Obecná fyziologie smyslů Receptorové buňky jsou brány, kterými vstupují signály do NS Exteroreceptory x interoreceptory Buněčné „oči“ a „uši“ 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 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 Klasické smysly propojené s kůrou, mechanismy ale stejné  Nervový systém vsadil na elektricky předávané informace.  Kanály jsou odpovědné za regulaci membránového napětí a tedy klíčové pro vznik a přenášení nervových signálů.  Nervový systém tedy „vidí“ jen to, co změní kanálovou propustnost.  Pro vstup do NS podstatné to, co se děje mezi receptory a kanály Kanály v molekulární fyziologii smyslů Transdukce Transformace Receptorová buňka převádí energii podnětu na změnu iontové propustnosti. Podobně jako receptory na postsynaptické membráně receptorová buňka převádí energii podnětu na změnu iontové propustnosti. Vlastnosti membrány a cesta signálu ke kanálu jsou klíčem pro transdukci. Intenzita podnětu a intenzita odpovědi. Logaritmická závislost je dobrý kompromis mezi potřebou citlivosti a rozsahem. Trvání podnětu a trvání odpovědi. Většina exteroreceptorů se v různé míře adaptuje. Laterální inhibice: vyšší rozlišovací schopnost zesílení kontrastů Smyslové dráhy • Paralelní dráhy (co vidím se zpracovává odděleně od kde) • Specializace analyzátorů smyslové dráhy (od jednoduchých rysů po komplexní) • Úloha mozku integrovat do celku a interpretovat (zkušenost) Chuť Různě složité transdukční cesty 5 základních chutí. Čich Specifita srovnatelná s imunitní Cis/trans rozlišení Specializace receptorů Kombinace cca 350 receptorů člověka 3.000-100.000 vůní (?) Ale: 21 MARCH 2014 VOL 343 SCIENCE 1012 – trilion vůní Čichový lalok koncového mozku Mapa vůní – vzorec aktivovaných glomerulů Konvergence neprostorového parametru na prostorový Drosophila savec Mechanorecepce Bolest, dotek, Propriorecepce, Zvuk, gravitace, Pohyb, Vlhkost ? Magnetické pole? Jednotné molekulární schéma Kožní citlivost - hmat Somatosensorické vnímání Plošky hmatových chlupů hmyzu Smysl pro rovnováhu – Statocysta nebo kanálek Vlásková buňka obratlovců – specialista na jemný pohyb Vlásková buňka – specialista na jemný pohyb Proudový smysl Kanálek přepažený kupulou s receptory Ryba animace Vestibulární aparát a sluchový orgán Evoluce smyslových polí tvořených vláskovými buňkami. Sluchový orgán Cortiho orgán: 25.000 vláskových buněk ve dvou řadách Sluchový aparát savců Sluchový aparát savců Vnitřní ucho Animace ear. http://highered.mcgraw- hill.com/olc/dl/120108/bio _e.swf Zvukové vlny způsobí posuny tektoriální a basilární membrány a tím i ohýbání vlásků. Tektoriální membrána - animace Výška tónu se promítá do prostorově lokalizovaného maxima. Vyostření maxima – laterální inhibice Vyostření maxima – laterální inhibice Fotorecepce Inverzní oko Světlo musí projít přepojovacími dráhami než dorazí k recepční membráně RGB čípky, ale jen RG ve fovei. Tyčinky jsou velmi štíhlé 2-5um, čípky v periferii 5-8 mm, ve fovei ale pouze 1,5 um. Fototransdukce světelného kvanta na změnu potenciálu Fototransdukce světelného kvanta na změnu potenciálu Animace rhodopsin. Cis trans animace Fotorepce a chemorecepce – podobný princip Fototransdukce světelného kvanta na změnu potenciálu Fototransdukce světelného kvanta na změnu potenciálu Zpracování začíná už v sítnici. Laterální inhibice První analýza kontrastů Modifikovatelná