из Сильвер-Спринг, было проведено множество исследований пластичности сенсорной системы. Достигнуты значительные успехи в лечении расстройств сенсорной системы. Методики, такие как терапия вынужденного движения, разработанная Таубом, помогли пациентам с парализованными конечностями восстановить их функцию, стимулируя сенсорную систему к формированию новых нейронных связей. Синдром фантомной конечности – это расстройство сенсорной системы, при котором люди после ампутации ощущают присутствие утраченной конечности и могут испытывать в ней боль. Зеркальная коробка, разработанная В. С. Рамачандраном, позволяет пациентам с синдромом фантомной конечности уменьшить ощущение парализованности или боли в фантомной конечности. Это простое устройство, использующее зеркало в коробке для создания иллюзии, при которой сенсорная система воспринимает две руки вместо одной, что позволяет ей управлять "фантомной конечностью". Благодаря этому сенсорная система может постепенно адаптироваться к отсутствующей конечности и тем самым облегчить симптомы этого синдрома.

Другие животные

Гидродинамическая рецепция — это форма механорецепции, используемая у широкого спектра видов животных.