ระบบรับความรู้สึกทางกาย (Somatosensory System)

ระบบรับความรู้สึกทางกายจะส่งข้อมูลเกี่ยวกับการสัมผัส, แรงกด, การสั่นสะเทือน, ตำแหน่งของแขนขา (การรับรู้อากัปกิริยา), อุณหภูมิ, และความเจ็บปวดจากร่างกายไปยังสมอง ตัวรับความรู้สึกส่วนปลายและวิถีประสาทส่วนกลางของระบบนี้มีการจัดเรียงแบบโซมาโตโทปิก (somatotopic) ซึ่งหมายความว่าพื้นผิวของร่างกายจะถูกทำแผนที่อย่างเป็นระเบียบไปยังทาลามัสและคอร์เทกซ์รับความรู้สึกทางกาย

Definition

ระบบรับความรู้สึกทางกายประกอบด้วยตัวรับแรงกล, ตัวรับอุณหภูมิ, และตัวรับความเจ็บปวดส่วนปลาย, วิถีประสาทขาขึ้นแบบดอร์ซัลคอลัมน์-มีเดียลเลมนิสกัส (dorsal-column-medial-lemniscal) และแอนเทอโรแลเทอรัล (สไปโนทาลามิก), นิวเคลียสถ่ายทอดความรู้สึกทางกายของทาลามัส, และคอร์เทกซ์รับความรู้สึกทางกายปฐมภูมิและทุติยภูมิที่แสดงถึงร่างกาย

Scope

บทความนี้ครอบคลุมถึงตัวรับความรู้สึกและวิถีประสาทขาขึ้นของการรับความรู้สึกทางกาย, การจัดระเบียบแบบโซมาโตโทปิกของคอร์เทกซ์รับความรู้สึกทางกาย, หลักการจัดระเบียบแบบคอลัมน์ของคอร์เทกซ์, และภาพรวมของการปรับเปลี่ยนความเจ็บปวด บทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการอ้างอิงและให้ความรู้ และไม่ได้กล่าวถึงการประเมินทางคลินิกหรือการรักษาภาวะความรู้สึกหรือความเจ็บปวด

Core questions

• รูปแบบย่อยของการรับความรู้สึกทางกายที่แตกต่างกันถูกเปลี่ยนเป็นสัญญาณและส่งผ่านวิถีประสาทที่แตกต่างกันได้อย่างไร?
• พื้นผิวของร่างกายถูกทำแผนที่แบบโซมาโตโทปิกไปยังคอร์เทกซ์ได้อย่างไร?
• การประมวลผลของคอร์เทกซ์ถูกจัดระเบียบเป็นคอลัมน์ที่มีหน้าที่คล้ายกันได้อย่างไร?
• การส่งผ่านสัญญาณความเจ็บปวดถูกปรับเปลี่ยนภายในระบบประสาทได้อย่างไร?

Key concepts

• โซมาโตโทปีและโฮมุนคูลัสรับความรู้สึก
• วิถีประสาทแบบดอร์ซัลคอลัมน์-มีเดียลเลมนิสกัส
• วิถีประสาทแบบแอนเทอโรแลเทอรัล (สไปโนทาลามิก)
• คอลัมน์ของคอร์เทกซ์และการแยกรูปแบบการรับความรู้สึก
• การรับรู้อากัปกิริยา
• การรับรู้ความเจ็บปวดและการปรับเปลี่ยนความเจ็บปวด

Key theories

ทฤษฎีการควบคุมประตูของความเจ็บปวด

เมลแซคและวอลล์เสนอว่าการส่งผ่านสัญญาณความเจ็บปวดจากไขสันหลังไปยังสมองมีการปรับเปลี่ยนหรือ 'ควบคุมประตู' โดยกิจกรรมสัมพัทธ์ของเส้นใยประสาทนำเข้าขนาดใหญ่และขนาดเล็ก และโดยอิทธิพลจากส่วนบนของสมอง ดังนั้นความเจ็บปวดจึงไม่ใช่การอ่านค่าความเสียหายโดยตรงที่เรียบง่าย

