Obecná fyziologie smyslů The Five Senses §Přes receptory vstupují informace do NS §Smysly jsou branami do vědomí. úJak vedou k subjektivní zkušenosti? úJakými fyziologickými pochody? úOtcové experimentální psychologie 180px-Ernst_Heinrich_Weber 250px-Gustav_Fechner Ernst Weber 1795-1878 Gustav Fechner 1801-1887 Hermann Helmholtz (1858 – 1871) helmholtz_alt Transdukce Transformace Amplifikace První podmínka vstupu: vznik potenciálu § 4 základní vlastnosti podnětu: úModalita úLokace („adresa“) úIntenzita úTrvání dráhy Adresa vstupu určuje povahu (kvalitu) vjemu- Labeled lines http://sites.sinauer.com/wolfe4e/wa01.03.html RECEPTORY SRV2 Modality – formy energie: chemická, teplotní, mechanická, světelná, elektrického a magnetického pole A)Receptory B)Sensorické obvody a dráhy C)Sensorická percepce 3 úrovně organizace sensorických systémů A)Receptory Sensorická membrána specializovaná pro příjem dané formy energie a) mikrovili- mikroklky (vláskové buňky, vomeronasální chemorecepce, fotorecepce členovců) b) cilie – brvy, řasinky (čich v nosní sl., fotorecepce obratlovci) 3 úrovně organizace sensorických systémů cilie cilie Sensory hair cell Mikrovily, mikroklky Mikrofilamenta vláskové buňky, vomer.o., foto. členov. Poněvadž receptorové proteiny jsou integrální membránové proteiny, proces sensorické transdukce vyžaduje specializovaná místo – tzv. sensorickou membránu (SM). Ta bývá bohatě členěna, aby byl co největší povrch pro co nejvíce receptorů (tyčinky). SM je u většiny receptorových buněk vyvinuta dvěma způsoby. A)Ve vláskových buňkách ucha a vestibulárního systému, čichových receptorech vomeronasálního orgánu a fotoreceptorech členovců je tvořena tzv. mikrovily. Mikrovilus je vysoce strukturovaná membránová vychlípenina (evaginace) zpravidla obsahující asi 40 paralelních vláken aktinu nebo jiného strukturálního proteinu jako je fibrin nebo villin, o kterých se předpokládá, že hrají roli při udržování tuhosti a tvaru mikrovilu. Tyto proteiny mohou ale také sloužit jako přípojná místa pro membránové proteiny a tak se účastnit organizace transdukční mašinérie. B) B)Ve vestibulárních receptorech měkkýšů, mechanoreceptorech hmyzu, čichových receptorech v nosní sliznici, fotoreceptorech obratlovců a některých bezobratlých je sensorická membrána ve spojení s cilií. Cilia jsou také vysoce organizované membránové evaginace ale mají odlišnou vnitřní organizaci. Vnitřek cilia obsahuje mikrotubuly složené z tubulinu, obyčejně v charakteristickém uspořádání 9+2. U některých tyto centrální chybí, např. v obratlovčích tyčinkách a čípcích. Kromě mikrotubulů zde nalezneme další proteiny jako nexin, které drží tvar nebo slouží k pohybu. růst membr tubul Cilie (brvy, řasinky) Mikrotubuly cilie (čichové r. v nosní sliznici, fotoreceptory obratlovců) Cilia jsou produkována z bazálních tělísek z centriol, která jsou v dělících se buňkách nezbytná pro organizaci a separaci chromozómů. U tyčinek se cilium organizuje a dává vznik vychlípeninám membrány. U tyčinek pak fúzuje membrána a měchýřky se odštípnou a tvoří vesikuly v cytoplasmě. U čípků není membránová fúze úplná, takže disky se neuzavřou. Výsledek obrázku pro rods cilium SouvisejÃcà obrázek HardieFig3 Difuzní model signálového přenosu vs. Signalplex (transducizóm), scaffolding proteins; Multimolekulární signalizační komplex zvyšuje rychlost a specifitu „rozhovorů“ Úloha cytoskeletu v signálních drahách recepčních buněk Organizace proteinů signalplexu v čase a prostoru – oddělení, zhášení v odpověď na světlo Drosophila jako užitečný model zrakové transdukce: Úloha cytoskeletu v signálních drahách recepčních buněk Taková adaptace zraku drosophil? Translokace TRP signalplexu – mechanismus adaptace na tmu a světlo