doc. MUDr. Markéta Bébarová, Ph.D. Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita Zpracování informace v NS Senzorická fyziologie Tato prezentace obsahuje pouze stručný výtah nejdůležitějších pojmů a faktů. V žádném případně není sama o sobě dostatečným zdrojem pro studium ke zkoušce z Neurověd. Obrázky a tabulky použity z: -Principles of Neural Science (5th ed.), Kandel et al. (2013) -Medical Physiology (2nd ed.), Boron and Boulpaep (2012) -Neuroscience (4th ed.), Purves et al. (2008) -Medical Neurobiology (1st ed.), Mason (2011) -Přehled lékařské fyziologie (20. vyd.), Ganong (2005) -Textbook of Medical Physiology (11th ed.), Guyton and Hall (2006) -Atlas fyziologie člověka (6. vyd.), Silbernagl a Despopoulos (2004) Zpracování informace v NS • NS získává obrovské množství informací z různých  senzorických orgánů, zpracovává je a integruje tak, aby  zajistil adekvátní odpověď organismu. Zpracování informace v NS • Sensorická část NS – Sensorické receptory • Zpracování informace – Integrační funkce NS • Motorická část NS ‐ Efektory • Centrální nervový systém (CNS) • Periferní nervový systém (PNS) Zpracování informace v NS • Sensorická část NS – Sensorické receptory • iniciace excitací senzorických  receptorů (vizuální,  sluchová, taktilní apod.) – periferní nervy – rozmanité  senzorické oblasti CNS • buď vyvolá okamžitou  činnost mozku, • nebo se uloží ve formě  vzpomínky a bude  spoluurčovat budoucí reakce Zpracování informace v NS • Motorická část NS ‐ Efektory • ovládá aktivity organismu: ‐ kontrakcí odpovídajících  kosterních svalů ‐ kontrakcí hladkých svalů  vnitřních orgánů ‐ sekrecí látek žlázami (endo‐ a exokrinními) • „kosterní“ motorická nervová osa • autonomní nervový systém Information processing in the NS • Zpracování informace – Integrační funkce NS • základní funkce mozku  • musí zpracovat přicházející informace tak, aby byla vykonána  adekvátní mentální a/nebo motorická odpověď organismu  • role synapsí Zpracování informace v NS • Ukládání informací – Paměť • mnoho senzorických informací je ukládáno • probíhá zejména v mozkové kůře, ale i níže, dokonce i v míše  (malé množství informací) • funkce synapsí ‐ facilitace • Vzpomínky se stávají částí mozkových pochodů  zpracovávajících informace pro budoucí myšlení.                                    Zpracování informace v NS • Hlavní úrovně funkcí CNS • Míšní úroveň • Subkortikální úroveň • Kortikální úroveň • Hlavní úrovně funkcí CNS • Míšní úroveň • vedení signálů • vysoce organizované funkce • ovládána vyššími úrovněmi NS Zpracování informace v NS Zpracování informace v NS • Hlavní úrovně funkcí CNS • Subkortikální úroveň • prodloužená mícha, most, střední mozek, hypotalamus,  talamus, mozeček, bazální ganglia • kontroluje většinu podvědomých činností těla Zpracování informace v NS • Hlavní úrovně funkcí CNS • Kortikální úroveň • mozková kůra – vždy pracuje ve spojení s nižšími centry • extrémně rozsáhlé úložiště vzpomínek • optimalizace a koordinace procesů koordinovaných nižšími  centry • klíčová pro myšlení Senzorická fyziologie   (principy čití a vnímání) • Čití ‐ proces přenosu informace o aktuálním stavu  vnitřního prostředí a zevního okolí do formy  signálů v CNS • Vnímání (percepce) ‐ subjektivní vědomá  interpretace  těchto signálů na podkladě • počitek, vjem Senzorický systém Podnět (stimulus) • může být registrovaný pouze v takovém rozsahu,  na jaký má nervový systém vybavení • senzorické orgány směřují podněty k receptorům • různé změny vnějšího i vnitřního prostředí Všechny senzorické systémy přenášejí 4 základní charakteristiky informace: •modalita ‐ kvalita (co to je) •umístění (kde) 1 a 2  ‐ kódování „značenou cestou“ Kódování značenou cestou Sensorické systémy:  ‐ sensorický receptor ‐ afferentní dráha ‐ centrální projekce Modalita podnětu Müllerova doktrína specifických nervových energií  (1826): je vlastností senzorického