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Unità 15 Gli organi di senso
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
3
Prova di competenza - Sensi sovraumani
Come fanno alcuni animali a orientarsi e cacciare anche al buio?
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
5
6
7
8
STEP BY STEP
Che cosa distingue una percezione da una sensazione?
9
15.1 Gli stimoli sensoriali diventano sensazioni e percezioni nell’encefalo
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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15.2 I recettori sensoriali convertono l’energia dello stimolo in potenziali d’azione
Lingua
Calice
gustativo
Poro
gustativo
Neurone sensoriale
Recettori
sensoriali
Molecola
di zucchero
5
4
3
2 1 Molecola
di zucchero
(stimolo)
Recettore che rileva
la presenza di zucchero
Membrana del
recettore
sensoriale
Via di trasduzione
del segnale
Recettori
sensoriali
Canali
ionici
Ione
Potenziale
generatore
Neurotrasmettitore
Neurone sensoriale
Potenziale d’azione
Potenziali d’azione
mV
Assenza di zucchero Presenza di zucchero
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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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Sugar receptor
Interneurone
“dello zucchero” Interneurone “del sale”
Recettore che
rileva la
presenza
di sale
Calice
gustativo
Neuroni
sensoriali
Telencefalo
Calice
gustativo
Assenza
di zucchero 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
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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15.3 Recettori sensoriali specializzati rilevano cinque diverse categorie di stimoli
Caldo
Epidermide
Contatto
lieve Dolore Freddo Pelo
Forte
pressione
Movimento
del pelo Tessuto
connettivo
Nervo
Derma
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I recettori presenti
nell’epidermide e i
recettori tattili alla
base dei peli sono
dendriti nudi
I dendriti delle
cellule sensoriali
che si trovano nel
derma sono avvolti
da una o più
lamine di tessuto
connettivo
Ciglia della cellula
recettrice
Neurotrasmettitore a
livello della sinapsi
Neurone
sensoriale
Potenziali
d’azione
Potenziali
d’azione
Cellula recettrice a riposo 1 2 3
Più
neurotrasmettitori
Liquido che si sposta
in una direzione
Liquido che si sposta
in un’altra direzione
Meno
neurotrasmettitori
19
Potenziali
d’azione
Potenziali
d’azione
Ciglia della cellula
recettrice
Neurotrasmettitore a
livello della sinapsi
Neurone
sensoriale
Cellula recettrice a riposo 1
20
Più
neurotrasmettitori
Liquido che si sposta
in una direzione 2
21
Liquido che si sposta
in un’altra direzione
Meno
neurotrasmettitori
3
22
Chemocettori: sono specializzati nel rilevamento di sostanze chimiche
− Nell’ambiente esterno
− Nell’ambiente interno
23
15.3 Recettori sensoriali specializzati rilevano cinque diverse categorie di stimoli
24
Recettori elettromagnetici: rilevano l’energia che si propaga a diverse lunghezze d’onda, sotto forma di
– Elettricità
– Magnetismo
– Luce (fotocettori)
25
15.3 Recettori sensoriali specializzati rilevano cinque diverse categorie di stimoli
Occhio
Recettori
per le
radiazioni
infrarosse
26
STEP BY STEP
Qual è il tipo di recettore coinvolto in ciascuno dei seguenti sensi umani?
