Специальные органы чувств: зрение, слух, обоняние и вкус.

Введение

В медицине и анатомии особые чувства – это чувства, для восприятия которых существуют специализированные органы:
зрение (глаз),
слух и равновесие (ухо, включающее слуховую и вестибулярную системы),
обоняние (нос),
вкус (язык).

Разделение на особые и общие чувства используется для классификации нервных волокон, проводящих информацию в центральную нервную систему и из нее – информация от особых чувств передается по специальным соматическим и висцеральным афферентам. В отличие от этого, осязание является общим соматическим чувством, не имеющим специализированного органа, и возникает по всему телу, наиболее заметно на коже, но также и во внутренних органах (висцерах). Осязание включает механорецепцию (восприятие давления, вибрации и проприоцепцию), болевую чувствительность (ноцицепцию) и температурную чувствительность (термоцепцию), и эта информация передается по общим соматическим и висцеральным афферентам.

Видение

Визуальное восприятие – это способность интерпретировать окружающую среду, используя свет в видимом спектре, отражаемый объектами в этой среде. Получаемое восприятие также известно как зрение, восприятие зрением или видение (прилагательные: визуальный, оптический или окулярный). Различные физиологические компоненты, участвующие в зрении, коллективно называются зрительной системой. Зрительная система у животных позволяет организмам воспринимать информацию из окружающей среды. Акт зрения начинается, когда роговица, а затем хрусталик глаза фокусируют свет из окружающей среды на светочувствительной мембране в задней части глаза, называемой сетчаткой. Сетчатка фактически является частью мозга, специализированной для преобразования света в нейронные сигналы. На основе обратной связи от зрительной системы, хрусталик глаза регулирует свою толщину, чтобы сфокусировать свет на фоторецепторных клетках сетчатки, также известных как палочки и колбочки, которые обнаруживают фотоны света и реагируют, генерируя нервные импульсы. Эти сигналы обрабатываются сложными процессами прямой и обратной связи различными отделами мозга, от сетчатки вверх по течению к центральным ганглиям мозга. Следует отметить, что большая часть вышеизложенного применимо к осьминогам, моллюскам, червям, насекомым и более примитивным организмам – ко всем, кто обладает более концентрированной нервной системой и развитыми глазами, чем, например, медуза. Однако, следующее относится к млекопитающим и птицам (в модифицированной форме): сетчатка у этих более сложных животных посылает волокна (зрительный нерв) в латеральное коленчатое тело, в первичную и вторичную зрительную кору головного мозга. Сигналы из сетчатки также могут поступать непосредственно из сетчатки в верхний бугорок. Восприятие объектов и целостность визуальной сцены обеспечивается корой зрительных ассоциаций. Кора зрительных ассоциаций объединяет всю сенсорную информацию, поступающую от полосатой коры, которая содержит тысячи модулей, являющихся частью модульных нейронных сетей. Нейроны полосатой коры посылают аксоны в экстрастриатную кору – область в коре зрительных ассоциаций, окружающую полосатую кору. Человеческая зрительная система воспринимает видимый свет в диапазоне длин волн от 370 до 730 нанометров (от 0,00000037 до 0,00000073 метров) электромагнитного спектра.

Visual perception is the ability to interpret the surrounding environment using light in the visible spectrum reflected by the objects in the environment. The resulting perception is also known as visual perception, eyesight, sight, or vision (adjectival form: visual, optical, or ocular). The various physiological components involved in vision are referred to collectively as the visual system. The visual system in animals allows individuals to assimilate information from their surroundings. The act of seeing starts when the cornea and then the lens of the eye focuses light from its surroundings onto a light sensitive membrane in the back of the eye, called the retina. The retina is actually part of the brain that is isolated to serve as a transducer for the conversion of light into neuronal signals. Based on feedback from the visual system, the lens of the eye adjusts its thickness to focus light on the photoreceptive cells of the retina, also known as the rods and cones, which detect the photons of light and respond by producing neural impulses. These signals are processed via complex feedforward and feedback processes by different parts of the brain, from the retina upstream to central ganglia in the brain. Note that up until now much of the above paragraph could apply to octopuses, mollusks, worms, insects and things more primitive; anything with a more concentrated nervous system and better eyes than say a jellyfish. However, the following applies to mammals generally and birds (in modified form): The retina in these more complex animals sends fibers (the optic nerve) to the lateral geniculate nucleus, to the primary and secondary visual cortex of the brain. Signals from the retina can also travel directly from the retina to the superior colliculus. The perception of objects and the totality of the visual scene is accomplished by the visual association cortex. The visual association cortex combines all sensory information perceived by the striate cortex which contains thousands of modules that are part of modular neural networks. The neurons in the striate cortex send axons to the extrastriate cortex, a region in the visual association cortex that surrounds the striate cortex. The human visual system perceives visible light in the range of wavelengths between 370 and 730 nanometers (0.00000037 to 0.00000073 meters) of the electromagnetic spectrum.

