Biología Sensorial Animal
Teórica #5
Contenido de la teórica #5 • Propiedades de las células receptoras
• Modalidades sensoriales
• Sistemas de transducción. Eventos básicos: 1) detección del estimulo, 2) amplificación del estimulo y 3) codificación del estimulo en señales eléctricas
• Umbral de detección. Amplificación. Adaptación.
• Relaciones estímulo-respuesta. Ley de Weber-Fechner.
• Mecanismos de adaptación y mecanismos que aumentan la sensibilidad
• Niveles de análisis: Estímulo, Recepción, Percepción, Comportamiento y Evolución de los sentidos
(Ojo) (Luz) (Células de la retina) (Nervio óptico) (Corteza visual)
Órgano sensorial Transductor
Potencial de
acción Decodificador
Estimulo Estructura
accesoria
Célula
sensorial Transmisión
nerviosa SNC
1 photon 6x106
cGMP
El tamaño o amplitud del potencial graduado es
directamente proporcional al estimulo.
¿Cómo está reflejada la fuerza del estímulo en
la señal eléctrica (potencial de acción)?
Señales eléctricas: Código de intensidad del estímulo
Dendrite AP trigger zone Axon terminal
Excitabilidad celular: código
Excitabilidad celular: propiedades intrínsecas
Excitación e inhibición determinados por
potencial de reversión y umbral
Sumación de potenciales postsinápticos
Redes neuronales convergentes y divergentes
Integración sináptica
Sumación espacial
Sumación temporal
Figure 8-27a (2 of 3)
Integración: Sumación espacial
Figure 8-27b (2 of 2)
Integración: Sumación espacial
Figure 8-28a
Integración: Suma temporal
Integración: Suma temporal
Figure 8-28b
Figure 8-29a
Integración: Inhibición pre y
postsináptica
Animation: Nervous II: Synaptic Potentials and Cellular Integration PLAY
Figure 8-29b
Integración: Inhibición pre y
postsináptica
ETAPAS DE LA PERCEPCIÓN:
1) Presencia de un estímulo físico
2) Mecanismo que transforma a los estímulos en
impulsos nerviosos
3) Transformación de estas señales en percepción
consciente o sensación
ATRIBUTOS DE LOS SISTEMAS SENSORIALES:
MODALIDAD: Definida por el estímulo, los receptores
especializados en detectarlo y por el procesamiento central que
determina el tipo de sensación que se percibe.
INTENSIDAD: Determinada por la amplitud de respuesta
(potencial receptor) del receptor sensorial y por el número de
receptores estimulados. Codificada en términos de frecuencia de
potenciales de acción.
DURACIÓN: Definida por cuándo empieza la respuesta del
receptor y cuando termina
UBICACIÓN: Determinado por el campo receptivo de cada célula
receptora, cuáles receptores se activan (representación
topográfica) o por diferencias temporales de detección del
estímulo por receptores
ATRIBUTOS SENSORIALES: modalidad, localización (campos receptivos),
intensidad (potencial receptor) y duración
` `
Sensación de presión
continua
` `
Sensación de vibración
1) RECEPTORES
Células de origen nervioso especializadas en la detección
de un tipo determinado de energía o señal y en la
transducción a señales eléctricas (trenes de potenciales
de acción) que pueden ser interpretadas por el sistema
nervioso central
Tipos de receptores:
•Mecanorreceptores
•Quimiorreceptores
•Fotorreceptores (energía electromagnética)
•Termorreceptores
•Electroreceptores
Propiedades generales:
Adaptación
Transducción
Sistemas Sensoriales y Modalidades
Sistema Sensorial Modalidad Tipo de estímulo Clase de receptor Tipo de célula receptora1
Visual Visión Luz Fotorreceptor Conos, bastones
Auditivo Audición Sonido Mecanorreceptor Células pilosas (cóclea)
Vestibular Balance Gravedad Mecanorreceptor Células pilosas (laberinto vestibular)
Somatosensorial Sentidos
somáticos:
Tacto Presión Mecanorreceptor Mecanorreceptores cutáneos
Propiocepción Desplazamiento Mecanorreceptor Receptores musculares y de
articulaciones Temperatura Térmica Termorreceptor Receptores de frío y de calor
Dolor Químico, térmico o
mecánico
Quimiorreceptor, termorreceptor
o mecanorreceptor
Nociceptores polimodales, térmicos,
y mecánicos
Gustativo Gusto Químico Quimiorreceptor Papilas gustativas
Olfatorio Olfato Químico Quimiorreceptores Neuronas sensoriales olfatorias
1 Los tipos de células receptoras están más especializadas, formando las bases celulares para distintas submodalidades sensoriales submodalities.
