Unità 15 Gli organi di senso Obiettivi Obiettivi Conoscere i diversi tipi di recettori sensoriali degli animali Sapere in che modo il sistema nervoso percepisce ed elabora gli stimoli Conoscere come vengono percepiti i suoni e come viene mantenuto l’equilibrio Conoscere le strutture che compongono l’occhio degli esseri umani Capire le basi fisiologiche del gusto e dell’olfatto 1

Prova di competenza - Sensi sovraumani Come fanno alcuni animali a orientarsi e cacciare anche al buio? 2 2

Lezione 1 LA RECEZIONE SENSORIALE Lezione 1 LA RECEZIONE SENSORIALE

15.1 Gli stimoli sensoriali diventano sensazioni e percezioni nell’encefalo Le informazioni inviate dai recettori all’encefalo hanno sempre la forma di potenziali d’azione La capacità di discriminare tra i diversi stimoli dipende da quale regione dell’encefalo riceve il segnale in entrata Quando il potenziale d’azione arriva all’encefalo genera una sensazione L’encefalo elabora le sensazioni dandone interpretazioni significative: le percezioni

Figura 15.1 Alcune illusioni ottiche Macchie nere o persona a cavallo?

Figura 15.1 Alcune illusioni ottiche Giovane donna o anziana

Figura 15.1 Alcune illusioni ottiche Linee oblique o parallele?

15.1 Gli stimoli sensoriali diventano sensazioni e percezioni nell’encefalo STEP BY STEP Che cosa distingue una percezione da una sensazione?

15.2 I recettori sensoriali convertono l’energia dello stimolo in potenziali d’azione Tutti gli stimoli dono forme di energia e sono rilevati da strutture specializzate in questo compito, i recettori sensoriali

Trasduzione sensoriale 15.2 I recettori sensoriali convertono l’energia dello stimolo in potenziali d’azione Trasduzione sensoriale Conversione dello stimolo in un segnale elettrico Lo stimolo genera un potenziale generatore Il potenziale generatore innesca un potenziale d’azione che viene inviato all’encefalo

Figura 15.2a La trasduzione sensoriale a livello dei calici gustativi. Poro gustativo Recettore che rileva la presenza di zucchero Molecola di zucchero Lingua Molecola di zucchero (stimolo) Membrana del recettore sensoriale Calice gustativo 1 2 Recettori sensoriali Via di trasduzione del segnale Canali ionici Neurone sensoriale 3 Recettori sensoriali Ione Potenziale generatore 4 Figura 15.2a La trasduzione sensoriale a livello dei calici gustativi. Neurotrasmettitore Neurone sensoriale Potenziale d’azione mV Assenza di zucchero Presenza di zucchero 5 Potenziali d’azione

15.2 I recettori sensoriali convertono l’energia dello stimolo in potenziali d’azione L’intensità dello stimolo varia la frequenza del potenziale d’azione In alcuni recettori sensoriali la ripetizione dello stimolo Genera un adattamento sensoriale Il recettore sensoriale diventa meno sensibile In questo modo l’encefalo smette di ricevere informazioni che lo sovraccaricherebbero inutilmente

Interneurone “del sale” Sugar receptor Recettore che rileva la “dello zucchero” Interneurone “del sale” Sugar receptor Recettore che rileva la presenza di sale Telencefalo Calice gustativo Neuroni sensoriali Calice gustativo Figura 15.2B Come i potenziali d’azione trasmettono diverse sensazioni gustative. Assenza di zucchero Assenza di sale Dolcezza crescente Sapidità crescente

15.2 I recettori sensoriali convertono l’energia dello stimolo in potenziali d’azione STEP BY STEP Che cosa si intende per trasduzione sensoriale?

15.3 Recettori sensoriali specializzati rilevano cinque diverse categorie di stimoli A seconda del tipo di segnale al quale rispondono, i recettori sensoriali possono essere classificati in cinque categorie generali Nocicettori Termocettori Meccanocettori Chemocettori Recettori elettromagnetici

15.3 Recettori sensoriali specializzati rilevano cinque diverse categorie di stimoli Nocicettori: sono i recettori del dolore Termocettori: quelli presenti nella pelle rilevano la temperatura esterna; altri più in profondità rilevano la temperatura del sangue Meccanocettori: sono stimolati da varie forme di energia meccanica Contatto lieve / pressione Tensione dei muscoli Suono

Caldo Contatto lieve Dolore Freddo Pelo I recettori presenti nell’epidermide e i recettori tattili alla base dei peli sono dendriti nudi I dendriti delle cellule sensoriali che si trovano nel derma sono avvolti da una o più lamine di tessuto connettivo Epidermide Derma Figura 15.3a Recettori sensoriali nella pelle umana. Nervo Tessuto connettivo Movimento del pelo Forte pressione