Слух

Слух, или слуховое восприятие, – это способность воспринимать звук, обнаруживая колебания, изменения давления окружающей среды во времени, посредством органа, такого как ухо. Звук может распространяться через твердые, жидкие или газообразные среды. Это один из традиционных пяти чувств; частичная или полная неспособность слышать называется нарушением слуха. У людей и других позвоночных животных слух осуществляется главным образом слуховой системой: механические волны, известные как колебания, улавливаются ухом и преобразуются в нервные импульсы, которые воспринимаются мозгом (преимущественно в височной доле). Подобно осязанию, слух требует чувствительности к движению молекул во внешнем мире. И слух, и осязание являются видами механосенсорного восприятия. Человеческое ухо состоит из трех основных частей: наружного уха, среднего уха и внутреннего уха.

Запах

Обоняние – это химиорецепция, формирующая чувство запаха. Обоняние выполняет множество функций, таких как обнаружение опасностей, феромонов и пищи. Оно интегрируется с другими органами чувств, формируя восприятие вкуса. Обоняние происходит, когда молекулы запаха связываются со специфическими участками обонятельных рецепторов, расположенных в носовой полости. Гломерулы агрегируют сигналы от этих рецепторов и передают их в обонятельную луковицу, где сенсорная информация начинает взаимодействовать с областями мозга, отвечающими за идентификацию запаха, память и эмоции. Часто наземные организмы имеют отдельные системы обоняния для запаха и вкуса (орто- и ретроназальное обоняние), в то время как водные организмы обычно обладают только одной системой. У позвоночных запахи воспринимаются обонятельными сенсорными нейронами в обонятельном эпителии. Обонятельный эпителий состоит как минимум из шести морфологически и биохимически различных типов клеток. Соотношение площади обонятельного эпителия к площади респираторного эпителия (не иннервированного, то есть не снабженного нервами) указывает на обонятельную чувствительность животного. У человека около 0,8 квадратных сантиметров обонятельного эпителия, в то время как у некоторых собак – до 180 квадратных сантиметров. Обонятельный эпителий собак также значительно более плотно иннервирован, с в сто раз большим количеством рецепторов на квадратный сантиметр. Молекулы запаха, проходя через верхнюю носовую раковину носовых ходов, растворяются в слизи, выстилающей верхнюю часть полости, и обнаруживаются обонятельными рецепторами на дендритах обонятельных сенсорных нейронов. Это может происходить посредством диффузии или связывания молекулы запаха с белками-переносчиками запаха. Слизь, покрывающая эпителий, содержит мукополисахариды, соли, ферменты и антитела (это крайне важно, поскольку обонятельные нейроны обеспечивают прямой путь для проникновения инфекции в мозг). Эта слизь служит растворителем для молекул запаха, постоянно обновляется и полностью заменяется примерно каждые десять минут.

