انتقال حسی و گیرندهها
چگونه سلولهای گیرنده تخصصی، انرژی نور، صدا، نیروی مکانیکی، مواد شیمیایی و حتی میدانهای الکتریکی و مغناطیسی را به زبان الکتریکی سیستم عصبی تبدیل میکنند.
Definition
انتقال حسی، تبدیل یک محرک خارجی یا داخلی توسط یک سلول گیرنده به تغییر در پتانسیل غشاء — پتانسیل گیرنده — است که میتواند به سیستم عصبی منتقل شود، به طوری که هر روش حسی از پروتئینهای گیرنده و مسیرهای سیگنالدهی متناسب با شکل انرژی محرک خود استفاده میکند.
Scope
این موضوع مکانیسمهای سلولی را پوشش میدهد که توسط آنها گیرندههای حسی محرکها را شناسایی کرده و پتانسیلهای گیرندهای درجهبندی شده تولید میکنند: فتوترانسداکشن در فتوگیرندهها، مکانوترانسداکشن در سلولهای مویی و گیرندههای لمس و کشش، شیمیدریافت در حس چشایی و بویایی، ترمودریافت، و روشهای تخصصی مانند الکترودریافت و مگنتودریافت. این موضوع به حساسیت گیرنده، سازگاری، تفکیک دامنه، و تنوع سازگاریهای حسی در حیوانات میپردازد. پوشش این موضوع مقایسهای و مکانیکی است.
Core questions
- سلولهای گیرنده چگونه انواع مختلف انرژی محرک را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل میکنند؟
- چرا گیرندههای حسی سازگار میشوند و سازگاری چگونه آنچه را که یک حیوان درک میکند شکل میدهد؟
- شدت و کیفیت محرک چگونه در گیرنده قبل از رسیدن به مغز کدگذاری میشود؟
- چه حواس تخصصی تکامل یافتهاند و مکانیسمهای انتقال آنها چگونه کار میکنند؟
Key theories
- پتانسیل گیرنده به عنوان انتقال درجهبندی شده
- برخلاف پتانسیل عمل همه یا هیچ، یک گیرنده حسی یک پتانسیل گیرنده (ژنراتور) درجهبندی شده تولید میکند که اندازه آن شدت محرک را منعکس میکند، که سپس به عنوان فرکانس پتانسیلهای عمل در عصب آوران کدگذاری میشود.
- آبشارهای انتقال خاص برای هر روش
- هر حس از یک مسیر مولکولی اختصاصی استفاده میکند — یک آبشار فتوترانسداکشن پروتئین G در بینایی، کانالهای مکانیکی در شنوایی و لمس، و پروتئینهای گیرنده برای شیمیدریافت — به طوری که انرژیهای محرک متنوع به سیگنالهای الکتریکی مشترک هدایت میشوند.
Mechanisms
در فتوگیرندهها، نور باعث ایزومریزاسیون رتینال متصل به اپسین میشود که یک آبشار پروتئین G را فعال میکند و فعالیت کانالهای وابسته به نوکلئوتید حلقوی و در نتیجه پتانسیل غشاء را تغییر میدهد. در مکانوگیرندهها مانند سلولهای مویی، انحراف مستقیماً کانالهای یونی مکانیکی را باز میکند و دپولاریزاسیون سریع ایجاد میکند. شیمیگیرندههای چشایی و بویایی از گیرندهها و کانالهای غشایی برای شناسایی مولکولهای محلول یا معلق در هوا استفاده میکنند، در حالی که ترموگیرندهها از کانالهای حساس به دما استفاده میکنند. در هر مورد، پتانسیل گیرنده با شدت محرک درجهبندی میشود، از طریق چندین مکانیسم سازگاری پیدا میکند، و به قطاری از پتانسیلهای عمل تبدیل میشود که فرکانس آنها شدت را کدگذاری میکند. سیستمهای تخصصی — الکتروگیرندهها در ماهیها، اندامهای حفرهای مادون قرمز در برخی مارها، و مگنتوگیرندههای پیشنهادی — انتقال را به محرکهایی گسترش میدهند که انسان نمیتواند آنها را حس کند.
Clinical relevance
درک انتقال، زیربنای پروتزهای حسی مانند کاشت حلزون و شبکیه است و بسیاری از اشکال از دست دادن حس را توضیح میدهد؛ فیزیولوژی حسی مقایسهای نیز به اکولوژی حسی و طراحی حسگرهای بیومیمتیک کمک میکند. این مدخل یک ماده مرجع آموزشی است تا یک راهنمای بالینی.
History
کار روی مکانیک حلزون گوش توسط فون بکسی و روی رنگدانههای بینایی و پاسخهای شبکیه توسط والد، گرانیت و هارتلاین، اساس سلولی شنوایی و بینایی را در اواسط قرن بیستم بنا نهاد. فیزیولوژی مقایسهای متعاقباً آبشارهای مولکولی انتقال را ترسیم کرد و حواس عجیب و غریبی مانند الکترودریافت را آشکار ساخت و تصویر را فراتر از پنج حس کلاسیک گسترش داد.
Key figures
- Georg von Békésy
- Ragnar Granit
- Haldan Keffer Hartline
- George Wald
Related topics
Seminal works
- hill2016
- schmidtnielsen1997
- randall2002
Frequently asked questions
- چرا گیرندههای حسی مستقیماً پتانسیل عمل را شلیک نمیکنند؟
- بیشتر گیرندهها ابتدا یک پتانسیل گیرنده درجهبندی شده متناسب با قدرت محرک تولید میکنند؛ این سپس به فرکانس پتانسیلهای عمل ترجمه میشود که اطلاعات شدت را در فواصل طولانی حفظ میکند.
- سازگاری حسی چیست؟
- این کاهش پاسخ گیرنده به یک محرک ثابت و بدون تغییر است که به سیستمهای حسی اجازه میدهد تا بر تغییر تأکید کنند و در طیف وسیعی از شرایط حساس باقی بمانند.