اصول علوم اعصاب؛ سیستم حسی: از حس تا ادراک

سیستم حسی (Sensory System) یک ویژگی منحصر به فرد دارد و آن این است که اطلاعات را از محیط دریافت می‌کند و آن را به یک کد خاص تبدیل می‌کند. سیستم حسی انرژی تمام مدالیته (محرک)‌ها را از محیط گرفته و آن را به یک کد خاص تبدیل می‌کنند.
coding: اطلاعات اطراف شامل نور، صدا، دما، امواج الکترومغناطیس، ارتعاش که مدالیته هستند را به .A.P تبدیل می‌کند. 
A.P. :decoding می‌آید در سیستم decode می‌شود.

A.P.: Action Potential

Coding = A.P.  = تفسیر

decoding = sensation  = perception

Sensation با یک Firing با سیم کشی خاص اتفاق می‌افتد. 
perception تفسیر و آنالیز اطلاعاتی است که توسط آن نوع از انرژی یا محرک به ما رسیده است. کورتکس مسئول آن است. 

اطلاعات چگونه code می‌شوند؟ چگونه به سیستم عصبی مرکزی می‌رسند؟ چگونه decode می‌شوند؟ چرا در سیستم عصبی، نیاز است که اطلاعات محیطی گرفته شود و نسبت به آن واکنش نشان داده شود؟ با Sensation به چه چیزهایی می‌رسیم؟ ما با محیط اطراف تعامل داریم با  Sensation حرکت اتفاق می‌افتد. باعث بقا می‌شود. Sensation کمک می‌کند اگر آنالیز اشتباه داریم آن را تصحیح کنیم. Sensation به ما اطلاعات می‌دهد فیدبک مناسب رفتاری تولید می‌کند. اگر خطا هم سر زده آن را رفع می‌کند. بدون Sensation با محیط اطراف نمی‌توان ارتباط گرفت مهار‌ت‌ها را نمی‌تونیم یاد بگیریم. نمی‌توانیم پاسخگوی نیازهای بدن خودمان باشیم. پس Sensation یک نوع Processing است.

Sensation چند مرحله دارد؟

۱- مرحله اول: Expose شدن یعنی در معرض آن مدالیته قرار گرفتن. 
رسپتورها همان مبدل‌ها یا ترانس‌دیوسرها هستند. signal transdution اتفاق می‌افتد و آن رسپتور، آن مدالیته را به A.P تبدیل می‌کند. حالا این اطلاعات باید به سیستم عصب مرکزی منتقل شوند و در دو فاز آنها را آنالیز کنیم:

1. فاز اول: Sensation است مثال ظرف داغ است.
2. فاز دوم: Perception است مثال دست را می‌کشیم؛ یعنی ادراک صورت گرفته است.

البته به نظر می‌رسد این مثال درست نباشد زیرا Perception در کورتکس اتفاق می‌افتد درحالی که عقب کشیدن دست در این مثال رفلکس بدون تاثیر کورتکس است. 

مراحل اولیه یا مراحل رایج در Sensory transmissiom شامل تحریک فیزیکی است که به کمک رسپتور و انرژی و مبدلش اتفاق می‌افتد. 
انتقال اطلاعات باید صورت بگیرد. 
برای حس کردن به ۴ پارامتر برمی‌خوریم. بدون این پارامترها، تفسیر اطلاعات حسی امکان‌پذیر نیست. 

۱- مدالیته: همان انواعی از انرژی که برای آنها می‌توان انواع رسپتور را داشته باشیم stimulus (محرک) به اینها مدالیته گفته می‌شود. 
۲- Location گیرنده: بر اساس تقسیم‌بندی جنرال، برخی گیرنده‌ها در سطح پوست قرار دارند. مثل گیرنده‌های پاچینی، مرکل، کراوز. و این امکان را به ما می‌دهند که اگر با بینایی نتوانیم بخوانیم با لمس بتوانیم خط بریل را بخوانیم. پراکندگی گیرنده‌ها در محل، پارامتر مهم دیگری در Sensation است. 
یک سری گیرنده‌ها ویسرال هستند و در ارگان‌های داخلی قرار دارند مثل بارورسپتورها یا کمورسپتورها. در شریان یک سری گیرنده داریم به فشار حساس‌اند‌،  در ساقه مغز یک سری گیرنده داریم که به غلظت CO2 حساس‌اند. 
بعضی گیرنده‌ها نه سطحی‌اند و نه احشایی. گیرنده‌های طول عضله مثل دوک عضلانی وتری گلژی که در عضلات عمقی وجود دارند.

