انتقال حسی و فیزیولوژی گیرنده‌های حسی

انتقال حسی فرآیندی است که طی آن سلول‌های گیرنده تخصصی، محرک‌های فیزیکی یا شیمیایی را از محیط و بدن به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند که سیستم عصبی می‌تواند آن‌ها را تفسیر کند. این بخش بررسی می‌کند که چگونه محرک‌های مکانیکی، نوری و شیمیایی شناسایی می‌شوند، چگونه پتانسیل گیرنده درجه‌بندی شده‌ای را تولید می‌کنند و چگونه آن سیگنال به قطارهای پتانسیل عمل رمزگذاری می‌شود که اطلاعات حسی را به مغز منتقل می‌کنند.

Definition

فیزیولوژی گیرنده حسی مطالعه سلول‌ها و ماشین‌آلات مولکولی است که محرک‌ها را شناسایی کرده و آن‌ها را به سیگنال‌های عصبی تبدیل می‌کنند، شامل پروتئین‌های گیرنده، کانال‌های یونی، آبشارهای پیام‌رسان ثانویه و رویدادهای غشایی که یک محرک را به تغییر در شلیک نورونی ترجمه می‌کنند.

Scope

این بخش خواننده را در سطح سلول گیرنده با روش‌های اصلی حسی آشنا می‌کند: مکانورسپشن (دریافت مکانیکی)، فوتورسپشن (دریافت نوری) و کمورسپشن (دریافت شیمیایی)، همراه با منطق مشترک تولید پتانسیل گیرنده، رمزگذاری محرک و سازگاری. این بخش فیزیولوژی حسی را به عنوان یک موضوع مرجع در نوروفیزیولوژی در نظر می‌گیرد و راهنمایی تشخیصی یا درمانی ارائه نمی‌دهد.

Sub-topics

• انطباق و حساس‌سازی حسی
• انتقال پیام گیرنده‌های شیمیایی و درک چشایی و بویایی
• انتقال مکانورسپتور و کانال‌های فعال‌شده با کشش
• فیزیولوژی گیرنده‌های نوری و انتقال سیگنال نوری
• تولید و رمزگذاری پتانسیل گیرنده

Core questions

• چگونه سلول‌های گیرنده یک محرک فیزیکی یا شیمیایی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کنند؟
• چه حسگرهای مولکولی و کانال‌های یونی زیربنای هر روش حسی هستند؟
• شدت، کیفیت و زمان‌بندی محرک چگونه در سیگنال عصبی حاصل رمزگذاری می‌شود؟
• چرا و چگونه پاسخ به یک محرک پایدار در طول زمان تغییر می‌کند؟

Key concepts

• انتقال حسی
• پتانسیل گیرنده (پتانسیل ژنراتور)
• محرک کافی و اختصاصیت روش
• انتقال مکانیکی
• انتقال نوری
• انتقال شیمیایی
• سازگاری حسی
• رمزگذاری محرک و خطوط برچسب‌گذاری شده

Mechanisms

هر روش حسی با یک حسگر مولکولی آغاز می‌شود که به شارش یون‌ها متصل است. مکانورسپتورها از کانال‌های مکانیکی دریچه‌دار استفاده می‌کنند که هنگام کشش یا تغییر شکل غشاء باز می‌شوند؛ فوتورسپتورها از یک آبشار پروتئین G استفاده می‌کنند که توسط جذب نور در رنگدانه‌های اپسین (opsin) فعال می‌شود؛ کمورسپتورها از گیرنده‌های یونوتروپیک (ionotropic) یا جفت‌شده با پروتئین G استفاده می‌کنند که به مولکول‌های خاصی متصل می‌شوند. در هر مورد، رویداد اولیه هدایت غشایی سلول گیرنده را تغییر می‌دهد و یک پتانسیل گیرنده درجه‌بندی شده تولید می‌کند که دامنه آن شدت محرک را منعکس می‌کند. سپس این سیگنال درجه‌بندی شده رمزگذاری می‌شود — معمولاً به صورت فرکانس پتانسیل‌های عمل در آوران حسی — و پاسخ معمولاً در طول یک محرک پایدار کاهش می‌یابد، خاصیتی که سازگاری نامیده می‌شود. ثبت‌های اولیه آدریان و زوترمن (Adrian and Zotterman) نشان داد که قدرت محرک توسط فرکانس تکانه‌های عصبی سیگنال‌دهی می‌شود.

Clinical relevance

درک انتقال حسی مبنایی برای چگونگی تفسیر اختلالات بینایی، شنوایی، تعادل، چشایی، بویایی و حس پیکری توسط پزشکان و دانشمندان است و همچنین چگونگی طراحی پروتزهای حسی مانند کاشت حلزون را توضیح می‌دهد. مطالب اینجا مکانیسم‌های فیزیولوژیکی طبیعی را برای مرجع و آموزش توصیف می‌کند؛ این مطالب مبنایی برای تشخیص یا تصمیم‌گیری‌های درمانی فردی نیست.

Evidence & guidelines

مکانیسم‌های خلاصه‌شده در اینجا بر الکتروفیزیولوژی کلاسیک و شناسایی مولکولی پروتئین‌ها و کانال‌های گیرنده هر روش، از جمله فوتوترانسداکشن (phototransduction) مبتنی بر اپسین، خانواده کانال‌های فعال‌شده مکانیکی پیزو (Piezo) و خانواده‌های گیرنده‌های چشایی و بویایی استوار است. این‌ها یافته‌های مکانیکی هستند تا توصیه‌های بالینی، و هیچ دستورالعمل درمانی ضمنی نیست.

History

فیزیولوژی حسی مدرن از ثبت‌های ادگار آدریان در دهه ۱۹۲۰ نشأت گرفت که نشان داد اعصاب حسی شدت محرک را با فرکانس تکانه سیگنال‌دهی می‌کنند، و از تحلیل پتانسیل‌های گیرنده در گیرنده‌های قابل شناسایی مانند جسم پاچینی (Pacinian corpuscle) در اواسط قرن بیستم. دهه‌های بعدی شناسایی مولکولی خود حسگرها را به ارمغان آورد: اپسین‌ها و آبشار فوتوترانسداکشن، خانواده‌های ژنی گیرنده بویایی و چشایی، و کانال‌های پیزو فعال‌شده مکانیکی، که چندین خط کاری شناخته‌شده توسط نوبل را در یک توضیح مولکولی یکپارچه از چگونگی تبدیل محرک‌ها به سیگنال‌های عصبی گرد هم آورد.

Key figures

• Edgar Adrian
• King-Wai Yau
• Ardem Patapoutian
• Linda Buck
• Richard Axel
• Charles Zuker

Seminal works

• adrian-zotterman-1926
• yau-hardie-2009
• chandrashekar-2006
• coste-2010

Frequently asked questions

انتقال حسی چیست؟

تبدیل یک محرک محیطی یا داخلی — مانند فشار، نور یا یک ماده شیمیایی — به یک سیگنال الکتریکی در یک سلول گیرنده حسی است که سپس سیستم عصبی می‌تواند آن را پردازش کند.

پتانسیل گیرنده چیست؟

تغییر درجه‌بندی شده در پتانسیل غشای سلول گیرنده است که توسط یک محرک تولید می‌شود؛ اندازه آن شدت محرک را منعکس می‌کند و می‌تواند پتانسیل‌های عمل را در مسیر حسی تحریک یا تعدیل کند.