složené oči Úloha cytoskeletu v signálních drahách recepčních buněk Vláskové buňky a úloha cytoskeletu Adaptabilita sluchu na široký rozsah intenzit Aktivní rezonanční aparát zesilující zvuky renovace Obnova smyslové membrány receptory moucha Externí specializace Ochrana, podpora, účast na recepci 45 Pressure-PacinianCorpuscle potenciály Kódování signálu prim sec rec Kódování signálu Primární receptor Sekundární receptor RECEPTORY SRV2 chuť a čich 2 Kódování signálu – překódování intenzity do frekvence AP vlásková buňka 2 Známe také spontánní aktivitu a sestupné řízení (od centra dolů na periferii) RECEPTORY SRV4 Receptory většinou výrazně zesilují slabý podnět na silnější stimul. Např. některé fotoreceptory jsou schopny detekovat jediný foton s energií 10-19 J. Zachycení tohoto fotonu může vést k otevření 103-104 iontových kanálů a vyvolá elektrický proud o energii 10-15J. Zesílení je tedy řádu 104 RECEPTORY SRV Jednoduchá receptorová buňka (primární receptor) Inervovaná receptorová buňka (sekundární receptor) Místa vzniku akčního potenciálu a speciální konstrukce synapsí Ionotropní – přímá stimulace kanálu Metabotropní – stejně jako hormony, transmitery… Receptor ne vždy nutný – např. slaná chuť receptory kanaly RECEPTORY SRV3 Weber-Fechnerův psychofyzický zákon S = a log I/I0 + b Weber gradually increased the weight that a blindfolded man was holding and asked him to respond when he first felt the increase 180px-Ernst_Heinrich_Weber 250px-Gustav_Fechner weber fechner Neplatí ale pro všechny modality. "is this sound twice as strong as that sound?" Stevens found that such results from different sensory modalities varied too much in "steepness" to be fitted by the Webner-Fechner law. Instead he introduced a formula with one more parameter, and therefore more flexible: R = k (S-S0)alfa Exponent závisí na typu stimulu Curves for various modalities Pain has a high value of a, reflected in a steep curve. In other words, once a stimulus is strong enough to elicit pain, the pain rapidly becomes stronger as the stimulus becomes stronger. The other modalities shown have successively lower a values, which means that they can cover much wider ranges of stimulus intensity. Curves for various modalities Sensorická adaptace paccini Pressure-PacinianCorpuscle Adaptace: inaktivace kanálů, často pod vlivem Ca, odstředivé tlumení z CNS Vliv přídatných struktur na adaptaci Paciniho tělíska práh Smyslový práh Zesílení, šum Časová a prostorová sumace sníží práh, ale zhorší rozlišení. Psychometrická křivka Práh je definován jako stimul, který je detekován v polovině pokusů. Práh kolísá podle únavy, nácviku, zkušenosti, rušení atd. To svědčí o tom, jak je celá smyslová fyziologie závislá na psychice. Např. bolest nemusí být za určitých okolností vůbec vnímána Zlepšení poměru signál/šum je možné dvěma cestami. Jednou je: průměrování signálů (analogie časové sumace) kdy jsou např. u sluchového receptoru sčítány za sebou jdoucí podněty nebo: sčítání signálů z více paralelních receptorů (analogie prostorové sumace). Jednak se tím zvýší pravděpodobnost detekce a sníží se prahový podnět. (Citlivost mouchy k roztoku cukru se odstraněním jedné nohy 5krát sníží). Vždy se ale něco ztrácí: buď časové nebo prostorové rozlišení. drosophila-head TRP assembly Cítění přes TRP kanály TRP – transient receptor potential HardieJEB1 drosophila-head TRP - 1969; Transient Receptor Potential – Přechodný receptorový potenciál, místo trvalé odpovědi na trvalé světlo TRP kanály kromě fotorecepce Dros. řídí mechanorecepci háďátka, octomilky, myši, člověka. Byly popsány v receptorech bolesti a teploty. U myši TRP zprostředkují vnímání některých chutí. UNIVERZÁLNÍ role ve smyslové transdukci