۳- intensity یا شدت محرک: نشان دهندهٔ چیست؟ نشان می‌دهد چقدر انرژی به رسپتور منتقل شده. مثلاً صدا خیلی بلند است. می‌گوییم شدید است. می‌شود دامنه (امپلی‌تود) پاسخ را بیش گویی می‌کند. هر چقدر intensity بیشتر باشد پاسخ قوی‌تر خواهد بود و در فرکانس پاسخدهی و دامنه پتانسیل عمل تاثیر دارد.

۴- Timing یا مدت زمانی که آن انرژی، رسپتور را تحت تاثیر قرار می‌دهد. 
مثلاً چراغ اتاق دائم روشن است ولی آیا رسپتور بینایی دائم دارد پاسخ می‌دهد؟ خیر
چیزی که برای ما مهم است این است که رسپتور کی on می‌شود؟  کجا off می‌شود؟ Timing زمینه‌ساز مسئله Aadaptation است. پوشیدن کفش تنگ اول آزار دهنده است بعد عادی می‌شود و آداپته می‌شویم و این بستگی به این دارد که Timing آن رسپتور به چه شکلی است و چه زمانی on یا off می‌شود. Timing و در ادامه Aadaptation رسپتورها برای تاب‌آوری و بقا و اینکه بدن ما بتواند انرژی خودش را حفظ کند، نقش مهمی دارد.

رسپتورها (ترانس‌دیوسرها) به چند مدل هم تقسیم‌بندی می‌شوند.

۱- براساس نوع مدالیته: به کشش‌، لمس (touch)، فشار، تغییر شکل پوست حساس‌اند. ترمورسپتورها (دما)، نوسی‌سپتورها (به میزان آسیب حساس‌اند) برخی به انرژی الکترومغناطیس حساس‌اند. فتورسپتورها به نور، کمورسپتورها به شوری، ترشی، شیرینی و گازهای اطراف ما. 

۲- براساس جای‌گیری: به Exteroreceptor در نوک انگشتان و در سطح پوست جای دارند.
introreceptor
viceroreceptor در احشا جای دارند. مثلا در معده قرار دارند و به کشش معده حساسیت دارند. 
Proprioreceptore یا عمقی که به پوزیشن آگاهی دارند.

به پوزیشن خود آگاهی داریم، طول عضله و مقدار کشش در عضله را می‌توانند مانیتور کنند. در عمق عضلات و انتهای عضلات در قسمت وتر عضله قرار دارند.