Cada clase de receptor nombre de la energía a la cual
son más sensibles
Origen de las células receptoras
sensoriales
• Algunas células sensoriales son:
• Neuronas
– Fotoreceptores vertebrados
– Receptores tacto
• Células epiteliales
– Receptores gusto
– Células pilosas oído interno vertebrados
Generan PAs
Sinápsis
Ej. en invertebrados
Ej. tacto en vertebrados
Soma cerca del SNC
Transmisión de la
información
sensorial
Cada célula receptora sensorial transduce una forma particular
de estímulo en corriente de membrana cambio Vm, tanto
si célula sensorial es neurona o epitelial.
Análogo a micrófono que transduce sonido en señal eléctrica
que puede ser luego amplificada.
Similitudes en el mecanismo molecular
Neurotransmision muscarinica Visión
Tipos de receptores: QUIMIORRECEPTORES Y FOTORRECEPTORES Transducción por segundos mensajeros
Operaciones básicas de los
sistemas de transducción
• Detección del estimulo
• Amplificación del estimulo
• Codificación del estimulo en señales
eléctricas
Umbral de detección
• Umbral de detección es el estímulo más débil que produce una respuesta del receptor 50% del tiempo.
• Avances técnicos nos permiten medirlos y pueden ser tan bajos como:
– Fotorreceptores activados por un fotón
– Mecanorreceptores (“hair cells”) activados por desplazamiento igual al diámetro de un átomo de H
– Receptores de olfativos activados con unas pocas moléculas odorantes.
• Información temporal también importante (indica cambios estímulo). Además receptores interconectados extraen información poblacional.
• Órgano sensorial más información de estímulo que receptor individual (intensidad absoluta, distribución espacial y calidad).
• Latencia de respuesta muy variable (más de 5 ordenes magnitud)
– Células pilosas del sistema auditivo microsegundos
– Receptores olfatorios varias decenas de segundos
Amplificación
• Cel. fotorreceptora 1 fotón luz roja 3x10-19 J
pero produce el equivalente a 5x10-14 J de
corriente a través membrana
• Ojo detecta flash luz (10 fotones) a 30 km
• Recepción de ácido (canales K+ sensible a
pH) y sal (mov. pasivo de Na+). Estímulo en
sí mismo iones abundantes (no amplificación)
Receptor ionotropico
Receptor metabotropico
Amplificación (por cascadas enzimáticas)
De la transducción a la salida neuronal
Corriente y potencial receptor
independiente de PA (TTX)
De la transducción a la salida neuronal
Cuando el potencial
receptor se desplaza hacia
zona generadora PAs y
modula directamente la
generación de Pas se
llama potencial generador
Johannes Peter Müller
(1801 – 1858)
Law of specific nerve energies (1826). The
nature of perception is defined by the pathway
over which the sensory information is carried.
The differences in sensory quality, difference
between seeing and hearing, between hearing
and touch, and so on - are not caused by
differences in the stimuli themselves but by
the different nervous structures that these
stimuli excite. For example, pressing on the
eye elicits sensations of flashes of light
because the neurons in the retina send a signal
to the occipital lobe. Despite the sensory
input's being mechanical, the experience is
visual.