neuronu, který  je  podrážděn specifickým typem podnětu a vytváří  spojení s dalšími strukturami CNS, jejichž aktivita je  podkladem specifického čití a vnímání (kódování  značenou cestou) Modalita podnětu je dána charakterem energie  podnětu působícího na receptor. Všechny senzorické systémy přenášejí 4 základní charakteristiky informace: •modalita ‐ kvalita (co to je) •umístění (kde) 1 a 2  ‐ kódování „značenou cestou“ •intenzita (jak moc) •trvání (kdy a jak dlouho) 3 a 4  ‐ kódování frekvencí AP Receptory ‐ dělení podle typu energie mechanoreceptory ‐ dotyk, tlak, zvuk, délka a napětí svalů ... chemoreceptory ‐ chuťové, čichové, osmoreceptory ... thermoreceptory ‐ tepelné a chladové fotoreceptory ‐ zrak nociceptory ‐ bolest Receptory se chovají jako filtr úzkého  rozsahu specifické energie (jsou vyladěny na adekvátní  podnět). Na určitý rozsah podnětu  odpovídají  pravděpodobnostním  způsobem.   Receptory – dělení dle místa  působení podnětu •telereceptory •exteroreceptory •interoreceptory: – proprioreceptory – visceroreceptory •s nízkým prahem •s vysokým prahem Receptory ‐ dle adaptace • pomalu se adaptující ‐ tonické ‐ receptory pro bolest (nociceptory) ‐ baroreceptory ‐ chemoreceptory ‐ receptory makuly  vestibulárního aparátu ‐ svalová vřeténka ‐ Golgiho aparáty • rychle se adaptující ‐ fázické  (čípky, svalová vřeténka I.  typu, čichové buňky ..... ‐ čípky v sítnici ‐ čichové buňky ‐ Paciniho tělísko, etc. ‐ prediktivní funkce Receptory ‐ dle adaptace Receptory ‐ podle struktury • buněčná opouzdřená tělíska ‐ dotyk, tlak.. Receptory ‐ podle struktury • volná nervová zakončení – myelinizovaná a  nemyelinizovaná – nociceptory, termoreceptory Receptory ‐ podle struktury • spřažené s G proteiny,  s mechanicky řízenými  iontovými kanály ...... Senzorický systém Zpracování podnětu • Receptory převádějí energii podnětu na  změnu membránového napětí. • receptory mohou být drážděny: 1) mechanickou deformací 2) chemickými látkami 3) změnou teploty 4) elektromagnetickým zářením • podráždění způsobí otevření specifických iontových  kanálů  změna membránového napětí • receptorový potenciál nad prahem  akční napětí  (frekvence úměrná velikosti receptorového potentiálu) Generátorový (receptorový) potenciál Zpracování podnětu = změna membránového  napětí díky stimulaci •depolarizace: zejména influx  Na+ nebo Ca2+ (↓K+) •hyperpolarizing: např. ↓influxu Na+  (↑K+) Generátorový (receptorový) potenciál Zpracování podnětu • transdukce – přeměna energie  podnětu na   receptorový potenciál Zpracování podnětu • transformace – přeměna  receptorového  potenciálu na akční  potenciály Kódování intenzity podnětu Zpracování podnětu Senzorický systém Senzorický systém Kódování intenzity podnětu Vztah mezi počitkem a intenzitou podnětu Absolutní práh ‐ minimum perceptibile Prostorové uspořádání senzorických  neuronů ‐ lokalizace podnětů 1. receptivní pole (kožní,  hluboké a viscerální čití  + zrak) 2. sluch, chuť, čich ‐ receptory jsou rozloženy  v prostoru dle  energetického spektra  smyslové modality  Receptivní pole • rozsah oblasti, jejíž  stimulace vyvolá  podráždění senzorického  receptoru Receptivní pole • velikost receptivního pole • Centrální neuron má také své  receptivní pole, které je dáno  receptivními poli neuronů, které ho  excitují/inhibují. Prostorové rozlišení je úměrné celkovému počtu  receptorových neuronů a plochou jejich jednotlivých  receptivních polí. Senzorické systémy sdílí společný plán • každá třída senzorických receptorů  je spojena se strukturami CNS  určenými jedné modalitě +  somatotopické uspořádání  • hierarchie: talamus – kortex  (zpětná vazba) • paralelní a sériové zpracování  informace • podnět je nejdříve rozdělen na komponenty a pak zpět  poskládán neuronálními sítěmi mozku do vnitřní  představy objektu Inhibiční interneurony zesilují kontrast mezi podněty různými typy  inhibice Laterální inhibice