vista • gusto • udito • olfatto • tatto
27
15.3 Recettori sensoriali specializzati rilevano cinque diverse categorie di stimoli
Lezione 2
L’UDITO E L’EQUILIBRIO
28
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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15.4 L’orecchio converte la pressione generata dalle onde sonore in potenziali d’azione percepiti come suoni
Orecchio interno
Padiglione
auricolare Condotto
uditivo
Timpano
Orecchio medio
Tromba di
Eustachio
Orecchio esterno
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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
31
15.4 L’orecchio converte la pressione generata dalle onde sonore in potenziali d’azione percepiti come suoni
Martello
Incudine
Staffa Ossa del cranio Canali semicircolari
(servono per l’equilibrio)
Nervo acustico,
diretto al cervello
Coclea
Tromba di Eustachio Finestra ovale
(dietro alla staffa)
Timpano
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Canale
mediano Osso
Canale
superiore
Nervo
acustico
Canala
inferiore
Organo di Corti Sezione trasversale
della coclea
Cellule ciliate
Membrana
basilare
Membrana tettoria
Neuroni
sensoriali
al nervo acustico
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Osso Canale
mediano
Canale
superiore
Canale
inferiore
Nervo
acustico
Organo di Corti Sezione
trasversale della coclea
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Cellule ciliate
Membrana
basilare
Membrana tettoria
Neuroni
sensoriali
al nervo acustico
35
Le vibrazioni provenienti dal timpano sono amplificate nell’orecchio medio
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15.4 L’orecchio converte la pressione generata dalle onde sonore in potenziali d’azione percepiti come suoni
Orecchio esterno Orecchio medio Orecchio interno
Padiglione
auricolare
Condotto
uditivo timpano martello,
incudine
e staffa
Finestra
ovale
Canali della coclea superiore e mediano inferiore
Pre
ssio
ne
Una
vibrazione
Ampiezza Amplificazione
nell’orecchio
medio
Stimolazione
dell’organo
del Corti
Tempo
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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
38
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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15.4 L’orecchio converte la pressione generata dalle onde sonore in potenziali d’azione percepiti come suoni
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
Cupola
Fibre
nervose
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
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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COLLEGAMENTO salute
Lezione 3
LA VISTA
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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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alla luce dell’evoluzione
15.6 Nel mondo animale si sono evoluti diversi tipi di occhio
Macchie
oculari
46
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
alla luce dell’evoluzione
15.6 Nel mondo animale si sono evoluti diversi tipi di occhio
48
Occhio a lente singola
– Si è evoluto indipendentemente
– In alcuni invertebrati
– In alcuni vertebrati
– Tra i quali gli esseri umani
49
alla luce dell’evoluzione
15.6 Nel mondo animale si sono evoluti diversi tipi di occhio
Sclera
Corpo ciliare
Legamento
Cornea
Iride
Pupilla
Umore
acqueo
Cristallino
Umore
vitreo
Coroide
Retina
Fovea (centro del campo visivo)
Nervo
ottico
Arteria
e vena
Punto cieco
50
STEP BY STEP
Quale struttura ottica tipica si trova negli occhi di insetti e calamari, ma è invece assente in quelli delle planarie?
51
alla luce dell’evoluzione
15.6 Nel mondo animale si sono evoluti diversi tipi di occhio
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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15.7 Gli occhi a lente singola mettono a fuoco la luce modificando la posizione o la forma del cristallino
Muscolo ciliare contratto
Legamenti allentati
Luce proveniente da un
oggetto vicino
(raggi divergenti)
Visione da vicino (accomodamento)
Cornea
Sclera
Coroide
Retina
Cristallino
Muscolo ciliare rilasciato
I legamenti esercitano
una trazione sul cristallino
Luce proveniente da un oggetto
lontano (raggi paralleli)
Visione da lontano
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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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15.7 Gli occhi a lente singola mettono a fuoco la luce modificando la posizione o la forma del cristallino
Quando la vista è difettosa
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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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
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Quando la vista è difettosa COLLEGAMENTO salute
57
58
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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Quando la vista è difettosa COLLEGAMENTO salute
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
Terminazioni
sinaptiche
Cono
Dischi membranosi
contenenti pigmenti visivi
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Retina
Fibre
del
nervo
ottico
Neuroni Fotorecettori
Cono Bastoncello
Retina
Nervo
ottico
62
STEP BY STEP
Spiega perché la nostra visione notturna è composta prevalentemente da immagini grigie e non colorate
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15.8 La retina umana contiene due tipi di fotocettori: i coni e i bastoncelli
Lezione 4
IL GUSTO E L’OLFATTO
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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
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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Recettori del gusto
– Si trovano nei calici gustativi localizzati sulla lingua
– Cinque categorie di sapori
– Dolce
– Acido
– Salato
– Amaro
– Umami
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15.9 I recettori del gusto e dell’olfatto rilevano le sostanze chimiche nell’ambiente esterno
Encefalo
Cavità nasale
Bulbo
olfattivo
Osso
Cellula
epiteliale
Neurone
sensoriale
(chemo-
cettore)
Ciglia Muco
d’azione
68
69
STEP BY STEP
Qual è la differenza strutturale fondamentale tra i recettori del gusto e quelli dell’olfatto?
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15.9 I recettori del gusto e dell’olfatto rilevano le sostanze chimiche nell’ambiente esterno
