Кожа человека позволяет чувствовать: Органы обоняния, вкуса и осязания — урок. Окружающий мир, 3 класс.

Опубликовано 03.07.2023 автором alexxlab

Как работает кожа

Исследователи изучают, как действует чувство осязания, — пишет eurekalert.org со ссылкой на Science Advances.

Несмотря на то, что ученые исследуют чувство осязания уже более века, многие аспекты его работы остаются загадкой.

«Чувство осязания до конца не понято, хотя оно лежит в основе нашей способности взаимодействовать с миром, — говорит специалист тактильных исследований Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Йон Визелл. — Что бы мы ни делали своими руками — берем в руки стакан, подписываем наше имя или находим ключи в нашей сумке, — все это невозможно без осязания. Однако мы не до конца понимаем природу ощущений в коже и то, как они обрабатываются, чтобы обеспечить восприятие и действие».

У нас есть лучшие модели того, как работают другие наши чувства, такие как зрение и слух, но наше понимание того, как работает чувство осязания, гораздо менее полно, добавил он.

Чтобы помочь восполнить этот пробел, Виселл и его исследовательская группа, в том числе Итиан Шао и сотрудник Винсент Хейворд из Сорбонны, изучали физику ощущения прикосновения — как прикосновение к объекту вызывает сигналы в коже, которые формируют то, что мы чувствуем.

Ученые в статье выясняют, как внутренняя эластичность кожи способствует тактильному восприятию. Интересно, что кожа сама помогает в обработке тактильной информации.

Чтобы понять этот важный, но малоизвестный аспект осязания, по мнению Виселла, полезно подумать о том, как глаз — наш зрительный орган, обрабатывает оптическую информацию.

«Человеческое зрение зависит от оптики глаза, чтобы сфокусировать свет на изображение на сетчатке, — сказал он. — Сетчатка содержит светочувствительные рецепторы, которые переводят это изображение в информацию, которую наш мозг использует для разложения и интерпретации того, на что мы смотрим».

Аналогичный процесс разворачивается, когда мы касаемся поверхности своей кожей, продолжил Виселл. Подобно таким структурам, как роговица и радужная оболочка, которые захватывают и фокусируют свет на сетчатке, эластичность кожи распределяет тактильные сигналы по сенсорным рецепторам по всей коже.

Основываясь на предыдущей работе, в которой использовался массив крошечных акселерометров, надетых на руку, для определения и каталогизации пространственных моделей вибраций, создаваемых такими действиями, как постукивание, скольжение или захватывание, исследователи здесь использовали аналогичный подход для захвата пространственных моделей вибрация, которая создается, когда рука ощущает окружающую среду.

«Мы использовали нестандартное устройство, состоящее из 30 трехосных датчиков, аккуратно связанных с кожей, — пояснил ведущий автор Шао. — И затем мы попросили каждого участника наших экспериментов выполнить много разных сенсорных взаимодействий своими руками». Исследовательская группа собрала набор данных из почти 5000 таких взаимодействий и проанализировала эти данные, чтобы понять, как происходит передача созданных на ощупь шаблонов вибрации, которые передавались по всему информационному содержимому в форме тактильных сигналов. Вибрационные паттерны возникли из-за упругой связи внутри самой кожи.

Затем команда проанализировала эти закономерности, чтобы уточнить, как передача вибраций в руке формирует информацию в тактильных сигналах. «Мы использовали математическую модель, в которой высокоразмерные сигналы, ощущаемые по всей руке, были представлены как комбинации небольшого числа примитивных паттернов», — объяснил Шао. Примитивные шаблоны обеспечивали компактную лексику или словарь, который сжимал размер информации в сигналах, позволяя кодировать их более эффективно.

Этот анализ породил дюжину или меньше примитивных волновых паттернов — вибрации кожи по всей руке, которые можно использовать для сбора информации в тактильных сигналах, ощущаемых рукой. По словам Виселла, поразительной особенностью этих примитивных моделей вибрации является то, что они автоматически отражают структуру кисти и физику передачи волн в коже.

«Эластичность играет эту самую основную функцию в коже, задействуя тысячи сенсорных рецепторов для прикосновения в коже, даже когда контакт происходит на небольшом участке кожи, — пояснил он. — Это позволяет нам использовать гораздо больше сенсорных ресурсов, чтобы интерпретировать то, к чему мы прикасаемся». Замечательный вывод их исследований состоит в том, что этот процесс также позволяет более эффективно собирать информацию в тактильных сигналах, сказал Виселл. Обычно считается, что обработка информации такого рода выполняется мозгом, а не кожей.

Роль, которую играет механическая трансмиссия в коже, в некотором отношении схожа с ролью механики внутреннего уха в чувстве слуха, сказал Виселл.

