Az érzékelés biofizikájának alapjai. Érzékelési folyamat szereplői. Az inger jellemzői MILYEN? HOL? MENNYI? MEDDIG?

Átírás

1 Az érzékelés biofizikájának alapjai Hol érzi a fájdalmat kérdezte fogorvosa A. J. P. filozófustól Micsoda kérdés! felelte Ő Természetesen agyamban! külső, belső környezet ei specifikus transzducer Érzékelési folyamat szereplői Az jellemzői MILYEN? HOL? MENNYI? MEDDIG? Magasabb szintű kódolás térbeli időbeli központi idegrendszer

2 Inger Fény Hang Helyzet Kémiai anyagok Modalitás Látás Hallás Egyensúlyérzet Ízlelés Receptortípus Fotoreceptor Mechanoreceptor Kemoreceptor Receptor felépítése Primer receptor Szekunder receptor Szaglás Nociceptiv Fájdalom szabad idegvégződés körülzárt idegvégződés környező szövetek Receptor sejt Szinapszis Hő Hőérzet Termoreceptor nem-mielinált axon mielinált axon Szinaptikus vezikulák mielinált axon Érzékelő Fájdalom Taktilis Tapintás Mechanoreceptor Mechanikai-, hő- és kémiai Fájdalom Polimodális nociceptor egyszerű neurális receptor komplex neurális receptor érzékelésre specializálódott sejt Receptor válasza az adekvát re RECEPTORPOTENCIÁL GYENGÉBB ERŐSEBB GYENGÉBB ERŐSEBB INGER INGER válasz MODULÁLT IMPULZUSKÓD Az általános, uniformis receptorválasz: (AKCIÓSPOTENCIÁL-SOROZAT FORMÁJÁBAN KÓDOLT ÜZENET) a receptor nyugalmi potenciáljának megváltozása RECEPTOR- POTENCIÁL RECEPTOR- POTENCIÁL MODULÁLT IMPULZUSKÓD (AKCIÓSPOTENCIÁL-SOROZAT FORMÁJÁBAN KÓDOLT ÜZENET) amplitúdója arányos az amplitúdójával időtartama azonos az időtartamával helyi potenciálváltozás nem Na-potenciál

3 receptorpotenciál kialakulása: TRANSZDUKCIÓ GYENGÉBB INGER RECEPTOR- POTENCIÁL ERŐSEBB MODULÁLT IMPULZUSKÓD (AKCIÓSPOTENCIÁL-SOROZAT FORMÁJÁBAN KÓDOLT ÜZENET) -elektromos jel átalakítása elektromos jellé a receptor mint transzducer működik INGER MILYEN? HOL? MENNYI? MEDDIG? KÓD A receptor típusa A receptormező lokalizációja A receptorpotenciál amplitúdója A receptorpotenciál időtartama Adaptáció : a receptorpotenciál amplítúdójának csökkenése Az információ továbbítása a receptorról a ra / axonra Szekunder receptor szinapszis axon szaglás fájdalom nyomás látás receptorpotenciál neurotranszmitter? mennyisége minősége Primer receptor helyi áramok axon receptorpotenciál áramerősség? Gyorsan adaptálódó receptorok : pl. tapintás, szaglás, hőérzet Lassan / nem adaptálódó receptorok (pl. fájdalomérzékelők - fogfájás)

4 Receptorpotenciál A receptorpotenciál hatása az elhető membránra Küszöb alatti Küszöb feletti generátorpotenciál Időbeli és térbeli szummációra serkentő szinapszis mérő elektród Axon membránpotenciálja depolarizáció (gátló szinapszisoknál hiperpolarizáció) akciós potenciál Állandó amplitúdójú, frekvencia modulált jel Membrán potenciál gátló szinapszis depol. küszöb küszöb Az AP-frekvencia és az erősség kapcsolata 1.6 x küszöb 2.7 x küszöb

5 Folytonos működésű receptorok hőmérséklet A hőérzet változása lassú melegítés majd hűtés során rel. hőmérséklet idő 34 C o meleg meleg langyos indifferens hűvös hidegérző 30 langyos hideg indifferens melegérző 26 hűvös Változatlan körülmények között állandó frekvenciájú akcióspotenciálsorozatot generálnak. Az adekvát paraméter változása frekvenciacsökkenést vagy -növekedést idéz elő. hideg perc Az információ módosulása a feldolgozás során (1) receptív mező 1 receptív mező 2 primer érző Térbeli szummáció szekunder érző bőr primer tű Az információ módosulása a feldolgozás során (2) AP frekvencia ~ erősség Akciós potenciál frekvencia 20 mm 20 mm Pl. ujjbegy Pl. hát primer érző szekunder érző primer érző szekunder érző szekunder harmadlagos Szomszédos ok gátlása Ingerület csak a domináns on Akciós potenciál frekvencia két jelet érzékel egy jelet érzékel