konvergence Laterální inhibice: Na sekundárních neuronech je zesílen kontrast. Změna velikosti a struktury receptivního pole. Bipolární buňky jsou první rysové analyzátory. Ve zrakové dráze jsou gangliové buňky, které jsou naladěny na určitý jednoduchý obrazec – koncentrickou kruhovou plošku. Ta má buď světlý nebo tmavý střed. Jsou to první rysové analyzátory. Z těchto nejjednodušších rysů se postupně ve zrakové dráze skládají složitější tvary a na každý existuje specializovaný neuron rozeznávající svůj obrazec. „Grandmother’s cells“ Na tvář selektivní buňky Barevné vidění založeno na různě absorbujících pigmentech. Trichromatické kódování, Young-Helmhotz Oponentní kódování, Hering R,G,B a Bl,Wh se konvertuje na R/G, B/Y a Bl/Wh Prostorové vidění (co je blíže a co dál) založeno na schopnosti měřit odlišnosti v zobrazení pravé a levé sítnice. Další metody konstrukce prostoru. Jsou stejně malí, ale … Zraková dráha Z primární zrakové kůry dvě cesty: Kde dráha a Co dráha Biologické rytmy Rytmické děje jsou přirozenou součástí funkce organizmu. Předpovídají pravidelné změny bez ohledu na přechodné výkyvy denní nebo sezónní. Rytmické děje jsou přirozenou součástí funkce organizmu. Bez vnějších korelátů: nervové vzruchy, srdeční rytmus, dechový rytmus... Rytmické děje jsou přirozenou součástí funkce organizmu. Bez vnějších korelátů: nervové vzruchy, srdeční rytmus, dechový rytmus... Negativní zpětná vazba je zdrojem kmitů – regulace homeostázy. Rytmické děje jsou přirozenou součástí funkce organizmu. Bez vnějších korelátů: nervové vzruchy, srdeční rytmus, dechový rytmus... Negativní zpětná vazba je zdrojem kmitů. Rytmicita s vazbou na prostředí Cirkadiánní = asi 24 hod perioda S vnějšími koreláty: Synchronizátory: Silné, slabé 24 hodinové, lunární, anuální Jak se měří? Běhací kolo (mlýnek) Suprachiasmatické jádro a řízení motorické aktivity. Po vyřazení SCN se rytmus rozpadá Molekulární hodiny a zpětnovazebná smyčka synchronizovaná světlem. „Zeitgeber“ – synchronizátor, většinou fotosensitivní element Molekulární hodiny a zpětnovazebná smyčka synchronizovaná světlem. Ve zpětnovazebné smyčce jsou pozitivními elementy transkripční faktory CLOCK and BMAL1. Ty dimerizují a iniciují transkripci genů Period a Cryptochrome. Negativní zpětná vazba je zajištěna PER:CRY dimery, které translokují zpátky do jádra, kde potlačují svou vlastní transkripci působením na CLOCK:BMAL1 komplex, kterému brání v dimerizaci. Jiná regulační smyčka je indukována CLOCK:BMAL1 heterodimery aktivujícími transkripci jaderných receptorů Rev-erbα a Rorα. REV-ERBα and RORα potom zpětně regulují Bmal1 promotor. MYŠ Cyklující faktory řídí transkripci regulačních Ccg genů. Ty zajišťují downstream efekty. Centrální a periferní oscilátory Circ. hodiny jsou v různých orgánech odpovědných za řízení metabolismu a pohybu. Master clock v SCN je synchronizuje. SCN a pineální orgán citlivé na světlo. Synchronizace světlem monitorovaným zrakem nebo i mimo zrakovou dráhu (pineální orgán) Význam hodin pro orientaci v prostoru Orientovat se podle Slunce, znamená znát přesný čas. Solární kompas využívali mořeplavci a využívají živočichové Chronobiologie Chronopatologie Pracovní výkon, učení soustředění, ale i účinnost léků závislá na denní době. Při konfliktu hodin nebezpečí poruch spánku (jet lag), příjmu potravy (obezita, diabetes), onkologických poruch…