Mechanisms

ตัวรับความรู้สึกที่จำเพาะจะเปลี่ยนสิ่งเร้าทางกล, ความร้อน, และความเจ็บปวดให้เป็นสัญญาณประสาท การสัมผัสที่แยกแยะได้และการรับรู้อากัปกิริยาจะส่งขึ้นไปตามวิถีประสาทแบบดอร์ซัลคอลัมน์-มีเดียลเลมนิสกัส ในขณะที่ความเจ็บปวดและอุณหภูมิจะส่งขึ้นไปตามระบบแอนเทอโรแลเทอรัล ทั้งสองระบบจะถ่ายทอดสัญญาณผ่านทาลามัสไปยังคอร์เทกซ์รับความรู้สึกทางกาย เพนฟิลด์และโบลดรีย์ได้ทำแผนที่โฮมุนคูลัสรับความรู้สึกแบบโซมาโตโทปิกทั่วกลีบหลังส่วนกลาง (postcentral gyrus) และการบันทึกของเมาท์คาสเซิลเผยให้เห็นว่าคอร์เทกซ์มีการจัดระเบียบเป็นคอลัมน์แนวตั้งของเซลล์ที่มีรูปแบบการรับความรู้สึกและตำแหน่งของสนามรับความรู้สึกร่วมกัน ซึ่งเป็นการสร้างหลักการจัดระเบียบแบบคอลัมน์ของคอร์เทกซ์ ทฤษฎีการควบคุมประตู (gate control theory) ของเมลแซคและวอลล์ยังแสดงให้เห็นอีกว่าการส่งผ่านสัญญาณความเจ็บปวดมีการปรับเปลี่ยนอย่างแข็งขันมากกว่าที่จะเป็นแบบคงที่

Clinical relevance

เนื่องจากรูปแบบย่อยของการรับความรู้สึกเดินทางในวิถีประสาทที่แตกต่างกันทางกายวิภาค รอยโรคจึงทำให้เกิดรูปแบบการสูญเสียความรู้สึกที่จำเพาะ และคอร์เทกซ์รับความรู้สึกทางกายเป็นจุดอ้างอิงที่สำคัญสำหรับการทำแผนที่คอร์เทกซ์ บทความนี้อธิบายการจัดระเบียบปกติเพื่อวัตถุประสงค์ทางการศึกษา และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือรักษาความผิดปกติทางความรู้สึกหรือความเจ็บปวด

Evidence & guidelines

ความเข้าใจเกี่ยวกับระบบรับความรู้สึกทางกายอาศัยการศึกษาทางสรีรวิทยาไฟฟ้าของเซลล์เดี่ยว, การทำแผนที่กระตุ้นคอร์เทกซ์, การติดตามทางกายวิภาค, และการสร้างภาพทางระบบประสาทในมนุษย์ การจัดระเบียบแบบคอลัมน์มาจากบันทึกของเมาท์คาสเซิล, แผนที่คอร์เทกซ์จากเพนฟิลด์และโบลดรีย์, และการปรับเปลี่ยนความเจ็บปวดจากทฤษฎีการควบคุมประตูของเมลแซคและวอลล์ การรักษาอ้างอิงมาตรฐานมักปรากฏในตำราประสาทวิทยาที่ครอบคลุม

History

วิถีประสาทรับความรู้สึกขาขึ้นได้รับการระบุผ่านความสัมพันธ์ทางคลินิก-กายวิภาคในศตวรรษที่สิบเก้าและต้นศตวรรษที่ยี่สิบ และแผนที่ความรู้สึกของคอร์เทกซ์ถูกทำแผนที่โดยการกระตุ้นระหว่างการผ่าตัดของเพนฟิลด์และโบลดรีย์ การบันทึกของเมาท์คาสเซิลในช่วงกลางศตวรรษได้สร้างการจัดระเบียบแบบคอลัมน์ของคอร์เทกซ์รับความรู้สึก และทฤษฎีการควบคุมประตูในปี 1965 ได้เปลี่ยนมุมมองความเจ็บปวดว่าเป็นสัญญาณที่ถูกปรับเปลี่ยนมากกว่าที่จะเป็นสัญญาณที่เชื่อมโยงกันอย่างตายตัว

Key figures

• Vernon Mountcastle
• Wilder Penfield
• Ronald Melzack
• Patrick Wall

Seminal works

• mountcastle-1957
• penfield-boldrey-1937
• melzack-wall-1965

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่างวิถีประสาทแบบดอร์ซัลคอลัมน์และแอนเทอโรแลเทอรัลคืออะไร?

วิถีประสาทแบบดอร์ซัลคอลัมน์-มีเดียลเลมนิสกัสส่งผ่านการสัมผัสละเอียด, การสั่นสะเทือน, และการรับรู้อากัปกิริยา ในขณะที่วิถีประสาทแบบแอนเทอโรแลเทอรัล (สไปโนทาลามิก) ส่งผ่านความเจ็บปวดและอุณหภูมิ ทั้งสองวิถีประสาทจะข้ามแนวกลางของร่างกายในระดับที่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมรอยโรคบางอย่างจึงทำให้ความรู้สึกเหล่านี้แยกจากกัน

คอลัมน์ของคอร์เทกซ์คืออะไร?

คอลัมน์ของคอร์เทกซ์คือกลุ่มเซลล์ประสาทแนวตั้งที่ทอดผ่านชั้นต่างๆ ของคอร์เทกซ์ซึ่งมีคุณสมบัติการทำงานร่วมกัน เช่น รูปแบบการรับความรู้สึกและตำแหน่งของสนามรับความรู้สึก เมาท์คาสเซิลได้อธิบายการจัดระเบียบแบบคอลัมน์นี้ในคอร์เทกซ์รับความรู้สึกทางกาย