6 nincs fájdalom Folyamatosan működő gátló Az információ módosulása a feldolgozás során (3) Összefoglalva Háti gyökér ganglion erős fájdalom Gátlás blokkolása fájdalom idő (ms) idő (ms) idő (ms) Fájdalom és tapintás tapintás Gátlás blokkolásának a gátlása lg ΔU rec f AP fájdalom lg (erősség) ΔU rec Szagérző receptorok szelektív érzékenysége 1 4 : lő molekula A D : receptortípus Pszichofizika Rel. AP frekvencia kapcsolat az mennyiségi jellemzői és a szubjektív tapasztalás között az érzeterősség mennyiségi jellemzése, mérése Emberben 400 különböző típusú szagérző receptorsejt van, de egyes fajokban több ezer is lehet

7 Az érzékelési küszöb vizsgálata Abszolút küszöb az felismeréséhez szükséges legkisebb Döntés módszere igen - nem válasz Növekvő intenzítás Inger I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 I9 I10 I11 I12 Az küszöb meghatározása a döntés módszerével V1 Az re adott válasz V2 V3 V4 válasz (%) 0 (0) 0 (0) 0 (0) 0 (0) 0 (0) 1 (25) 2 (50) 3 (75) 4 (100) 4 (100) 4 (100) 4 (100) Az érzékelési küszöb vizsgálata Az küszöb meghatározása a lépcső módszerrel Abszolút küszöb Döntés módszere igen-nem válasz állandó küszöbérték küszöbérték tartomány erősség Ahol az igen és nem válaszok száma megegyezik a küszöb egy valószínűségi változó Próbálkozás sorszáma

8 Az küszöb meghatározása az egyéni beállítás módszerével Az érzékelési küszöb vizsgálata Abszolút küszöb az felismeréséhez szükséges legkisebb erősség erősség Próbálkozás sorszáma hallom nem hallom Döntés módszere igen - nem válasz Beállítás módszere (lásd gyakorlat) Különbségi küszöb : két megkülönböztetéséhez szükséges legkisebb különbség nagysága Kényszerített döntés módszere választani muszáj Különbségi küszöb : a megkülönböztetéshez szükséges különbség nagysága legkisebb érzékelhető különbség = I I 0 különbözőnek felismert intenzítás háttér intenzítás LÉK= I I 0 Ernst Weber ( ) "just-noticeable difference" (JND)

9 Mekkora fizetésemelés képes munkahelyváltoztatásra ösztönözni valaki? LÉK= I I 0 A LÉK nem állandó érték, nagyobb I 0 esetén nagyobb LÉK-re van szükség Ernst Weber - I 0 és a LÉK (ΔI) viszonya ΔI = I0 k :Weber-arány meghatározása mérések alapján k Fényesség Hangosság Tapintás Nyomás Ízlelés (sós) Elektromos sokk Weber-arány 0,079 0,048 0,022 0,02 0,083 0,013

10 ΔI= I I 0 RRGGGH 25 RRGGGh 5200!!!! Sokkal jobban esik, ha annyinak számolom amennyinek érzem ΔI egy függvény ΔI az erősség függvénye Gustav Theodor Fechner ( ) Fechner kapcsolatot keres az erősség és az érzeterősség között Feltételezte ( DE NEM MÉRTE ), hogy az erősség minden ΔI változása azonos mértékben változtatja az érzeterősséget. ΔI/I ~ ΔΨ x x Kapcsolatot keres az erősség és az érzeterősség között. MÉRÉSEKET VÉGEZ Ψ x x Ψ ~lgφ x ΔI 1 ΔI 2 ΔI 3 ΔI 4 ΔI 5 relatív Φ Stanley Smith Stevens ( )

11 elektromos sokk Kapcsolat az erősség és az érzeterősség között mérések alapján hőmérséklet fény elektromos sokk hőmérséklet fény rövid fényimpulzusok fényessége n Ψ Φ hatványfüggvény kitevője 0,5 szag (haptén) 0,6 n Ψ Φ hangosság (3000 Hz harmonikus) környezeti hőmérséklet ízlelés (édes) 0,67 1,00 1,30 Összefoglalva Kétféle megközelítés: Weber Fechner : Ψ ~lgφ Percepció (észlelés) - - a bejérkező ek (információ) elemzését - a beérkező információ rendszerezését - a rendszerbe foglalt információ megértését Differenciavizsgálatok esetén jobb megközelítés Stevens : n Ψ Φ Érzeterősség becslése esetén jobb megközelítés A percepció téves is lehet az illúziók félreértelmezett vizuális ek

12 A beérkező információt rendszerezzük

13