Capitolo 24 Gli organi di senso

La recezione sensoriale 24.1 Nel cervello gli stimoli sensoriali diventano sensazioni e poi percezioni Le percezioni vengono «costruite» dall’encefalo quando esso analizza le sensazioni e le integra con altre informazioni, formando un’interpretazione mentale o un’interpretazione consapevole del dato sensoriale. Figura 24.1

24.2 I recettori sensoriali convertono l’energia degli stimoli in potenziali d’azione Gli organi di senso contengono cellule recettrici, o recettori sensoriali, specializzate nel captare gli stimoli. La ricezione di uno stimolo consiste nella conversione, da parte di una cellula recettrice, di un tipo di segnale (lo stimolo) in un impulso elettrico (trasduzione sensoriale).

La trasduzione sensoriale, avviene sulla membrana plasmatica del recettore, dove produce un cambiamento nel potenziale di membrana. Potenziali d’azione Assenza di zucchero Presenza di zucchero Potenziale d’azione Neurone sensoriale Neurotrasmettitore Potenziale generatore Recettore sensoriale Ione  Percorso di trasduzione del segnale Canali ionici Membrana del recettore Molecola di zucchero (stimolo) Lingua Calice gustativo Poro gustativo Molecola di zucchero Recettori sensoriali mV 2 1 3 4 Figura 24.2A 5

La frequenza dei potenziali d’azione comunica l’intensità dello stimolo alle corrispondenti aree cerebrali. Interneurone «dello zucchero» Recettore dello zucchero Interneurone «del sale» Recettore del sale Cervello Neuroni sensoriali Calice gustativo Calice gustativo Assenza di zucchero Aumento della dolcezza Assenza di sale Aumento della salinità Figura 24.2B

Se ripetutamente stimolati, i recettori tendono a diventare meno sensibili. Questo principio è chiamato adattamento sensoriale. I recettori innescano un numero minore di potenziali d’azione e, di conseguenza, il cervello può perdere la consapevolezza degli stimoli.

24.3 Recettori sensoriali specializzati distinguono cinque categorie di stimoli Una sezione di pelle umana rivela perché la superficie del nostro corpo è sensibile a una grande varietà di stimoli. Tocco leggero Dolore Freddo Pelo Tocco leggero Calore Epidermide Derma Tessuto connettivo Movimento del pelo Pressione forte Figura 24.3A Nervo

I recettori dolorifici A eccezione del cervello, ogni parte del corpo possiede recettori dolorifici. Essi sono in grado di captare anche eccessi di calore e di pressione e la presenza di molecole rilasciate da tessuti danneggiati o infiammati.

I termocettori I termocettori situati nella pelle sono sensibili sia al caldo sia al freddo. Altri sensori, localizzati in profondità, controllano invece la temperatura del sangue.

I meccanocettori Ciascun tipo di meccanocettore è stimolato da una diversa forma di energia meccanica: tatto, pressione, tensione dei muscoli, movimento e suono. Filamenti del recettore Neurotrasmettitori presso una sinapsi Neurone sensoriale Potenziali d’azione Più neurotrasmettitori Meno neurotrasmettitori 2 Fluido in movimento in una direzione 3 Fluido in movimento in un’altra direzione Recettore a riposo 1 Figura 24.3B

I chemiocettori I chemiocettori comprendono sia le cellule sensoriali del naso e dei calici gustativi, sia particolari recettori che individuano le sostanze chimiche che si trovano all’interno del corpo. SEM 80 Figura 24.3C

I recettori elettromagnetici I recettori elettromagnetici I recettori elettromagnetici sono sensibili all’elettricità, al magnetismo e alla luce. Occhio Recettore per gli infrarossi Figura 24.3D

Il senso della vista 24.4 Tra gli invertebrati si sono evoluti molti tipi di occhi Uno dei tipi più semplici di organo fotosensibile è la macchia oculare che fornisce informazioni circa l’intensità della luce e la direzione dalla quale proviene. Macchie oculari Figura 24.4A

l’occhio a lente singola. Negli invertebrati si sono evoluti due tipi di occhi in grado di formare immagini: l’occhio composto, costituito da molti minuscoli rilevatori di luce chiamati ommatidi. l’occhio a lente singola. Figure 24.4B, C