В 1961 году фон Бекси получил Нобелевскую премию за свою работу, показывающую, как механика внутреннего уха облегчает обработку информации, полученной с помощью чувства слуха. Распространяя звуки с различным частотным содержанием на разные сенсорные рецепторы в ухе, они помогают кодированию звуков слуховой системой. Работа команды предполагает, что подобные процессы могут лежать в основе осязания.

Эти результаты, по мнению исследователей, не только способствуют нашему пониманию мозга, но также могут предложить новые подходы к конструированию будущих протезов конечностей для пациентов с ампутированными конечностями, которые могут быть наделены эластичными материалами, подобными коже. Подобные методы также могут быть использованы для улучшения тактильного восприятия роботами следующего поколения.

[Фото: ru.123rf.com/profile_zhaokai6035]

Орган осязания. Кожа и ее производные.

Кожа выполняет многообразные функции: защитную, терморегуляционную, дыхательную, обменную. Железы кожи вырабатывают пот, кожное сало. С потом у человека в течение суток выделяются около 500 мл воды и растворенные в ней соли, конечные про­дукты азотистого обмена. Кожа активно участвует в обмене витаминов. Особенно важен синтез витамина D под влия­нием ультрафиолетовых лучей. Площадь кожного покрова взрослого человека достигает 1,5—2 м

2. Эта поверхность является обширным рецепторным полем тактильной, бо­левой, температурной, кожной чувствительности. Различ­ные воздействия воспринимают расположенные в коже тер­морецепторы, механорецепторы, ноцирецепторы. Первые вос­принимают изменение температуры, вторые — прикосно­вения к коже, третьи — болевые раздражения. Тела чув­ствительных нейронов, по дендритам которых распростра­няются импульсы от таких рецепторов, залегают в спинно­мозговых узлах и чувствительных узлах черепных нервов.

У кожи

различают эпидермис и собственно кожу — дер­му.

Эпидермис образован многослойным плоским ороговевающим эпителием, толщина которого (0,03—1,5 мм) за­висит от области тела. Так, на участках, подвергающихся постоянному механическому давлению (ладони, подошвы), его толщина больше, чем на груди, животе и других частях тела. Среди базальных клеток эпителия имеются пигмент­ные эпителиоциты, богатые зернами пигмента меланина — меланоциты, от количества которого зависит цвет кожи. Меланин защищает кожу от ультрафиолетовых лучей. Рас­положенные в глубине покровного эпителия клетки

базального и шиповатого слоев функционально объединены в ро­стковый (мальпигиевый) слой. Выше расположен зернистый слой, состоя­щий из нескольких слоев уплощенных клеток, содержащих крупные зерна кератогиалина. Кератогиалин по мере про­движения клеток в верхние слои превращается в кератин.

Над зернистым слоем лежит блестящий слой, образован­ный 3—4 слоями плоских клеток, лишенных ядер и хоро­шо преломляющих свет. Поверхностный слой (роговой) пред­ставляет собой множество слоев роговых чешуек, содержа­щих белок кератин и пузырьки воздуха.

Этот слой водоне­проницаемый, отличается плотностью, упругостью, что особенно важно — через него не проникают микроорга­низмы. Роговые чешуйки постоянно слущиваются и заме­няются новыми, которые подходят к поверхности из глуб­же лежащих слоев клеток. Эти клетки в процессе миграции к поверхности постепенно ороговевают. Полная смена кле­ток в эпидермисе подошвы человека происходит в течение 10-30 дней.

Дерма, или собственно кожа, толщиной 1—2,5 мм обра­зована соединительной тканью. В ней различают сосочковый и сетчатый слои.

Сосочковый слой находится под эпи­дермисом. Этот слой состоит из рыхлой волокнистой нео­формленной соединительной ткани, которая образует со­сочки, внедряющиеся в эпидермис. Благодаря наличию сосочков на поверхности кожи видны гребешки, разделен­ные бороздками кожи.

Гребешки, соответствующие возвы­шениям сосочков дермы, и бороздки между ними форми­руют на ладонях и стопах, строго индивидуаль­ный сложный рисунок кожной поверхности (папиллярные линии), сохра­няющийся в течение всей жизни человека. Строение кож­ного рельефа широко используется в медицине для иден­тификации личности в криминалистике. В сосочковом слое имеются миоциты, связанные с волосяными луковицами. При их сокращении возникает «гу­синая кожа».

Под сосочковым слоем находится сетчатый слой, кото­рый состоит из плотной неоформленной соединительной ткани, содержащей крупные пучки коллагеновых волокон, образующих сеть. На стопе, локтях, концевых фалангах паль­цев, подвергающихся постоянному давлению, ячейки сети широкопетлистые. Наряду с коллагеновыми в сетчатом слое имеется сеть эластических и небольшое количество ретику­лярных волокон. В сетчатом слое залегают корни волос, потовые и сальные железы.

Пучки коллагеновых волокон сетчатого слоя переходят в подкожную клетчатку, содержащую жировую ткань. Этот слой играет важную роль в терморегуляции и является жировым депо организма.

