Organi di senso - marcantonio224

Unità 15
Gli organi di senso
Unità 15
Gli organi di senso
Obiettivi
 Conoscere i diversi tipi di recettori sensoriali degli
animali
 Sapere in che modo il sistema nervoso percepisce
ed elabora gli stimoli
 Conoscere come vengono percepiti i suoni e come
viene mantenuto l’equilibrio
 Conoscere le strutture che compongono l’occhio
degli esseri umani
 Capire le basi fisiologiche del gusto e dell’olfatto
Prova di competenza - Sensi sovraumani
Come fanno alcuni
animali a orientarsi e
cacciare anche al buio?
3
Lezione 1
LA RECEZIONE SENSORIALE
4
15.1 Gli stimoli sensoriali diventano sensazioni
e percezioni nell’encefalo
 Le informazioni inviate dai recettori all’encefalo
hanno sempre la forma di potenziali d’azione
 La capacità di discriminare tra i diversi stimoli
dipende da quale regione dell’encefalo riceve il
segnale in entrata
 Quando il potenziale d’azione arriva all’encefalo
genera una sensazione
 L’encefalo elabora le sensazioni dandone
interpretazioni significative: le percezioni
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6
7
8
15.1 Gli stimoli sensoriali diventano sensazioni
e percezioni nell’encefalo
STEP BY STEP
Che cosa distingue una percezione da una sensazione?
9
15.2 I recettori sensoriali convertono l’energia dello
stimolo in potenziali d’azione
 Tutti gli stimoli dono forme di energia e sono rilevati
da strutture specializzate in questo compito, i
recettori sensoriali
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15.2 I recettori sensoriali convertono l’energia dello
stimolo in potenziali d’azione
 Trasduzione sensoriale
– Conversione dello stimolo in un segnale elettrico
– Lo stimolo genera un potenziale generatore
– Il potenziale generatore innesca un potenziale
d’azione che viene inviato all’encefalo
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Poro
gustativo
Lingua
1
Recettori
sensoriali
Molecola
di zucchero
(stimolo)
Membrana del
recettore
sensoriale
2
Via di trasduzione
del segnale
Canali
ionici
Neurone sensoriale
3
Recettori
sensoriali
Ione
Potenziale
generatore
4
Neurotrasmettitore
Neurone sensoriale
Potenziale d’azione
mV
Calice
gustativo
Recettore che rileva
la presenza di zucchero
Molecola
di zucchero
Assenza di zucchero Presenza di zucchero
5 Potenziali d’azione
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15.2 I recettori sensoriali convertono l’energia
dello stimolo in potenziali d’azione
 L’intensità dello stimolo varia la frequenza del
potenziale d’azione
 In alcuni recettori sensoriali la ripetizione dello
stimolo
– Genera un adattamento sensoriale
– Il recettore sensoriale diventa meno sensibile
– In questo modo l’encefalo smette di ricevere
informazioni che lo sovraccaricherebbero inutilmente
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Interneurone
“dello zucchero”
Sugar
receptor
Interneurone “del sale”
Recettore che
rileva la
presenza
di sale
Telencefalo
Calice
gustativo
Neuroni
sensoriali
Assenza
di zucchero
Calice
gustativo
Assenza
di sale
Dolcezza crescente
Sapidità crescente
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15.2 I recettori sensoriali convertono l’energia
dello stimolo in potenziali d’azione
STEP BY STEP
Che cosa si intende per trasduzione sensoriale?