24.5 I vertebrati hanno occhi a lente singola 24.5 I vertebrati hanno occhi a lente singola Il globo oculare umano è costituito da una membrana biancastra e resistente (la sclera) la cui parte anteriore trasparente, detta cornea, permette il passaggio della luce e partecipa alla messa a fuoco dell’immagine. I fotorecettori della retina trasducono l’energia luminosa. Sclera Corpo ciliare Legamento Cornea Iride Pupilla Umore acqueo Lenti Umore vitreo Coroide Retina Fovea (centro del campo visivo) Nervo ottico Arteria e vena Punto cieco Figura 24.5

24.6 Per la messa a fuoco delle immagini le lenti oculari cambiano posizione o forma La messa a fuoco dipende dal cristallino: viene regolato da muscoli che lo spostano (se è rigido) o che ne modificano la curvatura (se è elastico). Muscolo ciliare contratto Legamento allentato Coroide Retina Cristallino Luce proveniente da un oggetto vicino (raggi divergenti) Visione da vicino (accomodamento) Muscolo ciliare rilassato Legamento contratto Luce proveniente da un oggetto distante (raggi paralleli) Visione da lontano Figura 24.6

COLLEGAMENTI 24.7 Le lenti artificiali o la chirurgia possono correggere alcuni difetti della messa a fuoco Tre dei più comuni difetti della vista sono la miopia, l’ipermetropia e l’astigmastismo. Le persone con miopia non mettono bene a fuoco gli oggetti lontani, mentre vedono chiaramente gli oggetti vicini: il globo oculare di un miope è più lungo del normale. Nell’ipermetropia il globo oculare è più corto del normale e la focalizzazione dell’immagine avviene oltre la retina.

Le lenti correttive fanno divergere leggermente i raggi luminosi provenienti dagli oggetti lontani prima che essi arrivino all’occhio. Forma normale del globo oculare Lente correttiva divergente Punto focale Punto focale Cristallino Retina Forma normale del globo oculare Lente correttiva convergente Punto focale Punto focale Retina Figure 24.7A, B

24.8 I fotocettori dell’occhio umano sono i coni e i bastoncelli 24.8 I fotocettori dell’occhio umano sono i coni e i bastoncelli I coni vengono stimolati dalla luce intensa e sono in grado di distinguere i colori. I bastoncelli sono estremamente più sensibili alla luce e ci consentono di vedere nella debole luce notturna. Corpo cellulare Bastoncello Cono Membrane discoidali contenenti pigmenti visivi Terminazioni sinaptiche Figura 24.8A

Coni e bastoncelli assorbono la luce e inviano potenziali d’azione al cervello. Cono Bastoncello Fotorecettori Neuroni Retina Fibre del nervo ottico Nervo ottico Figura 24.8B

Il senso dell’udito e l’equilibrio 24.9 Nell’orecchio le onde sonore vengono amplificate e trasformate in impulsi nervosi L’anatomia dell’orecchio L’orecchio esterno è costituito dal padiglione auricolare e dal condotto uditivo: entrambi raccolgono e convogliano le onde sonore verso il timpano, una membrana che separa l’orecchio esterno dall’orecchio medio. Orecchio esterno Orecchio interno Padiglione auricolare Condotto uditivo Tromba di Eustachio Orecchio medio Timpano Figura 24.9A

Sollecitato dalle onde sonore, il timpano inizia a vibrare e trasmette queste onde ai tre ossicini dell’orecchio medio; le vibrazioni passano poi attraverso il liquido della coclea nell’orecchio interno. Staffa Ossa del cranio Canali semicircolari (mantenimento dell’equilibrio) Nervo acustico, diretto al cervello Incudine Martello Timpano Finestra ovale (dietro la staffa) Tromba di Eustachio Coclea Figura 24.9B