Кожная чувствительность.

Расположенные на разной глу­бине в коже нервные окончания воспринимают прикосно­вения, температурное чувство, чувство боли. Каждое воз­действие воспринимается специальными рецепторами, от­личающимися друг от друга своими формой и строением. Распределены рецепторы неравномерно, их много в коже кончиков пальцев рук, ладоней, подошв, губ, наружных половых органов. Намного меньше рецепторов в коже спи­ны. Значение кожной чувствительности в жизни человека очень велико.

Прикосновение и давление (тактильную чувствительность) воспринимают расположенные в коже примерно 500 000 рецепторов. Это механорецепторы, к которым принадле­жат и свободные нервные окончания, проникающие в эпи­дермис и воспринимающие давление, и несвободные окон­чания (инкапсулированные — имеющие капсулу). К несво­бодным чувствительным нервным окончаниям относятся расположенные в собственно коже крупные пластинчатые тельца (Фаттера-Паччини), осязательные тельца (Мейснера).

Чувства осязания и давления позволяют не только узна­вать предметы, но и определять их форму, размеры, харак­тер материала, из которого эти предметы сделаны.

Температурное чувство (чувство холода и теплоты) вос­принимается разными рецепторами. Одни из них возбуж­даются действием холода на нервные тельца (колбы Краузе), другие — действием тепла на луковицеобразные тельца (Руффини). Холодовые рецепторы, проникающие между клетками эпидермиса, расположены более поверх­ностно, чем тепловые. Холодовых рецепторов намного боль­ше (около 250 000), чем тепловых (около 39 000).

Чувство боли воспринимается специальными свободны­ми нервными окончаниями – ноцирецепторами. Число болевых рецепторов в коже человека очень велико, примерно 100—200 на 1 см2 кожной поверхности. Общее число таких рецепторов дости­гает 2—4 млн. Место восприятия боли человек определяет довольно точно. Нередко чувство боли ощу­щается не только в поврежденном органе, но и в других частях тела, например в определенных участках кожи. Такие боли называют отраженными, иррадиирующими. Например, при спазме венечных артерий сердца, при ишемической болезни сердца, боли определяются не только в сердце (за грудиной), но и в области левой лопатки, в руке.

Болевые или температурные импульсы пе­редаются на чувствительные ядра задних рогов спинного мозга, из него — в двигательные ядра передних рогов. Со­ответствующие двигательные импульсы по аксонам двига­тельных нейронов передних рогов поступают к мышцам. Одновременно чувствительные импульсы от кожных ре­цепторов через чувствительные ядра задних рогов спинно­го мозга или черепных нервов по проводящим путям через таламус направляются к корковому концу анализатора об­щей чувствительности, к нейронам постцентральной из­вилины. В коре полушарий большого мозга, в постцент­ральной извилине, происходит высший анализ, сознатель­ное восприятие всех тех чувств (тактильных, температур­ных болевых), которые воспринимаются соответствующи­ми кожными рецепторами. Для осознанных действий, в от­вет на поступившие в постцентральную извилину нервные импульсы из этой извилины по ассоциативным волокнам передаются в эффекторные (двигательные, секреторные) центры коры большого мозга, в предцентральную извили­ну или в другие, подкорковые центры.

Кровоснабжение кожи характеризуется наличием двух артериальных и венозных сплетений — глубокого и поверхностного (подсосочкового), соединен­ными друг с другом анастомозами. Глубокая кожная сеть, располагающаяся на границе собственно кожи и подкожной жировой основы, питает дерму кожи, пото­вые железы, жировые дольки, волосы. От подсосочковой артериальной сети отходят капилляры к сосочкам кожи, сальным железам и корням волос. Венозная кровь от­текает в вены, образующие поверхностное подсосочко­вое, а затем глубокое подсосочковое венозное сплетение, располагающееся на границе дермы и подкожной жиро­вой клетчатки. Из этого сплетения венозная кровь отте­кает в глубокое дермальное венозное сплетение, а затем в подкожное венозное сплетение.

Иннервация кожи обеспечивается эфферен­тными и афферентными нервными волокнами, образую­щими субэпидермальное и дермальное сплетения. Аф­ферентные волокна связаны с инкапсулированными нервными окончаниями (пластинчатые тельца, концевые колбы, осязательные тельца и др.), лежащими в дерме и являющимися механорецепторами, а также со свобод­ными окончаниями в эпидермисе и дерме (иоцицепторы и терморецепторы). Нервные окончания в коже распре­делены неравномерно. Их особенно много в коже лица, ладоней и пальцев кисти, наружных половых органов. Эфферентные волокна иннервируют гладкомышечную ткань кровеносных сосудов, мышцы, поднимающие во­лосы, а также потовые железы.