Вкус

Вкус – это ощущение, возникающее при химической реакции вещества во рту с клетками вкусовых рецепторов, расположенными на вкусовых сосочках в ротовой полости, преимущественно на языке. Вкус, наряду с обонянием и стимуляцией тройничного нерва (восприятием текстуры, боли и температуры), определяет вкусовые качества пищи или других веществ. У человека вкусовые рецепторы находятся на вкусовых сосочках (вкусовых каликулах) и других участках, включая верхнюю поверхность языка и надгортанник. За восприятие вкуса отвечает вкусовая кора головного мозга. Язык покрыт тысячами мелких сосочков, называемых сосочками, которые видны невооруженным глазом. Внутри каждого сосочка находятся сотни вкусовых сосочков. Исключение составляют нитевидные сосочки, не содержащие вкусовых сосочков. На языке расположено от 2000 до 5000 вкусовых сосочков, находящихся на передней и задней его частях. Другие расположены на нёбе, боковых поверхностях и задней стенке ротовой полости, а также в глотке. Каждый вкусовой сосочек содержит от 50 до 100 вкусовых рецепторных клеток. Ощущение вкуса включает пять основных вкусов: сладость, кислотность, солёность, горечь и умами. Научные эксперименты подтвердили существование этих пяти вкусов и их различимость. Вкусовые сосочки способны различать различные вкусы, обнаруживая взаимодействие с различными молекулами или ионами. Сладкий, умами и горький вкусы вызываются связыванием молекул с G-белок-связанными рецепторами на клеточных мембранах вкусовых сосочков. Солёность и кислотность воспринимаются при попадании ионов щелочных металлов или ионов водорода во вкусовые сосочки, соответственно. Основные вкусы лишь частично формируют ощущение и вкус пищи во рту – другие факторы включают обоняние, текстуру, определяемую различными механорецепторами, нервами мышц и т.д.; температуру, воспринимаемую терморецепторами; и ощущение «прохлады» (например, от ментола) и «жжения» (остроты) посредством хемостезии. Поскольку вкус воспринимает как полезные, так и вредные вещества, все основные вкусы классифицируются как привлекательные или отталкивающие, в зависимости от влияния этих веществ на организм. Сладость помогает идентифицировать пищу, богатую энергией, а горечь служит предупреждением об опасности ядов. У людей вкусовое восприятие начинает снижаться примерно с 50 лет из-за потери сосочков языка и общего уменьшения выработки слюны. У людей также может возникать искажение вкуса – дисгеузия. Не все млекопитающие обладают одинаковым набором вкусовых ощущений: некоторые грызуны могут ощущать вкус крахмала (чего не могут люди), кошки не чувствуют сладости, но способны ощущать вкус АТФ, а ряд других хищников, включая гиен, дельфинов и морских львов, утратили способность воспринимать до четырех из пяти основных вкусов, унаследованных от предков.

Taste is the sensation produced when a substance in the mouth reacts chemically with taste receptor cells located on taste buds in the oral cavity, mostly on the tongue. Taste, along with smell (olfaction) and trigeminal nerve stimulation (registering texture, pain, and temperature), determines flavors of food or other substances. Humans have taste receptors on taste buds (gustatory calyculi) and other areas including the upper surface of the tongue and the epiglottis. The gustatory cortex is responsible for the perception of taste. The tongue is covered with thousands of small bumps called papillae, which are visible to the naked eye. Within each papilla are hundreds of taste buds. The exception to this is the filiform papillae that do not contain taste buds. There are between 2000 and 5000 taste buds that are located on the back and front of the tongue. Others are located on the roof, sides and back of the mouth, and in the throat. Each taste bud contains 50 to 100 taste receptor cells. The sensation of taste includes five established basic tastes: sweetness, sourness, saltiness, bitterness, and umami. Scientific experiments have proven that these five tastes exist and are distinct from one another. Taste buds are able to differentiate among different tastes through detecting interaction with different molecules or ions. Sweet, umami, and bitter tastes are triggered by the binding of molecules to G protein coupled receptors on the cell membranes of taste buds. Saltiness and sourness are perceived when alkali metal or hydrogen ions enter taste buds, respectively. The basic tastes contribute only partially to the sensation and flavor of food in the mouth—other factors include smell, texture, detected through a variety of mechanoreceptors, muscle nerves, etc. ; temperature, detected by thermoreceptors; and "coolness" (such as of menthol) and "hotness" (pungency), through chemesthesis. As taste senses both harmful and beneficial things, all basic tastes are classified as either aversive or appetitive, depending upon the effect the things they sense have on our bodies. Sweetness helps to identify energy rich foods, while bitterness serves as a warning sign of poisons. Among humans, taste perception begins to fade around 50 years of age because of loss of tongue papillae and a general decrease in saliva production. Humans can also have distortion of tastes through dysgeusia. Not all mammals share the same taste senses: some rodents can taste starch (which humans cannot), cats cannot taste sweetness but can taste ATP, and several other carnivores including hyenas, dolphins, and sea lions, have lost the ability to sense up to four of their ancestral five taste senses.