TRP_overview TRP channel 1 Více než 50 TRP kanálů u kvasinek, hlístů, hmyzu, ryb a savců. Motorický NS Vegetativní NS Hormonální S Kůra telencefala Vnější podněty: zvuky, vůně… Vnitřní podněty: hladina Glc, apoptotický signál, tah v membráně… VĚDOMÍ PODVĚDOMÍ Reflexní, automatické řízení Buněčná recepce a komunikace Smyslové receptory existují i mimo klasické smyslové nervové dráhy: Smyslové receptory existují i mimo klasické smyslové nervové dráhy: http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/46831/title/What-Sensory-Receptors-Do-Outside -of-Sense-Organs/&utm_campaign=NEWSLETTER_TS_The-Scientist-Daily_2016&utm_source=hs_email&utm_mediu m=email&utm_content=34426135&_hsenc=p2ANqtz-8Oyf2avL7nTDkuQ9at12H50pc6CQbK5aATJUtkmurAQX5rp13PwBa08 AHpftiWa7iKvP5KWOxyN8Ysih0AOgm3lfahGw&_hsmi=34426135 http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/46833/title/Odor--Taste--and-Light-Receptors- in-Unusual-Locations/&utm_campaign=NEWSLETTER_TS_The-Scientist-Daily_2016&utm_source=hs_email&utm_m edium=email&utm_content=34426135&_hsenc=p2ANqtz--Ggqv1IrwQyCm24hvoIwyKwj1v0MSq2HanlCQWBmlb61lLi5JgR Vp7YEAtMAzttjMRFyVT6qpGkaAW3vUmdu0RCG89Kg&_hsmi=34426135 Podle druhu látek stimulována resorpce nebo naopak vyloučení Matters of taste Hořké látky v dýchacích cestách vyvolají obranné reakce. Mechanorecepce může přímo řídit expresi bez zprostředkování kanálem Např. růst svalů mechano exprese Moyes … nebo uvolňování chemických signálů řídících srdeční činnost. Mechanické napětí přenášeno na cytoskelet a přímo mění enzymatickou aktivitu vázaného signálního komplexu. A)Receptory B)Sensorické obvody a dráhy C)Sensorická percepce 3 úrovně organizace sensorických systémů Ještě před vznikem digitálního zápisu se informace na periferii zpracovává. recepční pole Konvergence, receptivní pole, zpětná vazba, syntéza, centrifugální (odstředivé, sestupné) vedení 13-5 Receptivní pole – různé velikosti 13-4 Receptivní pole – různé velikosti Velikost se může dynamicky měnit-sítnice propojování receptorů Shodná architektura sensorických drah – shodné požadavky Laterální inhibice 10-6 Laterální inhibice 13-7 Laterální inhibice Ostrorep americký posloužil jako modelový organismus lateral inhib recepční pole 13-8 Receptivní pole primárního a sekundárního neuronu. Optimální struktura pole pro maximální podráždění. Laterální inhibice Umožní specializaci na obrazec, který je optimálním podnětem pro určitý neuron. 10-6 14-14 Díky propojení drah vznikne detektor směru stimulu. Laterální inhibice Umožní specializaci na určitý směr pohybu stimulu. 14-15 Detektor směru stimulu somatotopie Topografie drah a polí - Sensorické mapy - somatotopie - retinotopie - tonotopie - chemotopie - - Sensorické mapy - somatotopie - retinotopie - tonotopie - chemotopie - Reprezentace odpovídajících si plošných, ale i neprostorových vlastností. Rychlost, směr, vůně . §Axony jednotlivých drah se kříží v centrální rovině před vstupem do thalamu. §Zraková, sluchová i somatosensorická dráha. §Čichová a chuťová dráha ne. d_02_cr_vis_2a 55942-004-864AA8DF Každý sensorický systém (kromě čichu) má svá specifická jádra v thalamu. thalamická jádra §V rámci jedné modality vedou paralelní dráhy – možná kvůli větší rychlosti zpracování, možná různý původ. §Sluch: pozice zdroje a parametry zvuku jsou zpracovávány odděleně §Zrak: odděleně se vyhodnocuje barva, kontury, pohyb, pozice §Úkol pro CNS zpětně je integrovat do jednoho celku. § A)Receptory B)Sensorické obvody a dráhy C)Sensorická percepce 3 úrovně organizace sensorických systémů primární a sekundární oblasti Sensorický kortex Primární a sekundární (asociační, interpretační) oblasti kůry. Princip paralelních rysových analyzátorů – specialistů na