Функции покровной системы

Описать различные функции кожи

Кожа и вспомогательные структуры выполняют ряд важных функций, таких как защита организма от проникновения микроорганизмов, химических веществ и других факторов окружающей среды; предотвращение обезвоживания; действует как орган чувств; модуляция температуры тела и электролитного баланса; и синтез витамина D. Основная гиподерма играет важную роль в хранении жиров, формировании «подушки» над нижележащими структурами и обеспечении изоляции от низких температур.

Цели обучения

  • Описать роль покровной системы в защите и восприятии
  • Объясните, как кожа помогает поддерживать температуру тела
  • Опишите процесс синтеза витамина D в организме

Защита

Кожа защищает организм от патогенов и химических веществ, сводит к минимуму потерю или проникновение воды и блокирует вредное воздействие солнечного света. Это также первая линия защиты от абразивной активности из-за контакта с песком, микробами или вредными химическими веществами.

Кожная флора или микроорганизмы, обитающие на коже, играют важную роль в защите. Кожная флора может защищать человека-хозяина, предотвращая колонизацию транзиторными патогенными организмами поверхности кожи, либо конкурируя за питательные вещества, выделяя против них химические вещества, либо стимулируя иммунную систему кожи. Пот, выделяемый потовыми железами, также удерживает микробы от чрезмерной колонизации поверхности кожи, образуя дермицидин, обладающий антибиотическими свойствами. Еще одним фактором, влияющим на рост патологических бактерий, являются щелочные условия. Бактерии не могут эффективно прикрепляться к коже и легче выделяются в щелочной среде.

Кожа действует как защитный барьер от потери воды благодаря наличию слоев кератина и гликолипидов в роговом слое. Клетки рогового слоя также могут поглощать воду, что еще больше способствует гидратации.

Сенсорная функция

Рисунок 1. На этой микрофотографии поперечного среза кожи вы можете видеть тельца Мейснера (стрелка), тип сенсорного рецептора, расположенный в дермальном сосочке, прилегающем к базальной мембране и базальному слою вышележащего слоя. эпидермис. LM × 100. (Фото: «Wbensmith»/Wikimedia Commons)

Тот факт, что вы можете почувствовать, как муравей ползает по вашей коже, позволяя вам стряхнуть его до того, как он укусит, объясняется тем, что кожа, и особенно волосы, выступающие из волосяных фолликулов в коже, могут ощущать изменения в окружающей среде. Корневое сплетение волос, окружающее основание волосяного фолликула, воспринимает нарушение и затем передает информацию в центральную нервную систему (головной и спинной мозг), которая затем может отреагировать, активировав скелетные мышцы ваших глаз, чтобы увидеть муравья и муравья. скелетные мышцы тела действовать против муравья.

Кожа действует как орган чувств, поскольку эпидермис, дерма и гиподерма содержат специализированные чувствительные нервные структуры, которые определяют прикосновение, температуру поверхности и боль. Эти рецепторы больше сконцентрированы на кончиках пальцев, которые наиболее чувствительны к прикосновению, особенно тельца Мейснера (тактильные тельца) (рис. 1), которые реагируют на легкое прикосновение, и тельца Пачини (пластинчатые тельца). , который реагирует на вибрацию. Клетки Меркеля, разбросанные по базальному слою, также являются сенсорными рецепторами. В дополнение к этим специализированным рецепторам имеются чувствительные нервы, связанные с каждым волосяным фолликулом, болевые и температурные рецепторы, разбросанные по всей коже, а двигательные нервы иннервируют мышцы и железы, выпрямляющие волосы. Эта богатая иннервация помогает нам ощущать окружающую среду и реагировать соответствующим образом.

Терморегуляция

Температура тела главным образом регулируется областью мозга, известной как гипоталамус. Гипоталамус устанавливает температуру тела и контролирует ее, открывая и закрывая потовые железы и сокращая мышцы.

Покровная система помогает регулировать температуру тела благодаря своей тесной связи с симпатической нервной системой, отделом нервной системы, участвующим в наших реакциях «бей или беги». Симпатическая нервная система постоянно контролирует температуру тела и инициирует соответствующие двигательные реакции.

Вспомните, что потовые железы, дополнительные структуры кожи, выделяют пот для охлаждения тела, когда оно становится теплым. Даже если тело не выглядит заметно потливым, в день выделяется около 500 мл пота (неощутимого пота). Если тело становится чрезмерно горячим из-за высоких температур, активной деятельности (рис. 2) или их комбинации, симпатическая нервная система стимулирует потовые железы, чтобы производить большое количество пота, от 0,7 до 1,5 л в сутки. час для активного человека. Когда пот испаряется с поверхности кожи, тело охлаждается, так как тепло тела рассеивается.

В дополнение к потоотделению артериолы в дерме расширяются, так что избыточное тепло, переносимое кровью, может рассеиваться через кожу и в окружающую среду (рис. 2). Это объясняет покраснение кожи, которое многие люди испытывают во время физических упражнений.