Codificando el estímulo
Codificando
el estímulo
Relaciones input-output (rango dinámico)
• Sistema sensorial ideal transducir toda
intensidad del estímulo a una señal útil.
• Sin embargo sistemas reales codifican
estímulos en determinado rango (dynamic
range)
• Por debajo de rango no responden, por
encima saturan.
Máxima respuesta de receptor dada por:
• Límite superior o máximo de la corriente del
receptor en respuesta a la intensidad del
estímulo dada por el número finito de canales
iónicos.
• Límite superior de amplitud del potencial
receptor dado por el potencial de reversión
• Límite superior o máximo de frecuencia de PAs
dado por el periodo refractario (en gral. máx.
frec. de PAs varios cientos o menos por seg.)
Relaciones input-output (rango dinámico)
Órganos sensoriales
• La habilidad de los órganos sensoriales de funcionar en un amplio rango de intensidades del estimulo se basan en:
– El proceso de transducción en sí mismo, tiene un amplio rango dinámico
– Una exposición prolongada al estímulo produce un cambio en la amplificación de los eventos del receptor (adaptación sensorial).
– Características de las redes neuronales involucradas en el procesamiento de la señal sensorial extienden el rango dinámico mas allá de las capacidades de los receptores individuales.
Aumento del rango dinámico de un sistema sensorial
por adaptación sensorial y fraccionamiento del rango
Ley de Weber-Fechner
• Describe la relación entre las magnitudes físicas del estimulo y la intensidad percibida.
• El menor cambio discernible en la magnitud de un estimulo es proporcional a la magnitud del estimulo.
Ernst Heinrich Weber
(1795–1878) Gustav Theodor Fechner
(1801–1887)
Control de la sensibilidad sensorial Mecanismos de adaptación sensorial
¿Dónde se produce la adaptación sensorial?
• La adaptación sensorial puede ocurrir en distintas etapas
de la transmisión de la señal al SNC.
• Propiedades mecánicas del receptor o estructuras
accesorias pueden actuar como filtro que deja pasar
información de estimulo. Común en mecanoreceptores.
Ej. Corpúsculo de Pacini, receptor de presión y vibración
hallado en piel, músculos, tendones, etc de mamíferos.
• Disminución de receptores funcionales durante estimulo
continuo. Ej. pigmentos visuales expuestos a luz continua
deben regenerarse metabólicamente antes de poder
responder nuevamente a la iluminación.
¿Dónde se produce la adaptación sensorial?
• Cascada enzimático activada por la molécula de receptor
puede inhibirse por acumulación de producto o sustancia
intermediaria.
• Cambio de propiedades eléctricas del receptor durante
estimulación continua. Ej. Acumulación intracelular de
Ca++ activa canales de K+ - Ca++ dependientes llevando la
célula a su potencial de reposo.
• La membrana de la zona de inicio de los PAs puede
volverse menos excitable durante estimulación continua.
• Adaptación sensorial en células del SNC.
Mecanismos de adaptación sensorial Filtro mecánico por estructuras accesorias
Mecanismos de adaptación sensorial Propiedades eléctricas de la célula
Inyecto corriente, depolarizo
y cada célula mantiene sus
propiedades, sugiriendo que
prop. eléctricas de células
contribuyen a adaptación.
Mecanismos que aumentan la
sensibilidad
• Aumento o disminución de frecuencia de PAs o
liberación de neurotransmisor (en neuronas non-
spiking) con respecto al valor espontáneo o basal.
– Mas sensible a pequeños cambios
– Información sobre polaridad o dirección del estimulo
• Conexiones en paralelo aumentan la distinción
entre señal y ruido.
– Señales se suman en SNC ya que llegan casi en
simultaneo mientras que el ruido es al azar.
Mecanismos que aumentan la sensibilidad
Mecanismos que aumentan la resolución y sensibilidad
Inhibición de la retroalimentación
de los receptores