linie, barvy, tóny, vzdálenosti, směry pohybu atd. Hierarchické skládání do celku https://oup-arc.com/access/content/sensation-and-perception-5e-student-resources/sensation-and-perc eption-5e-activity-1-3?previousFilter=tag_chapter-01 hlavy Co vnímáme, když slyšíme a vidíme? Psychofyziologie. Velká úloha zkušenosti a interpretace. Vjemy jsou automaticky zařazovány, aktivně interpretovány. Identifikace, emoce, paměť. Co vidíme? crate Kam se točí? Brain test §Vjemy z různých smyslů se integrují §Iluze s gumovou rukou – zrak a hmat spolupracují na vnímání polohy těla v prostoru §https://oup-arc.com/access/sensation-and-perception-5e-student-resources#all_resources http://www.the-scientist.com/images/May2017/Agency3_640px.jpg http://www.the-scientist.com/images/May2017/Agency1_640px.jpg [USEMAP] The Scientist, Rubber hand illusion http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/46824/title/Sensory-Biology-Around-the-Animal -Kingdom/&utm_campaign=NEWSLETTER_TS_The-Scientist-Daily_2016&utm_source=hs_email&utm_medium=email& utm_content=34141120&_hsenc=p2ANqtz-8mBugqu_eGCgbjyS03SykEqv2p6JOVioQroZFoKGSy7qyPsnX-CO0Z90Mh2zoyB g7F3EmRQ7_qcfKDV9Owjm1g-_PoPA&_hsmi=34141120 Mechanorecepce Braille •Vedle chemorecepce nejstarší smysl. •Odhaluje podstatné vlastnosti prostředí. Sluch, hmat, rovnováha, zrychlení, propriorecepce, osmorecepce, hygrorecepce? magnetorecepce? •Konzervativní molekulární mechanismus • Mechanorecepce Do detailů molekulární stavby jsou dnes známy jen tři příklady mechanicky vrátkovaných kanálů, a to na baktérii Escherichia coli, háďátku Caenorhabditis elegans a octomilce D. melanogaster. Mechanorecepce Molekulární mechanismus mechanosens baktérie E. coli jako model pro výzkum molekulárního mechanismu mechanorecepce-kanaly patch clamp mechanorecepce-kanaly5 MscL kanál. Největší známý kanál 2,5nm. Propouští vodu, ionty a malé proteiny. Chrání proti nárazům osmolarity, signál růstu. Aby mohla být dokázána schopnost mechanické citlivosti kanálů, je potřeba použít techniku patch-clamp. Baktérie jsou však příliš malé, jen asi 1mikron v průměru. Byla-li baktérie příliš malá, elektrofyziologové ji museli zvětšit. Naštěstí existují metody, jak pomocí antibiotik vytvořit gigantické baktérie. Na cephalexinové půdě se replikuje DNA a buňka se prodlužuje, ale bez dělení. Vznikne tak jakési vlákno až 100 mí dlouhé, které ovšem po aplikace EDTA lysozymu se transformuje do koule 10 mí v průměru. To už je dost pro terčíkový zámek. OBR. Kousíčky membrány byly inkorporovány do uměle vytvořených lipozómů a opět testována mechanická citlivost. Nakonec byl vyizolován a sekvenován protein o 17kDa a nalezen gen s odpovídající nukleotidovou sekvencí. Když pak byl gen uměle exprimován, vzniklé bílkoviny inkorporované do lipozómů opět vykázaly mechanickou citlivost – schopnost mechanického vrátkování membrány. Dostal název MscL Vykazují strmou sigmoidní křivku mezi pravděpodobností otevření a tenzí membrány.. Nejsou nijak selektivní a to spolu s jejich velkou vodivostí napovídá, že jde o široké, vodou vyplněné kanály, který patří mezi největší známé vůbec. Analýza hydrofilních a hydrofobních skupin pomohla sestavit model, podle kterého kanál sestává ze 6 podjednotek seskupených okolo póru. Při deformaci nebo tlaku v membráně se podjednotky mírně rozestoupí. Umělé substituce částí kanálu vedly k zajímavým změnám aktivity. mechano osmo receptivita Analogie: Savčí osmosensitivní buňka hypotalamu – napojení na hormonální osy vodního hospodaření. Pro savce je udržování osmotické homeostázy stejně důležité jako vyrovnávání se s kolísajícím osmotickým sáním pro baktérie. U savců jsou osmosensitivní buňky lokalizovány do hypotalamu do tzv. magnocelulárních neuronů. V