Рисунок 2. Во время напряженных физических нагрузок, таких как катание на лыжах (а) или бег (в), кожные кровеносные сосуды расширяются и увеличивается секреция пота (б). Эти механизмы предотвращают перегревание организма. Напротив, кожные кровеносные сосуды сужаются, чтобы свести к минимуму потерю тепла в ответ на низкие температуры (б). (кредит a: «Trysil»/flickr; кредит c: Ralph Daily)

Когда температура тела падает, артериолы сужаются, чтобы свести к минимуму потерю тепла, особенно на концах пальцев и кончике носа. Это снижение кровообращения может привести к тому, что кожа приобретет беловатый оттенок. Хотя температура кожи при этом падает, пассивная потеря тепла предотвращается, а внутренние органы и структуры остаются теплыми. Если температура кожи падает слишком сильно (например, температура окружающей среды ниже нуля), сохранение тепла ядра тела может привести к тому, что кожа фактически замерзнет, ​​что называется обморожением.

Практические вопросы

Почему люди сильно потеют, занимаясь спортом на улице в жаркий день?

Показать ответ

Объясните реакцию вашей кожи на снижение внутренней температуры тела.

Показать ответ

Синтез витамина D

Эпидермальный слой кожи человека синтезирует витамин D под воздействием УФ-излучения. В присутствии солнечного света форма витамина D 3 , называемая холекальциферолом, синтезируется из производного стероидного холестерина в коже. Печень превращает холекальциферол в кальцидиол, который затем в почках превращается в кальцитриол (активная химическая форма витамина). Витамин D необходим для нормального усвоения кальция и фосфора, необходимых для здоровья костей. Отсутствие пребывания на солнце может привести к нехватке витамина D в организме, что приводит к состоянию, называемому 9.0031 рахит , болезненное состояние у детей, при котором кости деформируются из-за недостатка кальция, вызывая кривоногие. У пожилых людей, страдающих от дефицита витамина D, может развиться состояние, называемое остеомаляция, размягчение костей. В современном обществе витамин D добавляют в качестве добавки ко многим продуктам питания, включая молоко и апельсиновый сок, чтобы компенсировать потребность в солнечном свете.

Помимо своей важной роли в здоровье костей, витамин D необходим для общего иммунитета против бактериальных, вирусных и грибковых инфекций. Недавние исследования также обнаруживают связь между недостатком витамина D и раком.

Проверьте свое понимание

Ответьте на вопросы ниже, чтобы проверить, насколько хорошо вы понимаете темы, затронутые в предыдущем разделе. Этот короткий тест не учитывает , а не для вашей оценки в классе, и вы можете пересдавать его неограниченное количество раз.

Используйте этот тест, чтобы проверить свое понимание и решить, следует ли (1) изучить предыдущий раздел дальше или (2) перейти к следующему разделу.

Нейронаука для детей — двухточечная дискриминация

1. Кожа может обнаруживать несколько типов ощущения

Информация с нашей кожи позволяет нам идентифицировать несколько различных типов ощущения, такие как постукивание, вибрация, давление, боль, жар и холод. Что что позволяет нам проводить эти различия? Во-первых, кожа человека содержит различные виды сенсорных рецепторов (клеток), которые преимущественно реагируют к различным механическим, термическим или химическим раздражителям. (Слово «рецептор» может означать рецепторную клетку или мембранный рецептор в клетке. Вот, это относится к клетке. ) Затем эти рецепторы передают эту информацию головной и спинной мозг, также известный как центральная нервная система (ЦНС) , в области, где мы воспринимаем раздражители. Чтобы выполнить этот, нервные окончания сенсорных рецепторов преобразовывают, или преобразуют, механическую, тепловую или химическую энергию в электрические сигналы. Эти затем электрические сигналы проходят по отросткам нейронов, называемым аксонов , в ЦНС. Наконец, как мы интерпретации или понимания ощущений определяется не только свойствами рецепторов и нейронов, но и предшествующим опытом, хранящимся в наши мозги.

В этой лаборатории действия включают осязание или осязание кожи, что позволяет нам различать различные виды раздражителей на поверхность тела. Используя наши тактильные ощущения, мы обнаруживаем поверхностные и глубокое давление и ощущения, которые мы описываем как прикосновение, вибрацию, трепетание и вдавливание. Как упоминалось выше, наша кожа также чувствительна к температуре и боли, которые мы ощущаем с помощью различных наборов рецепторов. Эти кожные ощущения, а также осознание положения мышц/суставов или проприоцепция, составляют соматические чувства.