ساختار رسپتور با عملکرد آن هم‌خوانی دارد. مثلاً شکل گیرنده‌های پاچینی کپسولی است یا شکل دوک‌های عضلانی چرا این‌گونه است؟ یا گیرنده‌های بینایی مخروطی یا استوانه‌ای هستند؟
ما برای درد نیاز به حساسیت بالا داریم. چرا گیرنده درد منتشر است؟ چون بتواند همه جای بدن پخش باشد و بتواند محرک درد را از همه جا بگیرد و دریافت کند. 
اما در پاچینی کارش این است که دقت داشته باشد پس گیرنده‌اش کپسولی است تا بتواند وقتی انرژی را گرفت روی انرژی تسلط داشته باشد بعد A.P ایجاد کند.
یا دوک‌های عضلانی چرا دوکی‌شکل هستند؟ تا بتوانند طول مناسبی از عضله را کاور کنند.
ما در سطح پوست خصوصاً نوک انگشتان توزیع گیرنده‌های پاچینی و مرکل را داریم وقتی می‌گویم لمس خام داریم معمولا گیرنده‌های مرکل درگیرند. معمولاً گیرنده‌های پاچینی فشار را تشخیص می‌دهند. و اینکه چه تعداد گیرنده پاچینی اگر درکیر شد به ما بگوید لمس دقیق است چه تعداد گیرنده‌های مرکل و مایسنر اگر تحریک شد می‌تواند به ما بگوید لمس خام است و اینکه چه تعداد از این رسپتورها تحریک شده باشند می‌توان لمس خام crude touch لمس دقیق fine touch را از هم تمیز داد. 
تبدیل انرژی در گیرنده‌ها به دو صورت انجام می‌شود: برخی گیرنده‌ها خودشان مبدل انرژی‌اند به آنها generator Potential می‌گویم مثل پاچینی که کپسول دارند. برخی گیرنده‌ها receptor Potential حساب می‌شوند.
تفاوت این دو چیست؟ آنها که کپسولی نیستند خودشان ارگان جداگانه ای هستند مثل گیرنده‌های مخروطی یا استوانه ای که خودشان یک رسپتور دارای هویت هستند. 
در generator receptorها خود عصب یک دفرمیشن ایجاد کرده و یک کپسولی ساخته که آن منطقه، منطقه گیرنده حساب می‌شود. در receptor p. یک اجسام جداگانه‌ای داریم که ابتدا در خود این اجسام انرژی تغییر پیدا می‌کند ما حصل این واقعه به عصب منتقل می‌شود یعنی عصب و گیرنده جدا از هم قرار می‌گیرند. 

چگونه این دو کار مبدل بودن خود را نجام می‌دهند؟
در گیرنده‌هایی که ذکر شد Coding چگونه اتفاق افتاده است؟
در .G.P انتهای عصب دفرمه شده و تبدیل به گیرنده شده یک کشش یا یک تحریک مکانیکی اول به عنوان محرک وارد عصب می‌شود اول سرپوش و کپسول را تحت تاثیر قرار می‌دهد. کپسول تغییر ساختار می‌دهد و باعث می‌شود کانال‌های وابسته به ولتاژ باز شوند. ⁺Na وارد سلول عصبی شود در انتهای عصب .A.P ایجاد می‌شود اما در  .R.Pها: مثلا رسپتورهای مخروطی یا استوانه‌ای وقتی در معرض نور قرار می‌گیریم یا کلآ تحریک شده، پروتین‌هایی به نام رودوپسین فعال می‌شوند کانال‌های سدیمی وابسته به ولتاژ باز می‌شوند پس اپسین‌ها نقش پیامبر ثانویه را در بینایی دارند  وقتی مثلاً یک سلول استوانه ای تحریک می‌شود از آن ماده شیمایی یا chemical messenger  آزاد می‌شود.
برخی از محرک‌ها این توانایی را دارند که انواع و اقسام گیرنده را فعال کنند. برخی از گیرنده‌ها اگر intensity محرک بیشتر شود در یک محوطه از بدن می‌تواند چند تا گیرنده را همزمان فعال کند؛ اما اینکه تشخیص می‌دهیم این گیرنده درد است یا فشار یا حرارت و … که فعال شده برمی‌گردد به این پارامتر خاص در محرک که به آن adequate stimulus یا محرک کافی می‌گویند.

مهمترین رسالت گیرنده این است که هر کدام از آنها به یک مقدار خاصی از انرژی بیشترین sensitivity را دارند. یعنی گیرنده‌ای که اول تحریک می‌شود گیرنده مناسب برای آن تحریک است مثلاً وقتی پوست دست را لمس می‌کنیم با کمترین تماس گیرنده‌های مرکل را درگیر می‌کنیم. تحریک که شدیدتر می‌شود گیرنده‌های فشار و بعد درد درگیر می‌شوند. اما ما می‌گوییم تاچ (لمس) اتفاق افتاده. چرا؟

چون اول از همه، گیرنده‌های مربوط به لمس درگیر شدند.

گیرنده‌ها می‌توانند به همه مدالیته‌ها پاسخ دهند. اما گیرنده‌ای موفق است که به کمترین میزان انرژی و محرک پاسخ دهد. پس اول برای اینکه گیرنده تحریک شود باید یک مقدار مشخصی از انرژی را دریافت کند. دوم اینکه گیرنده‌ها باید به آن مقدار از انرژی حساسیت داشته باشند. به کمترین میزان از انرژی که گیرنده بدان حساس است adequates stimulus یا محرک کافی می‌گویند.