jejich membránách byly nalezeny receptory tahu a napnutí. Jejich axony jsou bohatě větvené a plné neurohormonů. Mají tedy vztah k neurosekrecí ovládané hormonální ose oxytocinu a antidiuretického hormonu. Není zde žádná krevně-mozková bariéra, takže osmotické poměry krve mají přímý vliv. Frekvence otevírání zjištěná patch campem korelovala s aplikací hypertonického roztoku OBR v němž se buňka zcvrkává a permeabilita kationtového kanálu roste. Také změnami tlaku přímo na skleněné kapiláře bylo zjištěno, že membrána je mechanickým napětím inaktivovaná. Molekulární struktura nebyla v r. 2000 známá. Parametium Parametium2 Paramecium - trepka 1906 - vpředu jinak než vzadu 1969 – potenciály Ca tok vpředu, K vzadu háďátko worm Caenorhabditis elegans (háďátko) 960 buněk 302 neuronů 1998 genom Jemný dotek na hlavu způsobí obrácení pohybu a dotek na zadní část způsobí pohyb vpřed. Byl zkoumán velký počet mutací, které způsobí poruchu tohoto základního chování. Bylo vytipováno 15 genů, které způsobí ztrátu mechanosensitivity, aniž by byla zasažena schopnost pohybu. Dostaly jméno mec geny a proteiny, které kódují MEC proteiny. locom [USEMAP] Háďátko video 6 hmatových neuronů se svazky mikrotubulů Po vyřazení kolchicinem, laserem, mutacemi ztráta citlivosti háďátko mechanorec Když byla prokázána ztráta citlivosti u některé mutace, zjišťovalo se, který to byl gen a která bílkovina. Bylo definováno několik proteinů tvořících kationtový kanál. Jak MEC-4 tak MEC-10 patří do velkorodiny příbuzné s podjednotkami savčího Na kanálu. Když jsou MEC-4 a MEC-10 exprimovány v oocytu Xenopus je možné pomocí voltage clamp měřit jejich otevření – proudy vyvolané jen mechanicky při určitém konstantním potenciálu. Žádné napěťově sensitivní kanály se pak neuplatňují a všechny změny iontových toků jdou na vrub mechanickému podráždění. - další význam Voltage clamp pro membránovou fyziologii háďátko mechanorec Ě MEC-4 protein háďátko mechanorec 4 Proud výrazně vzroste, když se exprimuje ještě i MEC-2. Podobně je to s MEC 6 kou. Jak je tedy celý komplex pospojován dohromady není dosud zcela jasné, ale pravděpodobně MEC-1, MEC-5 a MEC-9 jsou organizovány tak, že přenášejí tlak z kutikuly na MEC-4 a otevírají Na kanál. Tento mechanický přenos je funkční jen tehdy, když je kanál ukotven z intracelulární strany na mikrotubuly cytoplasmy. Dále se uplatní MEC 7 a 12 což jsou tubuliny, 5,1,9 jsou extracelulární, exkretované do prostoru okolo sensorických výběžků. hmyzí receptory 3 typy mechanoreceptorů Hmyzu Plošky hmatových chlupů Zvonečkové sensily Chordotonální vlákna Bipolární neuron, ciliární výběžek s tubulárním kotvením, extracelulární struktura Behaviorální skríning hmyzu - Drosophila a elektrický záznam z hmatové brvy Mutanti NompA a C (no mechanosensory potential) Necitliví na dotek, ale i nekoordinovaní a hluší NompA je extracelulární kotva a NompC je TRP kanál Aby se zjistilo, zda jsou behaviorálním skríningem vybraní mutanti defektní v transdukční dráze, byly měřeny potenciály z brv dospělců a srovnávány s wild-type mouchami. Dotykově necitliví larvální mutanti se vyvinuli do důkladně nekoordinovaných dospělců, kteří vykazovali žádný mechanorecepční potenciál (nomp mutant). Evoluce patrně zakonzervovala transdukční mechanismus více mechanosensorických modalit, protože nekoordinovaní mutanti byli také hluší. HardieJEB1 drosophila-head Co je to TRP kanál? TRP - 1969; Transient Receptor Potential – Přechodný receptorový potenciál, místo trvalé odpovědi na trvalé světlo TRP kanály kromě fotorecepce Dros. řídí mechanorecepci háďátka, octomilky, myši, člověka. Byly popsány v receptorech bolesti a teploty. U myši TRP zprostředkují vnímání některých chutí. Mají UNIVERZÁLNÍ roli ve