2. Сенсорная информация формирует основу для нашего связь с внешним миром

Как мы используем соматическую сенсорную информацию? Проведите мозговой штурм со студентами для идеи и посмотрите, включают ли они следующее: изучение, оценку и наслаждаясь окружающей средой; принимать решения о том, что делать износ или где установить термостат; бодрствуем и бодрствуем; использование в качестве обратной связи для управления нашими движениями; избежать вреда от горячего, холод или вредные вещества. (Обратите внимание, что некоторые из них связаны с тактильной чувство, в то время как другие включают боль, температуру и проприоцептивную чувств.) Соматические чувства и чувство вкуса ставят нас в прямое контакт с окружающей средой, в то время как зрение, слух и обоняние объединяются информация на расстоянии. Другие особые внутренние чувства включают баланс, определение артериального давления и определение уровня кислорода в крови.

3. Различные виды тактильных рецепторов реагируют к различным типам информации

Тактильная система, которая активируется в тесте двухточечной дискриминации, использует несколько типы рецепторов. Тактильный сенсорный рецептор может быть определяется как периферическое окончание сенсорного нейрона и его вспомогательные структуры, которые могут быть частью нервной клетки или могут происходить из эпителиальных или соединительный салфетка. Разные виды рецепторов реагируют на разные виды из стимуляции, такой как вибрация, давление или постукивание, и преобразовать их в электрические сигналы. В таблице 1 ниже показаны несколько типов кожи. рецепторы, виды входных данных, которые они обнаруживают, и их адаптация скорость при стимуляции. Медленно адаптирующиеся рецепторы продолжают посылать импульсов в мозг в течение относительно длительного времени при постоянном раздражителе применены. Быстро адаптирующиеся рецепторы срабатывают в момент начала действия стимула. а иногда и снова когда его убирают, но дальше стрельбы не продолжают постоянный раздражитель. Имея рецепторы с разными предпочтениями и различные возможности «отчетности» позволяют более остро настроиться на наше окружение и различать широкий спектр ощущений.

ТАБЛИЦА 1
Характеристики сенсорных рецепторов в кожа
Рецептор Стимул Ощущение Адаптация
Диск Меркеля Устойчивая углубление Давление Медленное
Мейснера корпускула Низкочастотная вибрация Мягкая порхающий Rapid
Руффини тельце Быстрое вдавливание Растяжение Медленное
Пачини тельце Вибрация Вибрация Rapid
Волосяной рецептор Волос отклонение Щеточная обработка Быстрое или Медленный
Кожа

4. Сенсорный ввод «сопоставляется» с определенным области мозга

Информация от каждого кожного рецептора передается по пути, образованному несколько нейронных аксонов к полосе на верхней поверхности мозга, называемой соматосенсорная кора . Кора или «кожура» представляет собой наружный слой мозга, содержащий тело клетки, и составляет около шести миллиметров или четверть дюйма толщиной. Соматосенсорная кора представляет собой упакованы телами нейронов ЦНС, которые получают «вход кожи» со всех частей тела через «пути осязательных нейронов».

Сенсорная информация поступает в нейроны ЦНС топографически точно. способ. Это означает, например, что нейроны ЦНС, получающие от сенсорных рецепторов большого пальца правой руки будут соседние клетки, которые получить ввод от правого указательного пальца. Они, в свою очередь, будут иметь соседи получают ввод от следующего пальца и так далее. Таким образом, сенсорная «карта» поверхности тела создается на срезе головного мозга поверхность. Неврологи обнаружили это много лет назад, когда обнаружили, что мог создать иллюзию ощущений, скажем, в пальце, электрически стимуляция соответствующего участка соматосенсорной коры: ЦНС нейроны интерпретировали искусственный электрический раздражитель как поступающий входной сигнал. из пальца, который обычно посылал ему информацию.

Из соматосенсорной коры сообщения о сенсорных входах посылаются в другие области мозга; например, к двигательным областям для использования при выполнении действий, и к более высоким областям обработки, для принятия решений или получения удовольствия ощущения или рефлексия над ними.

5. Сенсорные карты в коре «искажены»

Хотя тактильные сенсорные карты в коре головного мозга верны расположения сенсорных рецепторов, они не отражают правильную пропорции участков кожи. Скорее, область коры, посвященная получение информации от пятна на коже отражает плотность сенсорных рецепторов, и это число, в свою очередь, отражает важность этой области тела для сбора информации. Кончики пальцев, например, содержат примерно в 100 раз больше рецепторов на квадратный сантиметр, чем кожа сзади. Из-за этого больше нейронов ЦНС должно быть посвящено воспринимающие ощущения кончиков пальцев и, следовательно, область коры, которая получает ввод от кончиков пальцев, огромен по сравнению с площадью, получает информацию от кожи на спине.

Если изображения частей тела нарисованы рядом с соответствующими им области мозга, пальцы очень большие, а руки и спина маленькие. Этот тип изображения называется homunculus , буквально, «маленький человек» или человек.