Le vibrazioni nel liquido della coclea piegano una serie di cellule ciliate dell’organo di Corti in contatto con la membrana tettoria. I neuroni sensoriali posti alla base delle cellule ciliate trasportano, attraverso il nervo acustico, i potenziali d’azione dall’organo di Corti al cervello. Canale mediano Osso superiore Nervo acustico Organo del Corti inferiore Cellule ciliate Membrana tettoria Neuroni sensoriali Al nervo acustico Membrana basilare Sezione trasversale della coclea Figure 24.9C, D

La funzione acustica dell’orecchio La funzione acustica dell’orecchio Le vibrazioni prodotte dalle onde sonore vengono amplificate mentre sono trasferite attraverso l’orecchio. Condotto uditivo Padiglione auricolare Timpano Martello, incudine e staffa Finestra ovale Canali cocleari superiore e mediano inferiore Amplificazione nell’orecchio medio Organo di Corti stimolato Tempo Una vibrazione Ampiezza Orecchio esterno Orecchio medio Orecchio interno Compressione Figura 24.9D

La percezione del volume e del tono dei suoni A un volume maggiore corrisponde un’ampiezza maggiore delle onde di compressione generate: le onde sonore di ampiezza maggiore producono vibrazioni più forti e, di conseguenza, i neuroni sensoriali generano più potenziali d’azione. Il tono del suono dipende invece dalla frequenza delle onde sonore: ogni regione della membrana basilare è sensibile a una particolare frequenza di vibrazioni.

24.10 Nell’orecchio interno hanno sede i nostri organi dell’equilibrio 24.10 Nell’orecchio interno hanno sede i nostri organi dell’equilibrio Nel corpo umano esistono due gruppi di recettori per l’equilibrio situati su ciascun lato del cranio, nell’orecchio interno. I recettori si trovano vicino alla coclea in cinque strutture piene di liquido, costituite da tre canali semicircolari e da due concamerazioni dette orticolo e sacculo.

Queste strutture sono adibite al senso dell’equilibrio e possono percepire movimenti in tutte le direzioni dello spazio. Canali semicircolari Nervo Coclea Orticolo Sacculo Flusso del liquido Cupola Ciglia Cellula ciliata Fibre nervose Direzione del movimento del corpo Figura 24.10

COLLEGAMENTI 24.11 La causa dei disturbi provocati dal movimento è un conflitto di segnali tra l’orecchio interno e il senso della vista I disturbi dovuti al movimento (chinetosi) derivano dal fatto che il cervello riceve segnali (provenienti dai recettori dell’equilibrio posti nell’orecchio interno) che sono in contrasto con i segnali provenienti da altri recettori, in genere dagli occhi.

Il senso dell’olfatto e del gusto 24.12 I recettori del gusto e degli odori captano la presenza di sostanze nelle soluzioni o nell’aria I nostri sensi dell’olfatto e del gusto dipendono da cellula recettrici che captano le sostanze chimiche presenti nell’ambiente. Cervello Potenziali d’azione Bulbo olfattivo Cavità nasale Osso Cellula epiteliale Cellula chemiocettrice Ciglia Figura 24.12 Muco

I chemiocettori del naso individuano le molecole disperse nell’aria. Il senso dell’olfatto I chemiocettori del naso individuano le molecole disperse nell’aria. Nel naso, ogni cellula recettrice può captare uno dei cinquanta tipi principali di odori.

Il senso del gusto I recettori dei calici gustativi rilevano le molecole in soluzione. Oltre ai quattro gusti che ci sono più familiari, cioè il dolce, il salato, l’acido e l’amaro, gli scienziati hanno scoperto che esiste un quinto sapore prevalente, che hanno chiamato umami (che in giapponese significa «delizioso»).

COLLEGAMENTI 24.13 Il nostro senso del gusto può cambiare con l’età 24.13 Il nostro senso del gusto può cambiare con l’età Con l’età la sensibilità per i diversi sapori decresce. La percezione gustativa varia anche da persona a persona.

24.14 Il sistema nervoso centrale abbina gli stimoli sensoriali con le risposte appropriate Il sistema nervoso mette in collegamento la ricezione dello stimolo con la risposta: Riceve informazioni sotto forma di potenziali d’azione; Integra le informazioni, programmando una risposta; Trasmette potenziali d’azioni che causano una reazione appropriata. Figura 24.14