Figura 15.3B Una cellula ciliata rileva il movimento di un liquido. Ciglia della cellula recettrice Più neurotrasmettitori Neurotrasmettitore a livello della sinapsi Meno neurotrasmettitori Neurone sensoriale Potenziali d’azione Potenziali d’azione Figura 15.3B Una cellula ciliata rileva il movimento di un liquido. Liquido che si sposta in una direzione Liquido che si sposta in un’altra direzione 1 Cellula recettrice a riposo 2 3

Cellula recettrice a riposo Potenziali d’azione Ciglia della cellula recettrice Neurotrasmettitore a livello della sinapsi Neurone sensoriale Cellula recettrice a riposo 1 Figura 15.3B Una cellula ciliata rileva il movimento di un liquido.

Liquido che si sposta in una direzione Più neurotrasmettitori Liquido che si sposta in una direzione 2 Figura 15.3B Una cellula ciliata rileva il movimento di un liquido.

Liquido che si sposta in un’altra direzione Meno neurotrasmettitori 3 Figura 15.3B Una cellula ciliata rileva il movimento di un liquido.

15.3 Recettori sensoriali specializzati rilevano cinque diverse categorie di stimoli Chemocettori: sono specializzati nel rilevamento di sostanze chimiche Nell’ambiente esterno Nell’ambiente interno

Figura 15.3C Chemocettori sulle antenne di Bombyx mori.

15.3 Recettori sensoriali specializzati rilevano cinque diverse categorie di stimoli Recettori elettromagnetici: rilevano l’energia che si propaga a diverse lunghezze d’onda, sotto forma di Elettricità Magnetismo Luce (fotocettori)

Occhio Recettori per le radiazioni infrarosse Figura 15.3D Recettori elettromagnetici in un serpente.

15.3 Recettori sensoriali specializzati rilevano cinque diverse categorie di stimoli STEP BY STEP Qual è il tipo di recettore coinvolto in ciascuno dei seguenti sensi umani? vista • gusto • udito • olfatto • tatto

Lezione 2 L’UDITO E L’EQUILIBRIO Lezione 2 L’UDITO E L’EQUILIBRIO

15.4 L’orecchio converte la pressione generata dalle onde sonore in potenziali d’azione percepiti come suoni L’orecchio umano convoglia le onde sonore Dal padiglione auricolare Al condotto uditivo Al timpano Il timpano trasmette le vibrazioni a una catena di ossicini Martello  Incudine  Staffa La staffa, attraverso la finestra ovale, trasmette le vibrazioni alla coclea dove vengono convertite in segnali nervosi dall’organo di Corti

Orecchio esterno Orecchio interno Timpano Padiglione Condotto auricolare Condotto uditivo Timpano Orecchio medio Tromba di Eustachio Orecchio esterno Figura 15.4A Visione d’insieme dell’orecchio umano.

15.4 L’orecchio converte la pressione generata dalle onde sonore in potenziali d’azione percepiti come suoni Le vibrazioni della finestra ovale producono onde di pressione nel fluido contenuto nella coclea Le onde di pressione fanno piegare le ciglia delle cellule ciliate all’interno dell’organo di Conti Quando le ciglia si piegano inducono un potenziale generatore e la cellula libera un neurotrasmettitore Il neurotrasmettitore viene captato da un neurone sensoriale che attraverso il nervo acustico invia un potenziale d’azione all’encefalo

(servono per l’equilibrio) Nervo acustico, diretto al cervello Martello Incudine Staffa Ossa del cranio Canali semicircolari (servono per l’equilibrio) Nervo acustico, diretto al cervello Coclea Tromba di Eustachio Finestra ovale (dietro alla staffa) Timpano Figura 15.4A Visione d’insieme dell’orecchio umano.

Canale Osso mediano Cellule ciliate Membrana tettoria Nervo acustico superiore Neuroni sensoriali Canala inferiore Figura 15.4A Visione d’insieme dell’orecchio umano. Sezione trasversale della coclea Organo di Corti Membrana basilare al nervo acustico

trasversale della coclea Osso Canale mediano superiore inferiore Nervo acustico Organo di Corti Sezione trasversale della coclea Figura 15.4A Visione d’insieme dell’orecchio umano.

Cellule ciliate Membrana tettoria Neuroni sensoriali Membrana basilare al nervo acustico Figura 15.4A Visione d’insieme dell’orecchio umano.