15
15.3 Recettori sensoriali specializzati rilevano
cinque diverse categorie di stimoli
 A seconda del tipo di segnale al quale rispondono, i
recettori sensoriali possono essere classificati in
cinque categorie generali
− Nocicettori
− Termocettori
− Meccanocettori
− Chemocettori
− Recettori elettromagnetici
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15.3 Recettori sensoriali specializzati rilevano
cinque diverse categorie di stimoli
 Nocicettori: sono i recettori del dolore
 Termocettori: quelli presenti nella pelle rilevano la
temperatura esterna; altri più in profondità rilevano
la temperatura del sangue
 Meccanocettori: sono stimolati da varie forme di
energia meccanica
– Contatto lieve / pressione
– Tensione dei muscoli
– Suono
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Caldo
Contatto
lieve
Dolore
Freddo Pelo
I recettori presenti
nell’epidermide e i
recettori tattili alla
base dei peli sono
dendriti nudi
Epidermide
I dendriti delle
cellule sensoriali
che si trovano nel
derma sono avvolti
da una o più
lamine di tessuto
connettivo
Derma
Nervo
Tessuto
connettivo
Movimento
del pelo
Forte
pressione
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Ciglia della cellula
recettrice
Neurotrasmettitore a
livello della sinapsi
Neurone
sensoriale
Più
neurotrasmettitori
Meno
neurotrasmettitori
Potenziali
d’azione
Potenziali
d’azione
1
Cellula recettrice a riposo
2
Liquido che si sposta
in una direzione
3
Liquido che si sposta
in un’altra direzione
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Ciglia della cellula
recettrice
Neurotrasmettitore a
livello della sinapsi
Neurone
sensoriale
Potenziali
d’azione
Potenziali
d’azione
1 Cellula recettrice a riposo
20
Più
neurotrasmettitori
2
Liquido che si sposta
in una direzione
21
Meno
neurotrasmettitori
3
Liquido che si sposta
in un’altra direzione
22
15.3 Recettori sensoriali specializzati rilevano
cinque diverse categorie di stimoli
 Chemocettori: sono specializzati nel rilevamento di
sostanze chimiche
− Nell’ambiente esterno
− Nell’ambiente interno
23
24
15.3 Recettori sensoriali specializzati rilevano
cinque diverse categorie di stimoli
 Recettori elettromagnetici: rilevano l’energia che
si propaga a diverse lunghezze d’onda, sotto forma
di
– Elettricità
– Magnetismo
– Luce (fotocettori)
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Occhio
Recettori
per le
radiazioni
infrarosse
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15.3 Recettori sensoriali specializzati rilevano
cinque diverse categorie di stimoli
STEP BY STEP
Qual è il tipo di recettore coinvolto in ciascuno dei
seguenti sensi umani?
vista • gusto • udito • olfatto • tatto
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Lezione 2
L’UDITO E L’EQUILIBRIO
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15.4 L’orecchio converte la pressione generata
dalle onde sonore in potenziali d’azione
percepiti come suoni
 L’orecchio umano convoglia le onde sonore
– Dal padiglione auricolare
– Al condotto uditivo
– Al timpano
– Il timpano trasmette le vibrazioni a una catena di
ossicini
– Martello  Incudine  Staffa
– La staffa, attraverso la finestra ovale, trasmette le
vibrazioni alla coclea dove vengono convertite in
segnali nervosi dall’organo di Corti
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Orecchio esterno
Orecchio interno
Timpano
Padiglione
auricolare
Condotto
uditivo
Orecchio medio
Tromba di
Eustachio
30
15.4 L’orecchio converte la pressione generata
dalle onde sonore in potenziali d’azione
percepiti come suoni
 Le vibrazioni della finestra ovale producono onde di
pressione nel fluido contenuto nella coclea
– Le onde di pressione fanno piegare le ciglia delle
cellule ciliate all’interno dell’organo di Conti
– Quando le ciglia si piegano inducono un potenziale
generatore e la cellula libera un neurotrasmettitore
– Il neurotrasmettitore viene captato da un neurone
sensoriale che attraverso il nervo acustico invia un
potenziale d’azione all’encefalo
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Nervo acustico,
Canali semicircolari
Staffa Ossa del cranio(servono per l’equilibrio) diretto al cervello
Incudine
Martello
Coclea
Timpano Finestra ovale Tromba di Eustachio
(dietro alla staffa)
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Canale
mediano
Osso
Canale
superiore
Nervo
acustico
Cellule ciliate
Membrana tettoria
Neuroni
sensoriali
Canala
inferiore
Sezione trasversale Organo di Corti
della coclea
Membrana
basilare
al nervo acustico
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Canale
mediano
Osso
Nervo
acustico
Canale
superiore
Canale
inferiore
Sezione
trasversale della coclea
Organo di Corti
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Cellule ciliate
Membrana tettoria
Neuroni
sensoriali
Membrana
basilare
al nervo acustico
35
15.4 L’orecchio converte la pressione generata
dalle onde sonore in potenziali d’azione
percepiti come suoni
 Le vibrazioni provenienti dal timpano sono
amplificate nell’orecchio medio
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Orecchio esterno
timpano
martello,
incudine
e staffa
Finestra
ovale
Orecchio interno
Canali della coclea
superiore e mediano
inferiore
Pressione
Padiglione Condotto
auricolare uditivo
Orecchio medio
Una
Ampiezza
vibrazione
Amplificazione
nell’orecchio
medio
Stimolazione Tempo
dell’organo
del Corti
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15.4 L’orecchio converte la pressione generata
dalle onde sonore in potenziali d’azione
percepiti come suoni
 Volume e tono
– Più alto è il volume di un suono maggiore è la
frequenza dei potenziali d’azione generati nei neuroni
sensoriali
– Ogni regione della membrana basilare è più sensibile a
una particolare frequenza, e la regione che vibra più
energicamente in ogni istante invia il maggior numero
di potenziali d’azione ai centri uditivi dell’encefalo
– L’encefalo interpreta l’informazione e ci dà la percezione del
tono
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15.4 L’orecchio converte la pressione generata
dalle onde sonore in potenziali d’azione
percepiti come suoni
STEP BY STEP
In che modo l’orecchio converte le onde sonore (che
viaggiano nell’aria) in onde di pressione che si
trasmettono nel fluido della coclea?