حساسیت اختصاصی گیرنده‌ها

specificity با چه پارامتری اندازه‌گیری می‌شود؟ با کمترین میزان انرژی که گیرنده به آن حساس است.
محرک‌های اختصاصی محرک‌هایی هستند که با کمترین مقدار انرژی به آن محرک‌ها پاسخ داده می‌شود.

ما به هر تعداد که مدالیته داریم به همان تعداد هم Sensation داریم.
مدالیته تماس»»»» Sensation لمس
مدالیته Pain Sensation «««« damages
مدالیته فرکانس صوتی»»»» Sensation شنوایی
اگر چشم خود را ببندیم و با نوک انگشت، چشم بسته را فشار دهیم چه اتفاقی می‌افتد؟ یک تونل قرمز انگار می‌بینیم یا حالت جرقه جرقه دیده می‌شود. ما یک مدالیته ای به نام فشار به چشم وارد کردیم اما نور دیدیم. چرا؟ بر هر گیرنده به نوع خاصی از محرک پاسخ می‌دهد. سلول استوانه‌ای یا مخروطی اگر تکه تکه هم شوند می‌گوید نور زیاد یا کم شد چون تماس سیم کشی آن برای تفسیر بینایی است. تنها چیزی که می‌شناسد نور است. به این مسئله می‌گوییم: labeled line principle
رسپتور و تمام مسیری که با آن رسپتور کانال‌کشی می‌شود و می‌رود تا به سیستم عصبی می‌رسد مشخص و اختصاصی است
برای هر حسی این سیم‌کشی جداست (قوانین wiring عصبی). هر گیرنده‌ای مسئول پاسخدهی به نوع خاصی از انرژی است و اگر امواج الکترومغناطیسی هستند گیرنده‌های مخروطی و استوانه‌ای. اگر damage است گیرنده‌های درد و اگر دما است گیرنده‌های رافینی و کراوز. 
برای هر کدام از اینها لاین مشخص برای انتقال داده به سیستم عصبی وجود دارد. چطور این لاین ساخته می‌شود؟ از انتهای گیرنده، عصب خارج می‌شود و آکسون انرژی را به سیستم عصبی منتقل می‌کند. 
بعضی از تغییرات ولتاژ به سمت مثبت شدن هستند یا graded Potential هستند یعنی خودشان هنوز .A.P نیستند. اگر graded Potential با هم جمع شوند می‌توانند در قسمت ابتدای آکسون initial segment پتانسیل عمل ایجاد کنند و مثلا توسط فیبرهای Aبتا با سرعت ۶۰-۳۰ متر بر ثانیه جابه‌جا شوند.

آداپتاسیون

برخی گیرنده،ها Fast Adapting هستند گیرنده‌هایی که در سطح بدن پراکنده هستند بیشترشان FA هستند (کفش تنگ).
برخی گیرنده‌ها Slow Adapting هستند برخی گیرنده‌ها همیشه فعالیت دارند یعنی SA است. مثل دوک‌های عضلانی و اندام وتری گلژی خیلی آهسته دچار آداپتاسیون می‌شوند. برخی گیرنده،ها هرگز دچار آداپتاسیون نمی‌شوند.
گیرنده‌های FA اکثراً کپسولی هستند و انتهای گیرنده می‌تواند سریع دفرمه یا دیفورم شوند. 

در .Generater. P چگونه .A.P شکل می‌گیرد؟
در انتهای کپسول اول یک EPSP ایجاد می‌شود و چند تا EPSP روی هم سوار می‌شوند تا ولتاژ را به ترشولد برسانند و بعد .A.P ایجاد می‌شود و دامنه زیاد می‌شود
به FAها رسپتورهای فازیک گفته می‌شود چون پاسخ‌ها سریع است نوسان دارند. فازشان گاهی افزایشی و گاهی کاهشی است. به SAها رسپتورهای تونیک گفته می‌شود چون پاسخ‌هایشان long term است و در یک بازه زمانی طولانی دارند پاسخ می‌دهند. ولتاژ پایه مثبتی دارند و دائما مایلند به سمت پاسخ دهی بروند. 
FAها به تغییرات و کم و زیاد شدن حساسند یا به on و off شدن حساسند TRها یک تون پایه دارند به طور نسبی در بازه زمانی شدت محرک (intensity) را گزارش می‌دهند.