smyslové transdukci TRP_overview TRP channel 1 Více než 50 TRP kanálů u kvasinek, hlístů, hmyzu, ryb a savců. Drosophila: TRP kanál Shodný předek s vláskovými buňkami obratlovců Obecné schéma mechanorecepce: Ionotropní, ukotvený, adaptabilní Mechanosensitivita TRP Mutantní Drosophila hluchá a špatně chodící 3 možné mechanismy: a)Tenze membrány b)Tenze kotvy cytoskeletu c)Změna aktivity enzymu Díky pokrokům v genetice a mol. Biol. háďátka jsme se dozvěděli něco, co může platit i pro naši vlastní mechanoreceptivitu: 1) Různé kanály mohou být použity – MEC se zásadně liší od osmotického kanálu baktérií nebo NOMPC proteinu drosophily. 2) kromě kanálu je zapotřebí celý komplex struktur jak na intra tak na extracelulární straně membrány Mechanicky řízený Kanál může být inaktivovatelný – podobně jako napěťově řízený Na kanál Adaptační mechanismus Omezuje trvání reakce - Mechanické podněty mohou zapínat a vypínat geny. V mnohobuněčné tkáni je každá buňka v kontaktu se svými sousedkami i s okolní extracelulární hmotou prostřednictvím mnoha typů přilnavých molekul, které přenášejí mezi buňkami nejen chemické signály, ale i síly mechanické a deformační. Většina buněk není schopna dlouhodobého života, pokud postrádá mechanické kontakty, ať už s okolními buňkami nebo s pevným povrchem. - Mezenchymální kmenové buňky nasazené na podložky různé mechanické tuhosti diferencují na různé buněčné typy. Na měkkých podložkách se mění v neurony, na středně tuhých podložkách ve svalové buňky a na nejtvrdších v kostní buňky. (Vesmír 3, 2010) •Typicky rychlé, ionotropní řízení kanálů a nervový přenos, ale existuje i mimo nervový systém: • Mechanorecepce Mechanorecepce může přímo řídit expresi Např. růst svalů (IGF –insulin-like growth factor) mechano exprese Moyes … nebo uvolňování chemických signálů řídících srdeční činnost. Mechanické napětí přenášeno na cytoskelet a přímo mění enzymatickou aktivitu vázaného signálního komplexu (přes ROS) a zvyšuje intenzitu stahu srdce. Cells are continuously subjected to mechanical forces that influence cell division, gene expression, cell migration, morphogenesis, cell adhesion, fluid homeostasis, ion channel gating and vesicular transport. The rapidly growing field of mechanobiology is focused on investigating the influence of mechanical forces on cellular and molecular processes. The primary motivations of mechanobiological investigations are to uncover the mechanisms that enable cells to sense, transduce and respond to mechanical stimuli, as well as to characterize the mechanical properties of molecules and cells. Nanoscopic changes in plasma membrane stress and tension can influence ion channel activity, synaptic vesicle clustering, neurotransmitter release and axonal growth cone dynamics. NATURE REVIEWS | NEUROSCIENCE VOLUME 13 | DECEMBER 2012 Mechanical forces are generated and transduced in neurons. a | The cell body of a neuron, showing cellular and molecular components that transduce or sense micromechanical forces. The components illustrated, such as the plasma membrane, ion channels, actin filaments, microtubules, neurofilaments, motor proteins, spectrins, integrins, extracellular matrix, lipid rafts and osmolarity, have key roles in neuronal and glial function. b | A neuron or glial cell showing several properties of plasma membranes, including the bending (KB), compression (KC) and area expansion (KA) moduli. Stalling (Fstall) and buckling (Fbuckle) forces act on actin filaments, and microtubules and neurofilaments interact and exert pushing (Fpush) and pulling (Fpull) forces. Adhesion forces (Fadhesion) generated by cell adhesion molecules, such as integrins and cadherins, couple cells together. In addition, interaction (Finteract) and hydrophobic matching (Fmatch) forces are generated by the inclusion of a protein, such as an ion channel, in the plasma membrane. Sensing tension K měření lokálních buněčných sil byl zkonstruován sensor tahu. Protein z pavoučího vlákna má z obou stran fluorescenční sousedy. Umístěn byl do vinkulinu, který propojuje cytoskelet s extracelulární matrix. Emise světla odpovídá tahu. Sensing tension K měření lokálních buněčných sil byl zkonstruován sensor tahu. Protein z pavoučího vlákna (SSP) má z obou stran fluorescenční sousedy. Umístěn byl do vinkulinu. Propriorecepce- somatický smysl Series of pictures showing a hand trajectory to an object setty hmyzu S exoskeletem – Hmyz Kloubní spojení a proprioreceptory fruitfly haltere Plošky hmatových chlupů proprioreceptor bezobr Jako mechanoreceptory existují multipolární neurony s mnoha dendrity opět bohatými na mikrotubuly. U raka nebo u larev hmyzu těsně pod měkkou kutikulou Aktivní zvířata potřebují informace o poloze těla a končetin U živočichů s tuhým exoskeletem (členovci) se toho typicky dosahuje vnějšími sensory v podobě plošek hmatových chloupků nebo chordotonální vlákénka uvnitř. račí receptor 1 račí receptor 2 Svalová propriorecepce raka Dost velké pro elektrofyziologii V- clamp. Reakce celého neuronu, adaptace pomalá a rychlá. Patch clamp a řízení tlaku v pipetě Ačkoli je háďátko ideální pro genetiku a molekulární biologii, je mnohem méně pro detailní výzkum funkce, Malá velikost receptorových buněk znemožňuje rutinní elektrofyziologická měření. Pro svalové proprioreceptory raka na druhé straně nemáme žádné klonované geny nebo sekvenované proteiny, ale elektrofyziologie je relativně jednoduchá. Mezi každými dvěma články zadečku raka jsou dva páry svalových receptorových orgánů, které monitorují pohyby zadečku. Svalová vlákna jsou obklopena jemnými dendritickými terminálami jednoho velkého mechanoreceptoru OBR. Dendrity jsou plné mikrotubulů, podobně jako u háďátka. Když se zadeček ohýbá, receptory se protahují, depolarizují a generují AP. Pomocí V clamp je možné sledovat dva typy, jeden se adaptuje rychle a druhý pomalu OBR. Pipetkou je také možné napěťově zamknout jediný kanál a řízeným podtlakem v pipetě sledovat mechanickou citlivost kanálu. Drosophila Hledali se mechanosensoričtí mutanti u octomilek adaptací skríningu C. elegans . Zdokonalené genetické metody spolu s možností zaznamenávat mechanosensitivní receptorové potenciály a proudy z hmatových brv, učinily z octomilky dokonalý nástroj pro rozbor mechanorecepce. Smyslové orgány much mají 1-3 smyslové neurony, každý s jedním smyslovým dendritem vybíhajícím do jediného vlásku podepíraným přídatnými buňkami. Protože velké brvy jsou duté a vyplněné vodivou endolymfou bohatou na K+ podobně jako endolymfa lidského sluchového a vestibulárního orgánu, endolymfa omývá apikální povrch smyslového epitelu. Elektrický přístup k tenkým sensorickým dendritům je proto možný ustřižením špičky brvy a nasazením zaznamenávací a stimulační elektrody na vrcholek. Je pak možné zamknout potenciál přes membránu a sledovat mechanicky vrátkované transdukční proudy. Propriorecepce a endoskelet U živočichů s endoskeletem a měkkým povrchem těla – obratlovci a člověk - je mnohem větší pozornost soustředěna na tenzi svaloviny. Smysl pro polohu a pohyb těla je často podvědomý, naproti tomu poskytuje nezbytný stav vnímání svého „tělesného obrazu“. Je doplňován informacemi z očí, statokinetického aparátu. 14-2 Propriorecepce u endoskeletu soustředěna na Svalová vřeténka Šlachová tělíska Spolu se zrakem a kožním čitím a vestibulárním aparátem dodávají obraz o poloze těla Život bez „obrazu o vlastním těle“ sensory proprio 2 Svalová vřeténka - regulace délky Svalu Eferentní inervace Šlachová .