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15.5 L’organo dell’equilibrio risiede nell’orecchio
interno
 Nell’orecchio interno sono presenti diverse strutture
piene di liquido che rilevano la posizione e i
movimenti del corpo:
– Tre canali semicircolari
– L’otricolo
– Il sacculo
 Queste strutture per l’equilibrio sfruttano tutte la
deformazione delle ciglia specializzate delle cellule
ciliate per rilevare posizione movimento del corpo
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Canali
semicircolari
Nervo
Coclea
Otricolo
Sacculo
Flusso del liquido
Flusso
del liquido
Cupola
Ciglia
Cellula
ciliata
Fibre
nervose
Cupola
Direzione di movimento del corpo
41
15.5 L’organo dell’equilibrio risiede nell’orecchio
interno
STEP BY STEP
Quale tipo di recettore è comune al senso dell’udito e
a quello dell’equilibrio?
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Un occhio alla strada ma non solo
COLLEGAMENTO
salute
 Chinetosi (disturbo da movimento)
– Deriva dal fatto che il cervello riceve dai recettori
dell’equilibrio segnali in contrasto con quelli visivi
– I segnali contrastanti provocano reazioni di compenso non
congruenti a livello muscolare e posturale
– I sintomi possono essere alleviati
– Chiudendo gli occhi
– Limitando i movimenti della testa
– Concentrandosi su un orizzonte stabile
– Utilizzando farmaci appositi
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Lezione 3
LA VISTA
44
15.6 Nel mondo animale si sono evoluti diversi tipi
di occhio
alla luce dell’evoluzione
 Uno degli organi della vista più semplici è la macchia
oculare dei platelminti
– Le due macchie oculari forniscono informazioni
– Sull’intensità della luce
– Sulla direzione da cui proviene la luce
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Macchie
oculari
46
15.6 Nel mondo animale si sono evoluti diversi tipi
di occhio
alla luce dell’evoluzione
 Occhio composto
– Si trova negli insetti e nei crostacei
– È costituito da molti ommatidi, piccole unità in grado
di rilevare la luce
– Ogni ommatide ha la propria lente
– Rilevatori di movimento molto sensibilli
– La maggior parte è in grado di distinguere i colori
47
48
15.6 Nel mondo animale si sono evoluti diversi tipi
di occhio
alla luce dell’evoluzione
 Occhio a lente singola
– Si è evoluto indipendentemente
– In alcuni invertebrati
– In alcuni vertebrati
– Tra i quali gli esseri umani
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Sclera
Corpo ciliare
Coroide
Retina
Legamento
Cornea
Fovea
(centro del
campo visivo)
Iride
Pupilla
Nervo
ottico
Umore
acqueo
Cristallino
Umore
vitreo
Arteria
e vena
Punto cieco
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15.6 Nel mondo animale si sono evoluti diversi tipi
di occhio
alla luce dell’evoluzione
STEP BY STEP
Quale struttura ottica tipica si trova negli occhi di
insetti e calamari, ma è invece assente in quelli delle
planarie?