15.4 L’orecchio converte la pressione generata dalle onde sonore in potenziali d’azione percepiti come suoni Le vibrazioni provenienti dal timpano sono amplificate nell’orecchio medio

Finestra ovale Stimolazione dell’organo del Corti Una vibrazione Orecchio esterno Orecchio medio Orecchio interno Condotto uditivo timpano martello, incudine e staffa Finestra ovale Canali della coclea Padiglione auricolare superiore e mediano inferiore Pressione Figura 15.4B Il percorso delle vibrazioni provocate dalle onde sonore nell’orecchio. Stimolazione dell’organo del Corti Tempo Amplificazione nell’orecchio medio Una vibrazione Ampiezza

15.4 L’orecchio converte la pressione generata dalle onde sonore in potenziali d’azione percepiti come suoni Volume e tono Più alto è il volume di un suono maggiore è la frequenza dei potenziali d’azione generati nei neuroni sensoriali Ogni regione della membrana basilare è più sensibile a una particolare frequenza, e la regione che vibra più energicamente in ogni istante invia il maggior numero di potenziali d’azione ai centri uditivi dell’encefalo L’encefalo interpreta l’informazione e ci dà la percezione del tono

15.4 L’orecchio converte la pressione generata dalle onde sonore in potenziali d’azione percepiti come suoni STEP BY STEP In che modo l’orecchio converte le onde sonore (che viaggiano nell’aria) in onde di pressione che si trasmettono nel fluido della coclea?

15.5 L’organo dell’equilibrio risiede nell’orecchio interno Nell’orecchio interno sono presenti diverse strutture piene di liquido che rilevano la posizione e i movimenti del corpo: Tre canali semicircolari L’otricolo Il sacculo Queste strutture per l’equilibrio sfruttano tutte la deformazione delle ciglia specializzate delle cellule ciliate per rilevare posizione movimento del corpo

Canali semicircolari Nervo Coclea Otricolo Sacculo Flusso Cupola Flusso del liquido Flusso del liquido Cupola Ciglia Cellula ciliata Fibre nervose Direzione di movimento del corpo Figura 15.5 Gli organi dell’equilibrio nell’orecchio interno.

15.5 L’organo dell’equilibrio risiede nell’orecchio interno STEP BY STEP Quale tipo di recettore è comune al senso dell’udito e a quello dell’equilibrio?

Un occhio alla strada ma non solo Un occhio alla strada ma non solo COLLEGAMENTO salute Chinetosi (disturbo da movimento) Deriva dal fatto che il cervello riceve dai recettori dell’equilibrio segnali in contrasto con quelli visivi I segnali contrastanti provocano reazioni di compenso non congruenti a livello muscolare e posturale I sintomi possono essere alleviati Chiudendo gli occhi Limitando i movimenti della testa Concentrandosi su un orizzonte stabile Utilizzando farmaci appositi

Lezione 3 LA VISTA

15.6 Nel mondo animale si sono evoluti diversi tipi di occhio alla luce dell’evoluzione Uno degli organi della vista più semplici è la macchia oculare dei platelminti Le due macchie oculari forniscono informazioni Sull’intensità della luce Sulla direzione da cui proviene la luce

Macchie oculari Figura 15.7A Le macchie oculari di una planaria.

15.6 Nel mondo animale si sono evoluti diversi tipi di occhio alla luce dell’evoluzione Occhio composto Si trova negli insetti e nei crostacei È costituito da molti ommatidi, piccole unità in grado di rilevare la luce Ogni ommatide ha la propria lente Rilevatori di movimento molto sensibilli La maggior parte è in grado di distinguere i colori

Figura 15.6B Occhi composti di una mosca.

15.6 Nel mondo animale si sono evoluti diversi tipi di occhio alla luce dell’evoluzione Occhio a lente singola Si è evoluto indipendentemente In alcuni invertebrati In alcuni vertebrati Tra i quali gli esseri umani

Sclera Coroide Corpo ciliare Retina Legamento Fovea (centro del Cornea Iride Pupilla Umore acqueo Cristallino vitreo Coroide Retina Fovea (centro del campo visivo) Nervo ottico Arteria e vena Punto cieco Figura 15.6C L’occhio a lente singola di un vertebrato.

15.6 Nel mondo animale si sono evoluti diversi tipi di occhio alla luce dell’evoluzione STEP BY STEP Quale struttura ottica tipica si trova negli occhi di insetti e calamari, ma è invece assente in quelli delle planarie?