ť. – ochrana před přepětím sensory proprio Různá adaptace receptorů odlišující rychlost ohýbání od konečného úhlu ohnutí končetiny. sensory proprio Taktilní kožní receptory – smysl pro dotek a hmat, teplotu a bolest Tlak, dotyk, vibrace. Různá adaptace receptorů. http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/46796/title/Proprioception--The-Sense-Within/ 14-1 [USEMAP] Receptory on-line Taktilní receptory v kůži obratlovců Je celá řada způsobů jak klasifikovat receptory doteku v kůži savců. Neurony, které tvoří dotykově citlivá zakončení mají jádra v dorzálním sloupci ganglií segmentálně podél míchy. Jak dosáhnou kůže, ztrácejí myelin a tvoří jemné dendrity, obvykle obalené extracelulární matrix a přídavnými buňkami, tvořící extraceluární specializace. Některé jsou citlivé na teplotu a na bolest. Rychle se adaptují Paciniho tělíska, Meissnerova tělíska, Krauseho tělíska a nervová zakončení chlupového váčku. Pomalu: Merkelovy disky, Ruffiniho zakončení a C-mechanoreceptory. OBR – tlak, dotyk, vibrace Pomalá adaptace vhodná na čití tvaru – co držíme, co čteme Brailleovým písmem. Rychle adaptující – nízkofrekvenční kmity a vibrace – struktura a forma – lépe poznáme předmět a povrch, když s ním v ruce pohybujeme. Paciniho na vysoké frekvence – náhlé podráždění – jemné závany vzduchu. Různá velikost recepčních polí – podle požadavků na jemnost prostorového rozlišení: https://oup-arc.com/access/content/sensation-and-perception-5e-student-resources/sensation-and-perc eption-5e-13-5-two-point-touch-thresholds?previousFilter=tag_chapter-13 Velikost receptivních polí Pomalá adaptace na čití tvaru – co držíme, co čteme Brailleovým písmem. Rychle adaptující – nízkofrekvenční kmity a vibrace – struktura a forma – lépe poznáme předmět a povrch, když s ním v ruce pohybujeme. Paciniho na vysoké frekvence – náhlé podráždění – jemné závany vzduchuhttps://oup-arc.com/access/content/sensation-and-perception-5e-student-resources/sensation-a nd-perception-5e-13-6-haptic-object-recognition?previousFilter=tag_chapter-13 paccini Paciniho tělísko a vliv přítomnosti kapsule na adaptaci 14-3 Různé dráhy do somatosensorické kůry 14-5 Bolest a teplota Vstup dorzálními kořeny a laterálním sensorickým traktem do mozku 14-8 Bolest a teplota Ostrá a tupá bolest 14-4 Dotek, vibrace, svaly, klouby Vstup dorzálními kořeny a dorzálními sloupci do mozku 14-6 Proprioreceptory Vstup dorzálními kořeny a spinocerebrálním traktem do mozku 14-7 Somatotopie sensorické dráhy dorsálních sloupců 14-9 Somatotopie Vstup do talamu 14-10 Somatotopie talamu 14-11 Somatotopie somatosensorické kůry somatotopie Somatotopie somatosensorické kůry -Fantomová bolest hmatové sloupce Vertikální členění kortexu Sloupečky somatosensorické kůry odpovídající submodalitám myší fousky Plasticita somatosensorické kůry Reprezentace se mění podle používání Houslisté, slepci Podobná zjištění na lidech pomocí fNMR a MEG. Somatosensorické reprezentace prstů levé ruky jsou výrazně větší i houslistů. Nebo u slepých čtoucích Brailleovo písmo jsou oblasti pro dané prsty větší. Zajímavé také, je, že u těch, kteří oslepli v mládí, jsou tyto oblasti spojeny s kůrou, která u normálních lidí slouží k analýze zraku. Tyto spoje jsou důležité pro přesnost čtení. Závěr Mechanorecepce je ionotropní, méně než 100mikros. Přinejmenším dva zcela odlišné druhy kanálů: MEC, NOMPC, který patří k TRP rodině. Možná i další typy. Bez ohledu na konformaci, všechny jsou kationtově neselektivní s výjimkou Paramecium. Také téměř univerzální schéma propojení extra – intra, soustředící sílu na kanál. Mechanická citlivost a navazující signalizace je obecnou vlastností buněk ve tkáních a orgánech.