Все сенсорные системы подают информацию в кору головного мозга в упорядоченном порядке. карты, хотя другие периферические сенсорные рецепторы, в отличие от осязательная или осязательная система, сосредоточены в мелких органах: глазах, ушах, нос и язык. Информация от каждого из этих органов чувств отображается на разные области мозга.

6. Плотность рецепторов и размеры рецептивных полей центральных нейронов определяют двухточечная дискриминация

Какие свойства осязательной сенсорной системы позволяют различать два точки давят на нашу кожу, даже если они находятся на расстоянии всего 2 или 3 мм друг от друга? Один из необходимых свойств — высокая плотность рецепторов, и класс должен обсудите это после того, как учащиеся обнаружат, что двухточечное пороговое расстояние на кончики пальцев составляет два-три миллиметра (мм). Другими словами, Рецепторы должны быть расположены достаточно плотно, чтобы зонд стимулировал один из них. или более из них. Однако высокая плотность рецепторов сама по себе не может объяснить почему кончик пальца может различать точки так близко друг к другу, а рука воспринимает две точки только тогда, когда они находятся на расстоянии 35–40 мм друг от друга. Второй свойство, необходимое для тонкой двухточечной дискриминации, заключается в том, что соседние рецепторы должны соединяться с разными нейронами ЦНС, что, в свою очередь, означает, что эти нейроны ЦНС должны иметь небольшие рецептивные поля, как объясняется ниже.

Каждый сенсорный рецептор соединяется через ряд релейных нейронов с нейрон ЦНС. Данный центральный нейрон реагирует на всю информацию, поступающую от него. область ввода (область скина, которая является полем сбора только для эта клетка ЦНС), как если бы он исходил из одной точки. Этот участок кожи является называется рецептивным полем центрального нейрона. На на руке каждый сенсорный рецептор собирает информацию с кожи гораздо большего размера. области, чем рецептор на кончике пальца, и этот рецептор также связан к определенному центральному нейрону. Этот центральный нейрон, как и центральный «пальцевой нейрон», интерпретирует все входные данные как исходящие из одной точки, даже хотя площадь кожи в этом случае намного больше. Для того, чтобы человек, чтобы почувствовать две точки, должны иметь две отдельные популяции центральных нейронов. активируются путем стимуляции их соответствующих рецептивных полей. Когда это происходит, сообщается о двух точках.

Подводя итог , двухточечная дискриминация зависит от активация двух отдельных популяций нейронов, и для того, чтобы различить две близко расположенные точки, рецептивные поля нейроны должны быть маленькими. Это, в свою очередь, означает, что рецепторы должны быть плотно упакованы в чувствительной области, так что две точки очень близко друг к другу активировать различные рецепторы.

7. Сенсорная информация от различных рецепторов сочетается на более высоких уровнях мозга

Хотя отдельные рецепторы реагируют только на один тип раздражителя, такие как давление или вибрация, раздражитель в реальном мире почти всегда одновременно активирует несколько видов рецепторов. Чтобы сформировать репрезентативную картину этого в наших умах, различные ощущения должны все «сойтись» где-то в мозгу, и одно место это происходит в корковых нейронах, называемых нейронами, обнаруживающими признаки. Каждый из этих нейронов получает несколько различных типов информации от нейроны первичной соматосенсорной коры (получившие информация от рецепторов). Эта интеграция ощущений позволяет нам испытать кубик льда одновременно гладкий и холодный, или почувствовать этот песок на пляже содержит зерна разного размера и может быть горячим или холодным. Как это информация направляется в высшие мозговые центры, ощущения также берут на себя то есть из-за прошлого опыта.

8. Неврологи используют двухточечный дискриминационные тесты для проверки повреждения нервов

Неврологи, врачи, специализирующиеся на заболеваниях центральной (мозговой и спинной мозг) и периферическая (нервы ко всем органам и мышцам) нервная системы, иногда проверяют пациентов на двухточечную дискриминацию. Они могут сделать это если они подозревают проблему с поступлением сенсорной информации на кожу, пути к мозгу или интерпретация сенсорной информации. Например, если пациент сильно порезал палец, невролог может проверить для двухточечной дискриминации во время травмы, чтобы увидеть, был ли нерв резать. После того, как первоначальная травма зажила в течение нескольких недель, невролог снова проверит двухточечную дискриминацию и сравнит ее с нормальные пальцы, чтобы увидеть, регенерировал ли нерв.

Предоставить фон информация

Во-первых, подготовьте студентов к лабораторным работам, предоставив информацию в соответствии с вашей преподавательской практикой (например, лекция, обсуждение, раздаточные материалы, модели). Потому что у студентов нет возможности открывая для себя сенсорные рецепторы или нервные пути, им необходимо некоторые основные анатомические и физиологические сведения. Учителя могут выбрать степень детализации и способы представления слуховой системы в зависимости от уровня обучения и имеющегося времени.