15.7 Gli occhi a lente singola mettono a fuoco la luce modificando la posizione o la forma del cristallino Gli esseri umani hanno occhi a lente singola La cornea consente alla luce di entrare nell’occhio e contribuisce alla messa a fuoco Accomodamento Nei mammiferi il cristallino può cambiare forma per mettere a fuoco la luce sulla retina In altri animali (come i calamari e molti pesci) il cristallino è rigido e la messa a fuoco viene effettuata allontanandolo o avvicinandolo alla retina

Muscolo ciliare contratto Coroide Legamenti allentati Retina Luce proveniente da un oggetto vicino (raggi divergenti) Cristallino Cornea Sclera Visione da vicino (accomodamento) Muscolo ciliare rilasciato I legamenti esercitano una trazione sul cristallino Figura 15.7 Il cristallino e la messa a fuoco dell’immagine. Luce proveniente da un oggetto lontano (raggi paralleli) Visione da lontano

15.7 Gli occhi a lente singola mettono a fuoco la luce modificando la posizione o la forma del cristallino STEP BY STEP Ordina le seguenti parti dell’occhio nell’esatta sequenza in cui vengono incontrate dalla luce in entrata pupilla • retina • cornea • cristallino umore vitreo • umore acqueo

Quando la vista è difettosa COLLEGAMENTO salute Acuità visiva: è la capacità degli occhi di distinguere i dettagli fini I più comuni difetti della vista sono causati da problemi nella messa a fuoco della luce sulla retina Questi difetti possono essere corretti con lenti che distorcono la luce rendendo possibile la messa a fuoco

Quando la vista è difettosa COLLEGAMENTO salute Miopia: il bulbo oculare è più lungo del normale e per questo il cristallino non riesce ad appiattirsi abbastanza per mettere a fuoco oggetti lontani Il difetto può essere corretto con una lente divergente

Confronto tra un occhio miope (bulbo oculare troppo allungato, in senso anteroposteriore) e uno presbite (bulbo oculare troppo corto).

Il test dell’acuità visiva.

Quando la vista è difettosa COLLEGAMENTO salute Presbiopia: il bulbo oculare è più corto della norma, oppure il cristallino a perso di elasticità e non riesce a ispessirsi a suficenza da mettere a fuoco l’immagine sulla retina Può essere corretto con una lente convergente Astigmatismo: il cristallino o la cornea sono disomogenei e la luce viene messa a fuoco in punti diversi Può essere corretto con una lente asimmetrica

15.8 La retina umana contiene due tipi di fotocettori: i coni e i bastoncelli Coni Sono stimolati dalla luce intensa e ci permettono di distinguere i colori Contribuiscono poco alla visione notturna Bastoncelli Sono estremamente sensibili alla luce e ci permettono di vedere con la luce fioca della notte Non rilevano i colori

contenenti pigmenti visivi Corpo cellulare Bastoncello Cono Figura 15.8A I due tipi di fotocettori nella retina umana. Terminazioni sinaptiche Dischi membranosi contenenti pigmenti visivi

Retina Neuroni Fotorecettori Cono Bastoncello Fibre del nervo ottico Figura 15.8B Il percorso della luce dalla fonte luminosa al nervo ottico. Nervo ottico

15.8 La retina umana contiene due tipi di fotocettori: i coni e i bastoncelli STEP BY STEP Spiega perché la nostra visione notturna è composta prevalentemente da immagini grigie e non colorate

Lezione 4 IL GUSTO E L’OLFATTO Lezione 4 IL GUSTO E L’OLFATTO

15.9 I recettori del gusto e dell’olfatto rilevano le sostanze chimiche nell’ambiente esterno Gusto e olfatto Dipendono da cellule recettrici che rilevano le sostanze chimiche presenti nell’ambiente

15.9 I recettori del gusto e dell’olfatto rilevano le sostanze chimiche nell’ambiente esterno Recettori dell’olfatto Sono neuroni sensoriali che rivestono la parte superiore della cavità nasale Mandano impulsi lungo i loro assoni direttamente al bulbo olfattivo dell’encefalo Sono in grado di captare circa cinquanta tipi di odori (pungente, fruttato, aromatico ecc. ) e migliaia di odori specifici

15.9 I recettori del gusto e dell’olfatto rilevano le sostanze chimiche nell’ambiente esterno Recettori del gusto Si trovano nei calici gustativi localizzati sulla lingua Cinque categorie di sapori Dolce Acido Salato Amaro Umami

Encefalo Bulbo olfattivo Osso Cavità nasale Cellula epiteliale Neurone d’azione Potenziali Bulbo olfattivo Cavità nasale Osso Cellula epiteliale Neurone sensoriale (chemo- cettore) Figura 15.11 Il senso dell’olfatto negli esseri umani. Ciglia Muco

Figura 15.9B Localizzazione dei recettori del gusto.

15.9 I recettori del gusto e dell’olfatto rilevano le sostanze chimiche nell’ambiente esterno STEP BY STEP Qual è la differenza strutturale fondamentale tra i recettori del gusto e quelli dell’olfatto?