51
15.7 Gli occhi a lente singola mettono a fuoco
la luce modificando la posizione o la forma
del cristallino
 Gli esseri umani hanno occhi a lente singola
– La cornea consente alla luce di entrare nell’occhio e
contribuisce alla messa a fuoco
 Accomodamento
– Nei mammiferi il cristallino può cambiare forma per
mettere a fuoco la luce sulla retina
– In altri animali (come i calamari e molti pesci) il
cristallino è rigido e la messa a fuoco viene effettuata
allontanandolo o avvicinandolo alla retina
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Muscolo ciliare contratto
Coroide
Legamenti allentati
Retina
Luce proveniente da un
Cornea
oggetto vicino
(raggi divergenti)
Sclera
Visione da vicino (accomodamento)
Cristallino
Muscolo ciliare rilasciato
I legamenti esercitano
una trazione sul cristallino
Luce proveniente da un oggetto
lontano (raggi paralleli)
Visione da lontano
53
15.7 Gli occhi a lente singola mettono a fuoco
la luce modificando la posizione o la forma
del cristallino
STEP BY STEP
Ordina le seguenti parti dell’occhio nell’esatta
sequenza in cui vengono incontrate dalla luce in
entrata
pupilla • retina • cornea • cristallino
umore vitreo • umore acqueo
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Quando la vista è difettosa
COLLEGAMENTO
salute
 Acuità visiva: è la capacità degli occhi di
distinguere i dettagli fini
 I più comuni difetti della vista sono causati da
problemi nella messa a fuoco della luce sulla retina
– Questi difetti possono essere corretti con lenti che
distorcono la luce rendendo possibile la messa a fuoco
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Quando la vista è difettosa
COLLEGAMENTO
salute
 Miopia: il bulbo oculare è più lungo del normale e
per questo il cristallino non riesce ad appiattirsi
abbastanza per mettere a fuoco oggetti lontani
– Il difetto può essere corretto con una lente divergente
56
57
58
Quando la vista è difettosa
COLLEGAMENTO
salute
 Presbiopia: il bulbo oculare è più corto della
norma, oppure il cristallino a perso di elasticità e
non riesce a ispessirsi a suficenza da mettere a
fuoco l’immagine sulla retina
– Può essere corretto con una lente convergente
 Astigmatismo: il cristallino o la cornea sono
disomogenei e la luce viene messa a fuoco in punti
diversi
– Può essere corretto con una lente asimmetrica
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15.8 La retina umana contiene due tipi
di fotocettori: i coni e i bastoncelli
 Coni
– Sono stimolati dalla luce intensa e ci permettono di
distinguere i colori
– Contribuiscono poco alla visione notturna
 Bastoncelli
– Sono estremamente sensibili alla luce e ci permettono
di vedere con la luce fioca della notte
– Non rilevano i colori
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Corpo cellulare
Bastoncello
Cono
Terminazioni
sinaptiche
Dischi membranosi
contenenti pigmenti visivi
61
Retina
Neuroni
Fotorecettori
Cono Bastoncello
Fibre
del
nervo
ottico
Retina
Nervo
ottico
62
15.8 La retina umana contiene due tipi
di fotocettori: i coni e i bastoncelli
STEP BY STEP
Spiega perché la nostra visione notturna è composta
prevalentemente da immagini grigie e non colorate
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Lezione 4
IL GUSTO E L’OLFATTO
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15.9 I recettori del gusto e dell’olfatto rilevano
le sostanze chimiche nell’ambiente esterno
 Gusto e olfatto
– Dipendono da cellule recettrici che rilevano le sostanze
chimiche presenti nell’ambiente
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15.9 I recettori del gusto e dell’olfatto rilevano
le sostanze chimiche nell’ambiente esterno
 Recettori dell’olfatto
– Sono neuroni sensoriali che rivestono la parte superiore
della cavità nasale
– Mandano impulsi lungo i loro assoni direttamente al
bulbo olfattivo dell’encefalo
– Sono in grado di captare circa cinquanta tipi di odori
(pungente, fruttato, aromatico ecc. ) e migliaia di odori
specifici
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15.9 I recettori del gusto e dell’olfatto rilevano
le sostanze chimiche nell’ambiente esterno
 Recettori del gusto
– Si trovano nei calici gustativi localizzati sulla lingua
– Cinque categorie di sapori
– Dolce
– Acido
– Salato
– Amaro
– Umami
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Encefalo
d’azione
Bulbo
olfattivo
Osso
Cavità nasale
Cellula
epiteliale
Neurone
sensoriale
(chemocettore)
Ciglia
Muco
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15.9 I recettori del gusto e dell’olfatto rilevano
le sostanze chimiche nell’ambiente esterno
STEP BY STEP
Qual è la differenza strutturale fondamentale tra i
recettori del gusto e quelli dell’olfatto?
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