یک رابطه بین پتانسیلی که در گیرنده ایجاد می‌شود و AP که بعد ایجاد می‌شود وجود دارد. 
هر چقدر تعداد grade‌d pها بیشتر باشد و یا شدت آنها بیشتر باشد AP سریع‌تر ایجاد می‌شود. 
در یک بازه زمانی محور X پتانسیل غشا به صورت graded افزایش پیدا می‌کند تا یک جایی که AP را می‌توانیم داشته باشیم graded p با افزایش تدریجی می‌تواند باعث ایجاد AP شود. بدون رسپتور پتانسیل»» AP اتفاق نمی‌افتد. graded p روی هم سوار می‌شوند تا به آستانه که رسید AP را ایجاد می‌کند پس AP خروجی نهایی recepotor Potential است

اثر شدت RP در فرکانس ایمپالس‌های تولید شده که هر چقدر دامنه G.P یا RP بیشتر باشد تعداد اسپایک‌های AP بیشتر می‌شود. هر چقدر دامنه GP یا RP بالاتر باشد تعداد اسپایک‌های AP بالاتر است. اینجا لحظه تحریک را دارد نشان می‌دهد.‌ APها حالت دومینو دارند وقتی به انتهای مقصد رسید شروع به خفه شدن و کم شدن می‌کند و خستگی رخ می‌دهد چون دیگر نوروترانسمیتر تمام می‌شود.

قانون توان اگر دامنه AP زیاد شود تعداد اسپایک‌ها هم زیاد می‌شود. به ازای انرژی که دارد زیاد می‌شود تعداد گیرنده‌های بیشتری تحریک می‌شود تا جایی که دیگر گیرنده آزاد دیگری برای تحریک شدن وجود نداشته باشد که می‌تواند حالت توانی یا تصاعدی داشته باشد یا می‌تواند حالت شیب‌دار باشد. 

هر چقدر شدت محرک اولیه بیشتر باشد برای حس جدید باید محرک قوی‌تری وارد کنیم. 
مثل خرید لپ تاپ »»  ۵۰ میلیون + ۲ میلیون برنامه اضافه
و خرید یک چیز دیگر »» ۵ میلیون + ۲۰۰ تومان برنامه اضافه
۲٠٠ در برابر ۵ میلیون عدد بزرگی است؛ ولی در برابر ۵۰ میلیون عددی نیست. 
قانون توان: اگر شدت محرک اولیه بالا باشد برای تحریک دوباره باید محرک جدید قوی‌تر از اولیه وارد کنیم.

دلیل آداپتاسیون چیست؟

مغز ما می‌خواهد بعضی از اطلاعات اضافه را به تراش بفرستد و اینها نویز هستند برای گرفتن نویز مغز از آداپتاسیون استفاده می‌کند که بعضی از اطلاعات بی‌فایده را فیلتر کند که بتوانیم به اطلاعات مهم بپردازیم. مثلاً اطلاعات از وضعیت بدن آداپتاسیون ندارد چون اگر ما یک ساعت بایستم و خبر نداشته باشیم که در چه وضعیتی هستیم دچار افت فشار هیدرواستاتیک شده و غش (faint) می‌کنیم. پس خبر داریم و می‌نشینیم تا دچار افت فشار خون نشویم یا مثلاً پاهایمان را روی هم می‌اندازیم اگر بر نداریم خواب می‌رود و…
باعث آلارم و بقا می‌شود و از اسراف انرژی جلوگیری می‌شود. 
گیرنده‌های فشار سریع آداپته می‌شوند. 
گیرنده‌های توزیع شده در مو کمی آهسته‌تر ولی .F.A هستند. 
گیرنده‌های دوکی و وتری گلژی S.A هستند.
گیرنده‌های درد هم دچار آداپتاسیون نمی‌شوند.

CV استاد گرانقدر خانم دکتر ثریا مهرابی