Предложите учащимся создать свой собственный эксперименты

В то время как студенты нуждаются в руководстве и практике, чтобы стать хорошей лабораторией ученых, им также необходимо научиться задавать вопросы и исследовать которые они производят сами. Научные классы, которые предлагают только задания с одним «правильным» ответом не помогают учащимся научиться формулировать вопросы, мыслить критически и решать проблемы. Потому что студенты от природы любопытны, включая студенческие исследования в классная комната является логическим шагом после того, как они имеют некоторый опыт работы с система.

Раздел «Проведите собственный эксперимент» данного модуля (см. Руководство для учителей и учащихся) предлагает учащимся возможность направлять некоторые собственного обучения после того, как в «Классный эксперимент». Поскольку учащиеся лично наделены этим типом опыта, они, как правило, запоминают как научные процессы, так и концепции из этих лабораторий.

Используйте «Исследуйте время» до экспериментировать

Поощрять участие студентов в планировании и проведении экспериментов, сначала предоставьте Время изучения или Время мозгового штурма. Из-за их любопытства, студенты обычно сначала «играют» с лабораторными материалами даже в более традиционная лаборатория, поэтому использование этого естественного поведения обычно успешный. Время изучения может произойти либо до эксперимента с классом, либо перед заданием «Попробуй свой собственный эксперимент», в зависимости от характера изучаемые понятия.

Исследовать перед классовым экспериментом

Чтобы использовать время изучения перед классовым экспериментом, выложите лабораторные принадлежности. на скамье, прежде чем давать инструкции для эксперимента. Спросите студентов как эти материалы могут быть использованы для исследования осязания в в свете предыдущей лекции и обсуждения, затем предложите около 10 минут для изучения материалов. Дайте некоторые основные меры предосторожности, а затем распространяться среди учащихся, чтобы отвечать на вопросы и поощрять вопросы. После того, как учащиеся проявят интерес к материалам и предмету, проведите класс в классе Эксперимент с демонстрацией учителя и помощь им сформулировать лабораторный вопрос. Дождитесь этого момента, чтобы раздать Справочник для учащихся, чтобы у учащихся был шанс мыслить творчески. (См. сопровождающие гиды.)

Исследуйте, прежде чем «Проведите свой собственный эксперимент»

Чтобы использовать «Время исследования» перед тем, как попробовать свой собственный эксперимент, выполните следующие действия. выше, добавляя новые материалы для экспериментов, созданных учащимися. Позволять студенты предлагают различные идеи, а затем направляют свою энергию на сделать лабораторию управляемой. Например, когда появляется несколько групп со схожими идеями, помогите им сформулировать один лабораторный вопрос так, чтобы группы могут сравнивать данные. Цель состоит в том, чтобы побудить учащихся думать и планировать самостоятельно, обеспечивая при этом достаточные ограничения, чтобы держать класс сфокусированный. Руководства для учителей и учащихся содержат подробные рекомендации по проведение хороших студенческих экспериментов.

Достигнув контрольных показателей научной грамотности Проекта 2061, учащиеся также выполнять многие из национальных стандартов естественнонаучного образования и индивидуальные государственные стандарты для понимания содержания и применения методы науки. Поскольку тесты наиболее четко указывают, что ожидается от студентов, они используются здесь. Ниже приведен список тестов которые можно встретить при обучении двухточечной дискриминации. Тесты уже доступны онлайн по адресу: http://www. project2061.org/tools/benchol/bolframe.htm

Контрольные показатели перечислены по главе, уровню обучения и номеру элемента; для например, 1А, 6-8, №1 указывает на главу 1, раздел А, классы 6-8, эталон 1.

Процесс запроса , используемый в двухточечном Действия по дискриминации помогут учащимся достичь следующих обобщенные контрольные показатели:

  • 1A, 6-8, #1: когда аналогичные исследования дают разные результаты, научная задача состоит в том, чтобы решить, являются ли различия тривиальными или значителен, и для принятия решения часто требуются дополнительные исследования.
  • 1B, 6-8, #1: Научные исследования обычно включают сбор соответствующих доказательств, использование логических рассуждений и применение воображения в разработке гипотез и объяснений, чтобы сделать смысл собранных доказательств.
  • 1B, 6-8, #2: Если одновременно изменяется более одной переменной эксперимент, результат эксперимента не может быть однозначно связан любой из переменных.
  • 12A, 6-8, #2: Знайте, что гипотезы ценны, даже если они обернутся не соответствует действительности.
  • 12A, 6-8, #3: Знайте, что часто могут быть даны разные объяснения одно и то же свидетельство, и не всегда можно сказать, какое из них правильный.
  • 12C, 3-5, #3: Заведите блокнот с описанием сделанных наблюдений, тщательно отличает фактические наблюдения от идей и предположений о том, что наблюдалось, и понятно спустя недели или месяцы.

Неврологический контент в Упражнения «Двухточечная дискриминация» и справочный материал помогут соответствовать следующим критериям: