PHẦN 1 – GIẢI PHẪU CHỨC NĂNG
CHƯƠNG 5 – THẦN KINH CẢM GIÁC
I. TỔNG QUAN
Hệ thần kinh cảm giác hay còn gọi là hệ thần kinh thụ cảm, có nhiệm vụ chính trong việc tiếp nhận các tín hiệu cảm giác, thu thập, xử lý và truyền tải thông tin về cảm giác từ môi trường bên ngoài và môi tường bên trong cơ thể đến não bộ.
Đôi khi chúng ta chủ động nhận biết các tín hiệu cảm giác một cách ý thức, thường là thông tin cảm giác từ môi trường bên ngoài, những kích thích này có liên quan đến các giác quan đặc biệt về thị giác, thính giác, vị giác, khứu giác và trạng thái cân bằng, và các giác quan về xúc giác, nhiệt độ, đau, ngứa. Nhưng đôi khi các tín hiệu được xử lý hoàn toàn ở cấp độ tiềm thức, nhất là đối với các thông tin cảm giác từ bên trong cơ thể.
Những kích thích thường không thể chủ động nhận biết bao gồm những thay đổi về độ căng của cơ hoặc là các thông số bên trong cơ thể để duy trì cân bằng nội môi như huyết áp và độ pH của máu. Sự nhận cảm vị trí cơ thể được định nghĩa là nhận thức về chuyển động và vị trí của cơ thể trong không gian, được thông tin bởi các thụ thể cảm giác ở cơ và khớp. Nếu bạn nhắm mắt và nâng cánh tay lên trên đầu, bạn biết vị trí của cánh tay và chỉ chính xác vào mũi hay mắt do kích hoạt thụ thể.
Hệ cảm giác bao gồm:
- Thụ thể cảm giác: cảm biến chuyển đổi kích thích thành tín hiệu
- Dây thần kinh cảm giác: dẫn truyền xung động về hệ thần kinh trung ương
- Hệ thần kinh trung ương: tích hợp, xử lý tín hiệu đến
Tất cả các con đường cảm giác đều có những yếu tố chung nhất định. Chúng bắt đầu bằng một kích thích, dưới dạng năng lượng vật chất tác động lên một thụ thể cảm giác. Thụ thể, hoặc cảm biến, là một bộ chuyển đổi chuyển đổi kích thích thành tín hiệu nội bào, thường là sự thay đổi điện thế màng. Nếu kích thích trên ngưỡng, điện thế hoạt động sẽ truyền theo neuron cảm giác đến thần kinh trung ương, nơi tích hợp các tín hiệu đến. Một số kích thích truyền lên vỏ não, nơi chúng đạt đến nhận thức có ý thức, nhưng những kích thích khác lại được tác động vào tiềm thức mà chúng ta không nhận thức được. Tại mỗi khớp thần kinh dọc theo con đường, thông tin cảm giác có thể điều chỉnh và định hình.
Các hệ thống cảm giác trong cơ thể con người rất khác nhau về mức độ phức tạp. Các hệ thống đơn giản nhất là các tế bào thần kinh cảm giác đơn với các đuôi gai có chức năng như cảm biến, chẳng hạn như các thụ thể cảm giác đau và ngứa. Các hệ thống phức tạp nhất bao gồm các cơ quan cảm giác đa bào, chẳng hạn như tai và mắt.
1. THỤ THỂ CẢM GIÁC
Các thụ thể cảm giác có độ phức tạp rất khác nhau, từ các đầu phân nhánh của một tế bào thần kinh cảm giác đơn lẻ đến các tế bào không phải tế bào thần kinh (phi thần kinh) hoạt động như các cảm biến.
Cảm biến thần kinh:
- Thụ thể cảm giác đơn giản nhất (hình (a)): gồm 1 tế bào thần kinh với các đầu dây thần kinh trần
- Thụ thể cảm giác phức tạp hơn (hình (b)): gồm các đầu dây thần kinh được bọc trong mô liên kết. Các sợi trục của cả thụ thể thần kinh đơn giản và phức tạp có thể được myelin hóa hoặc không có myelin
Cảm biến phi thần kinh (hình (c)): Gồm một số thụ thể chuyên biệt nhất, chẳng hạn như các tế bào lông ở tai.
Cảm biến phi thần kinh thường là các tế bào có tổ chức cao, khớp với các tế bào thần kinh cảm giác. Khi được kích hoạt, cảm biến phi thần kinh sẽ giải phóng một tín hiệu hóa học khởi động điện thế hoạt động của tế bào thần kinh cảm giác liên quan.
Các cấu trúc hỗ trợ của tế bào phi thần kinh rất quan trọng đối với hoạt động của nhiều hệ thống giác quan giúp nâng cao khả năng thu thập thông tin. Ví dụ, thủy tinh thể và giác mạc của mắt giúp tập trung ánh sáng tới cơ quan thụ cảm ánh sáng. Các sợi lông trên cánh tay của chúng ta giúp các thụ thể cảm nhận chuyển động trong không khí trên bề mặt da.
Cả hai thụ thể thần kinh và phi thần kinh đều phát triển từ cùng một nguồn gốc mô phôi.
Free nerve endings: đầu dây thần kinh trần, Enclosed nerve endings: đầu dây thần kinh được bao bọc, Connective tissue: mô liên kết, Specialized receptor cell: tế bào thụ thể chuyên biệt
Các cơ quan thụ cảm có thể được chia thành bốn nhóm chính, dựa trên loại kích thích mà chúng nhạy cảm nhất:
– Thụ thể hóa học: ví dụ như vị và khứu giác
– Thụ thể cảm nhận các dạng năng lượng cơ học: như áp suất, rung động, trọng lực, gia tốc và âm thanh ví dụ như thính giác
– Thụ thể nhiệt: cảm nhận nhiệt độ
– Thụ thể quang: cảm nhận ánh sáng
Các tế bào thần kinh cảm giác và thị giác được kích hoạt bởi các kích thích nằm trong một khu vực cụ thể được gọi là trường tiếp nhận của tế bào thần kinh. Ví dụ, một tế bào thần kinh cảm giác trên da cảm nhận và phản ứng với áp lực nằm trong trường tiếp nhận của nó.
Trong trường hợp đơn giản nhất, một trường tiếp nhận được liên kết với một tế bào thần kinh cảm giác (tế bào thần kinh cảm giác sơ cấp), đến lượt nó liên kết với một tế bào thần kinh trung ương (tế bào thần kinh cảm giác thứ cấp). Sự hội tụ cho phép nhiều kích thích dưới ngưỡng đồng thời tổng hợp tại neuron sau synapse (thứ cấp). Khi nhiều neuron cảm giác sơ cấp hội tụ trên một neuron cảm giác thứ cấp duy nhất, các trường tiếp nhận riêng lẻ của chúng sẽ hợp nhất thành một trường tiếp nhận thứ cấp lớn duy nhất.
Kích thước của các trường tiếp nhận thứ cấp xác định mức độ nhạy cảm của một khu vực nhất định đối với tác nhân kích thích. Ví dụ, độ nhạy khi chạm được thể hiện bằng bài kiểm tra phân biệt hai điểm. Ở một số vùng da, chẳng hạn như trên cánh tay và chân, hai chiếc đinh ghim đặt cách nhau 20 mm được não bộ diễn giải như một chiếc đinh ghim duy nhất. Trong những khu vực này, nhiều neuron sơ cấp hội tụ trên một neuron thứ cấp duy nhất, do đó trường tiếp nhận thứ cấp rất lớn.
Ngược lại, các vùng da nhạy cảm hơn, chẳng hạn như các đầu ngón tay, có trường tiếp nhận nhỏ hơn, hai chiếc đinh cách nhau ít nhất là 2 mm có thể được coi là hai chạm riêng biệt.
Receptives field: trường tiếp nhận, Primary sensory neurons: tế bào thần kinh cảm giác sơ cấp, Secondary sensory neurons: tế bào thần kinh cảm giác thứ cấp, Convergence: sự hội tụ, Action potentials: điện thế hoạt động
2. DÂY THẦN KINH CẢM GIÁC
Dây thần kinh cảm giác, còn được gọi là dây hướng tâm, là dây thần kinh mang thông tin cảm giác về với hệ thần kinh trung ương. Chúng trông giống như một bó dây cáp gồm các sợi thần kinh hướng tâm đến từ các thụ thể cảm giác trong hệ thần kinh ngoại vi. Dây thần kinh vận động lại là dây mang thông tin từ trung ương đến ngoại vi. Cả hai loại dây thần kinh đều được gọi là dây thần kinh ngoại vi.
Các sợi thần kinh hướng tâm liên kết các tế bào thần kinh cảm giác trên khắp cơ thể, với các đường dẫn tới các khu vực xử lý có liên quan thuộc hệ thần kinh trung ương.
Các sợi hướng tâm thường được ghép nối với các sợi ly tâm từ các tế bào thần kinh vận động (đi từ trung ương đến ngoại vi), tạo thành dây thần kinh hỗn hợp hay còn gọi là dây pha. Các kích thích gây ra các xung thần kinh trong các thụ thể và làm thay đổi điện thế, được gọi là sự dẫn truyền cảm giác.
Tìm hiểu nội dung chi tiết về cơ chế dẫn truyền thần kinh tại đây.
3. CHỨC NĂNG CẢM GIÁC CỦA THẦN KINH TRUNG ƯƠNG
Thông tin cảm giác từ phần lớn cơ thể đi vào tủy sống và truyền đến não. Một số thông tin cảm giác đi trực tiếp vào thân não qua các dây thần kinh sọ. Thông tin cảm giác từ nội tạng được tích hợp trong thân não hoặc tủy sống và thường không thể cảm nhận một cách chủ động. Một ví dụ về phản xạ nội tạng vô thức là sự kiểm soát huyết áp của các trung tâm trong thân não.
Mỗi bộ phận chính của não xử lý một hoặc nhiều loại thông tin cảm giác.
Các vùng cảm nhận cảm giác của não:
Gustatory cortex: vùng vị giác, Olfactory cortex: vùng khứu giác, Olfactory bulb: hành khứu giác, Primary somatic sensory cortex: vùng cảm giác bản thể sơ sấp, Auditory cortex: vùng thính giác, Visual cortex: vùng thị giác, Thalamus: đồi thị , Brain stem: thân não , Cerebellum: tiểu não, Equilibrium: trạng thái cân bằng, Somatic senses: cảm giác cơ thể
Chỉ có thông tin khứu giác không được chuyển qua đồi thị. Khứu giác, loại giác quan hóa học, được coi là mộttrong những giác quan lâu đời nhất, và ngay cả những bộ não của động vật có xương sống nguyên thủy nhất cũng có những vùng phát triển tốt để xử lý thông tin khứu giác. Thông tin về mùi đi từ mũi qua dây thần kinh khứu giác đến vỏ não khứu giác. Có lẽ là do trực tiếp lên não mà mùi có mối liên hệ chặt chẽ với trí nhớ và cảm xúc. Hầu hết mọi người đều đã trải qua việc gặp phải một mùi bất ngờ mang lại ký ức về những địa điểm hoặc con người trong quá khứ. Ngày càng có nhiều công trình khoa học chứng minh sự liên hệ giữa giữa mùi và ký ức.
Một khía cạnh thú vị của quá trình xử lý thông tin giác quan của thần kinh trung ương là ngưỡng cảm nhận, mức cường độ kích thích cần thiết để nhận thức được một cảm giác cụ thể.Các kích thích liên tục kích thích các thụ thể cảm giác, nhưng não có thể lọc ra và bỏ qua một số kích thích. Ví dụ khi học bài khi nhà vẫn mở ti vi hay trong lớp học gần đường giao thông có nhiều tiếng xe chạy, khi đang ở trạng thái tập trung học hay nghe giảng thì tiếng ồn của ti vi hay tiếng động cơ xe đủ để kích thích các tế bào thần kinh cảm giác trong tai, nhưng các tế bào thần kinh cao hơn trên đường truyền làm giảm tín hiệu nhận thức để nó không đến được não bộ có ý thức. Sự suy giảm nhận thức về một kích thích, hoặc thói quen, được thực hiện bằng cách điều chỉnh mức độ ức chế. Sự điều chỉnh này làm giảm kích thích vốn trên ngưỡng xuống cho đến khi nó ở dưới ngưỡng tri giác. Điều này thường xảy ra ở các tế bào thần kinh thứ cấp và cao hơn của một con đường dẫn truyền cảm giác. Nếu quá trình điều chỉnh đột nhiên trở nên quan trọng, chẳng hạn như khi thầy giáo hỏi một câu hỏi trong lúc bạn đang lơ là, khi đó bạn sẽ tập trung chú ý một cách có ý thức và vượt qua sự điều tiết ức chế. Tại thời điểm đó, bộ não có ý thức của bạn tìm cách truy xuất và nhớ lại âm thanh đầu vào gần đây từ tiềm thức của bạn để bạn có thể trả lời câu hỏi.
4. QUÁ TRÌNH MÃ HÓA VÀ PHÂN BIỆT ĐẶC ĐIỂM CÁC KÍCH THÍCH
Thần kinh trung ương phân biệt được 04 thuộc tính của mọt kích thích:
- Bản chất
- Vị trí
- Cường độ
- Thời gian
Bản chất của một kích thích được biểu thị bằng phương thức mà các tế bào thần kinh cảm giác được kích hoạt và theo vị trí các đường dẫn của các tế bào thần kinh được kích hoạt kết thúc trong não. Mỗi loại thụ thể nhạy cảm nhất với một phương thức kích thích cụ thể. Ví dụ, một số tế bào thần kinh phản ứng mạnh nhất với xúc giác; những tế bào khác phản ứng với sự thay đổi của nhiệt độ. Mỗi phương thức cảm giác có thể được chia nhỏ thành nhiều thuộc tính. Ví dụ, thị giác màu được chia thành đỏ, xanh lam và xanh lục theo các bước sóng kích thích mạnh nhất các thụ thể thị giác khác nhau.
Vị trí của kích thích cũng được mã hóa theo đó các trường tiếp nhận được kích hoạt. Các vùng cảm giác của đại não có tổ chức liên quan với các tín hiệu đến và đầu vào từ các thụ thể cảm giác lân cận được xử lý ở các vùng lân cận của vỏ não. Sự sắp xếp này hình thành các vị trí thụ thể trên da, mắt hoặc các vùng khác tương ứng với các trung tâm xử lý của não.
Ví dụ, các cơ quan cảm ứng trên bàn tay chiếu đến một vùng cụ thể của vỏ não. Thực nghiệm kích thích vùng đó của vỏ não trong quá trình phẫu thuật não được hiểu là một cái chạm vào tay, mặc dù không có tiếp xúc. Tương tự, một loại đau chi giả do người bị cụt báo cáo xảy ra khi các tế bào thần kinh cảm giác thứ cấp trong tủy sống trở nên quá hoạt động, dẫn đến cảm giác đau ở chi không còn nữa.
Tuy nhiên, thông tin thính giác là một ngoại lệ đối với quy tắc định vị trí. Các tế bào thần kinh trong tai nhạy cảm với các tần số âm thanh khác nhau, nhưng chúng không có trường tiếp nhận và sự kích hoạt của chúng không cung cấp thông tin về vị trí của âm thanh. Thay vào đó, não bộ sử dụng thời gian kích hoạt thụ thể để tính toán vị trí.
II. THỊ GIÁC
Thị giác là một trong những hệ thống quan trọng nhất của con người. Mắt là một cơ quan cảm giác có chức năng giống như một chiếc máy ảnh. Nó tập trung ánh sáng vào bề mặt nhạy cảm với ánh sáng (võng mạc) bằng cách sử dụng thấu kính và khẩu độ hoặc độ mở (đồng tử) có thể điều chỉnh kích thước để thay đổi lượng ánh sáng đi vào.
Thị giác là quá trình mà qua đó ánh sáng phản chiếu từ các vật thể trong môi trường của chúng ta được chuyển thành hình ảnh tinh thần.
Quá trình này có thể được chia thành ba bước:
Bước 1. Ánh sáng đi vào mắt và tập trung ánh sáng vào võng mạc.
Bước 2. Các cơ quan thụ cảm của võng mạc truyền năng lượng ánh sáng thành tín hiệu điện.
Bước 3. Các con đường thần kinh từ võng mạc đến não xử lý tín hiệu điện thành hình ảnh trực quan.
1. ÁNH SÁNG ĐI VÀO MẮT VÀ TẬP TRUNG ÁNH SÁNG VÀO VÕNG MẠC
Con người và động vật chỉ nhìn được khi có ánh sáng, động vật có thể nhìn thấy được những bước sóng mà con người không thể. Bước sóng đóng vai trò quan trọng trong nhận thức về màu sắc và cường độ đóng vai trò quan trọng trong nhận thức về màu sắc và cường độ đóng vai trò quan trọng trong nhận thức về độ sáng. Con người có thể nhìn thấy những ánh sáng có bước sóng từ 400-700 nanometer.
Khi chúng ta nhìn thẳng vào một vật ở gần, lực căng trên các dây chằng giữ thấu kính được điều chỉnh bởi các cơ thể mi làm thấu kính có hình dạng hình trụ làm tăng khả năng khúc xạ đưa các vật thể ở gần vào tiêu điểm sắc nét. Khi chúng ta tập trung vào một vật ở xa, thấu kính sẽ bị làm phẳng để đưa hình ảnh vào tiêu điểm trên võng mạc.
Eyes musle: cơ mắt, Ligament: dây chằng, Iris: mống mắt, Pupil: đồng tử, Lens: thấu kính, Cornea: giác mạc, Ciliary muscle: cơ thể mi, Sclera: màng cứng mắt, Retina: võng mạc, Optic nerve: thần kinh thị giác, Blind spot: điểm mù, Fovea: hoàng điểm
Sau khi ánh sáng đi qua đồng tử và thủy tinh thể, nó sẽ đến võng mạc. Võng mạc chuyển đổi ánh sáng thành tín hiệu thần kinh, dẫn chúng đến thần kinh trung ương và tham gia vào quá trình xử lý tín hiệu.
Võng mạc bao gồm năm loại tế bào thần kinh khác nhau: các thụ thể ánh sáng (tế bào hình nón và tế bào hình que), tế bào ngang, tế bào lưỡng cực, tế bào amacrine và tế bào hạch võng mạc.
Retinal ganglion cell: tế bào hạch võng mạc, Amacrine cell: tế bào amacrine, Bipolar cell: tế bào lưỡng cực, Horizontal cell: tế bào ngang, Cone receptor: tế bào hình nón, Rod receptor: tế bào hình que
Ánh sáng chỉ đến được lớp tiếp nhận sau khi đi qua các lớp khác. Sau đó, khi các thụ thể đã được kích hoạt, thông tin thần kinh được truyền trở lại qua các lớp võng mạc đến các tế bào hạch võng mạc, các sợi trục của chúng chiếu ra bên ngoài võng mạc trước khi tập hợp lại thành một bó và thoát ra khỏi nhãn cầu.
Sự sắp xếp từ trong ra ngoài này tạo ra hai vấn đề về thị giác: một là ánh sáng tới bị biến dạng bởi mô võng mạc mà nó phải đi qua trước khi đến được các cơ quan thụ cảm, hai là để bó sợi trục của tế bào hạch võng mạc rời khỏi mắt, phải có một khoảng trống trong lớp thụ thể; gọi là điểm mù. Vấn đề đầu tiên giảm thiểu bởi hoàng điểm, có đường kính khoảng 0,33 cm, ở trung tâm của võng mạc; đó là khu vực của võng mạc chuyên biệt cho tầm nhìn có độ sắc nét cao (để nhìn thấy các chi tiết nhỏ), sự mỏng đi của lớp tế bào hạch võng mạc ở hoàng điểm làm giảm sự biến dạng của ánh sáng tới. Hệ thống thị giác sử dụng thông tin được cung cấp bởi các thụ thể xung quanh điểm mù để lấp đầy khoảng trống trong hình ảnh võng mạc. Hiện tượng hoàn thành là một trong những minh chứng thuyết phục nhất rằng hệ thống thị giác làm được nhiều việc hơn là tạo ra một bản sao trung thực của thế giới bên ngoài.
Tế bào hình que cảm nhận độ sáng tối (trắng – đen) trong khi 3 loại tế bào nón cảm nhận 3 màu sắc tương ứng là đỏ, xanh lá cây, xanh dương; tất cả màu sắc đều do sự phối hợp theo tỉ lệ khác nhau của ba màu căn bản này tạo ra. Ví dụ: ánh sáng màu cam được tế bào nón đỏ hấp thu 99%, nón xanh lá cây 42% và không hấp thu bởi tế bào nón xanh dương, như vậy tỉ lệ kích thích các tế bào 92:42:0 được vỏ não ghi nhận là màu cam, tương tự thì tỉ lệ 0:0:97 là màu xanh dương, 31:67:36 tương ứng với xanh lá cây. Khi cả 3 tế bào đều bị kích thích như nhau thì chúng ta sẽ có cảm giác ánh sáng trắng.
2. TỪ VÕNG MẠC ĐẾN VỎ NÃO THỊ GIÁC SƠ CẤP
Các tín hiệu thần kinh thị giác từ võng mạc đi theo dây thần kinh thị giác truyền đến giao thoa thị giác. Tại giao thoa thị giác, các sợi thần kinh thị từ thị trường phía mũi của võng mạc bắt chéo sang bên đối diện, sau đó chúng được gia nhập thêm những sợi từ võng mạc phía thái dương bên đối diện để tạo nên dải thị giác. Các sợi từ mỗi dải thị giác sau đó tạo synape ở nhân gối bên của đồi thị, và từ đó, các sợi gối cựa đi theo đường đi của tia thị (còn gọi là bó gối cựa) đến vỏ não thị giác sơ cấp ở khe cựa của trung tâm thùy chẩm. Tất cả các tín hiệu từ trường thị giác bên trái đến vỏ não thị giác sơ cấp bên phải.
Optic tract: dải thị giác, Optic chiasm: giao thoa thị, Optic nerve: thần kinh thị, Lateral geniculate body: thể gối bên, Visual cortex: vỏ não thị giác, Occipital lobe: thùy chẩm
III. THÍNH GIÁC – TIỀN ĐÌNH (TRẠNG THÁI CÂN BẰNG)
1. THÍNH GIÁC
Tai là cơ quan cảm nhận thính giác bao gồm: loa tai thay đổi về hình dạng và vị trí giữa các loài, tùy thuộc vào nhu cầu sống của động vật; ống tai được bịt kín ở đầu bên trong bởi một lớp mô mỏng gọi là màng nhĩ ngăn cách tai ngoài với tai giữa; tai giữa là một khoang chứa đầy không khí kết nối với vùng hầu qua vòi Eustachian; vòi Eustachian thường bị co lại làm bịt kín tai giữa, nhưng nó mở ra thoáng qua để áp suất tai giữa cân bằng với áp suất khí quyển trong quá trình nhai, nuốt và ngáp, cảm lạnh hoặc các bệnh nhiễm trùng khác gây sưng tấy có thể làm tắc vòi Eustachian và dẫn đến tích tụ chất lỏng trong tai giữa, nếu vi khuẩn bị mắc kẹt trong dịch tai giữa gây bệnh viêm tai giữa; hệ thống xương nhỏ (xương búa, xương đe, xương bàn đạp) truyền tín hiệu rung từ màng nhĩ vào ốc tai; ốc tai ở tai trong chứa các thụ thể cảm giác để phân tích âm thanh và truyền tín hiệu qua thần kinh thính giác để chuyển lên não. Thính giác là nhận thức của chúng ta về năng lượng do sóng âm thanh truyền.
Có thể mất thính giác do tổn thương cơ học hoặc thần kinh. Có ba dạng mất thính giác: dẫn truyền, trung tâm và thụ thể âm thanh. Khi mất thính giác dẫn truyền, âm thanh không thể truyền qua tai ngoài hoặc tai giữa. Mất thính lực trung tâm là kết quả của tổn thương các đường dẫn thần kinh giữa tai và vỏ não hoặc do tổn thương chính vỏ não, như có thể xảy ra do đột quỵ. Suy giảm thính lực do thụ thể âm thanh bị tổn thương, tế bào lông bị chết do tiếng ồn lớn. Tuy nhiên, chim và động vật có xương sống thấp hơn có thể tái tạo tế bào lông để thay thế những tế bào đã chết.
Âm thanh tiếp nhận từ một bên tai sẽ được cả 2 bán cầu đại não ghi nhận:
2. TIỀN ĐÌNH – TRẠNG THÁI CÂN BẰNG
Cảm giác cân bằng có hai thành phần: thành phần động cho chúng ta biết về chuyển động của chúng ta trong không gian và thành phần tĩnh cho chúng ta biết liệu đầu của chúng ta có ở vị trí thẳng đứng bình thường hay không.
Thông tin cảm giác từ tai trong kết hợp với các tín hiệu từ các cơ quan thụ cảm khớp và cơ cho não chúng ta biết vị trí của các bộ phận cơ thể và với môi trường. Thông tin hình ảnh cũng đóng một vai trò quan trọng trong trạng thái cân bằng.
Cảm giác cân bằng liên quan tới các tế bào lông ở cơ quan tiền đình ốc tai. Các thụ thể phi thần kinh này phản ứng với những thay đổi về gia tốc và vị trí quay, dọc và ngang. Cơ quan tiền đình cung cấp thông tin về chuyển động và vị trí của đầu, ba ống bán khuyên (vuông góc với nhau, giống như ba mặt phẳng ghép lại với nhau để tạo thành góc của một cái hộp) cảm nhận gia tốc quay theo các hướng khác nhau. Cơ chế cân bằng chủ yếu hướng tới các tế bào lông tiền đình, chúng hoạt động và giải phóng chất dẫn truyền thần kinh lên các tế bào thần kinh của dây thần kinh tiền đình ốc tai. Những tế bào thần kinh cảm giác đó hoặc nối với thần kinh trong nhân tiền đình của hành tủy hoặc chạy đến tiểu não, đây là cơ quan chính để kiểm soát trạng thái cân bằng. Các con đường đi xuống từ nhân tiền đình đi đến một số tế bào thần kinh vận động liên quan đến chuyển động của mắt. Những con đường này giúp giữ cho mắt khóa vào một vật thể khi quay đầu.
Thông tin dẫn truyền từ cơ quan tiền đình ốc tai lên não và các cơ quan:
Sự chuyển động của mắt cũng tác động đến khả năng cân bằng của cơ quan tiền đình:
IV. VỊ GIÁC & KHỨU GIÁC
Năm giác quan đặc biệt ở vùng đầu bao gồm thị giác, khứu giác, vị giác, thính giác và trạng thái cân bằng. Khứu giác và vị giác đều là những hình thức nhận thức hóa học. Người ta đã đưa ra giả thuyết rằng nhận thức hóa học đã phát triển thành giao tiếp qua synapse hóa học ở động vật.
1. KHỨU GIÁC
Thông tin về mùi được tế bào khứu giác phân tích ở biểu mô rồi chuyển về vỏ não khứu giác cùng bên trước khi chuyển tới hệ viền và các vùng vỏ não khác.
Không giống như hầu hết các con đường cảm giác khác, đường khứu giác không đi qua đồi thị, sự sắp xếp này có vẻ khá đơn giản nhưng quá trình xử lý phức tạp diễn ra trước khi tín hiệu truyền đến vỏ não. Mối liên hệ giữa khứu giác, trí nhớ và cảm xúc là một khía cạnh đáng kinh ngạc của khứu giác. Một loại nước hoa đặc biệt hoặc mùi thơm của thức ăn có thể kích hoạt ký ức và tạo ra một làn sóng hoài niệm về thời gian, địa điểm hoặc những người có liên quan đến mùi thơm.
2. VỊ GIÁC
Đường dẫn truyền thông tin vị giác:
Vị giác có mối liên hệ chặt chẽ với khứu giác, phần lớn những gì chúng ta gọi là mùi vị của thức ăn thực sự là mùi thơm. Vị giác hiện được cho là sự kết hợp của năm cảm giác cơ bản: ngọt, chua, mặn, đắng và vị umami (còn gọi là ngon).
Vị chua được kích hoạt bởi sự hiện diện của H+ (các chất có tính acid). Vị mặn của sự hiện diện của các muối, chủ yếu là cations như Na+. Nồng độ của hai ion này trong dịch cơ thể được điều chỉnh chặt chẽ do chúng đóng vai trò trong việc cân bằng pH và thể tích dịch ngoại bào. Ba cảm giác vị còn lại là kết quả của các phân tử hữu cơ
Vị ngọt do rất nhiều chất, phần lớn là các chất hữu cơ. Umami, một cái tên bắt nguồn từ từ tiếng Nhật có nghĩa là “ngon”, là một vị cơ bản giúp tăng hương vị của thực phẩm.
Vị đắng do nhiều chất gây ra, đặc biệt là các chất có chứa nitrogen và alkaloid (thảo dược), được cơ thể ghi nhận là cảnh báo có thể có các thành phần độc hại.
Các chi tiết về quá trình truyền tín hiệu tế bào thụ cảm vị giác rất phức tạp. Vị ngọt, đắng và vị umami có liên quan đến việc kích hoạt các thụ thể liên kết với protein G. Ngược lại, cơ chế truyền tải mặn và chua dường như đều được thực hiện qua trung gian của các kênh ion.
Lưỡi là cơ quan chính để cảm nhận vị giác: vị ngọt và vị mặn được cảm nhận chủ yếu ở đầu lưỡi, vị chua ở hai bên lưỡi, vị đắng ở phía sau lưỡi và vòm họng.
V. CẢM GIÁC CƠ THỂ
Có bốn loại cảm giác của cơ thể: xúc giác (cảm giác sờ), cảm giác vị trí cơ thể, nhiệt độ và đau (ngứa cũng được xếp vào loại này). Mỗi bộ phận cơ thể có một vùng tương ứng của vỏ não.
1. XÚC GIÁC
Xúc giác hay cảm giác sờ là một trong những cơ quan cảm giác phổ biến nhất trong cơ thể, có ý nghĩa sinh học rất cao, trong sự phát triển của trẻ sơ sinh phụ thuộc rất nhiều vào xúc giác.
Các thụ thể xúc giác có thể cảm nhận được nhiều đặc điểm lý tính, chẳng hạn như lực kéo căng, áp lực đè ép, chuyển động rung hoặc vuốt ve và có thể nhận biết thành phần cấu tạo hay chất liệu. Chúng được tìm thấy nhiều nhất ở da, ngón tay và môi, ngoài ra còn có ở các mô dưới da và bên trong cơ thể. Sự nhạy cảm thay đổi theo từng vùng của cơ thể.
Các loại thụ thể trên da:
Đầu tự do dây thần kinh thường thấy ở chân lông, chân tóc cảm nhận sự chuyển động chúng hoặc là thụ thể đau dưới da giúp cảm nhận các kích thích có hại.
Tiểu thể Pacinian, cảm nhận sự rung động, là một số thụ thể lớn nhất trong cơ thể, và phần lớn những gì chúng ta biết về thụ thể xúc giác đến từ các nghiên cứu về các cấu trúc này. Tiểu thể Pacinian bao gồm các đầu dây thần kinh được bao bọc trong các lớp mô liên kết. Chúng được tìm thấy trong các lớp dưới da và trong cơ, khớp và các cơ quan nội tạng. Các lớp mô liên kết đồng tâm trong tiểu thể tạo ra các trường tiếp nhận lớn. Tiểu thể Pacinian phản ứng tốt nhất với các rung động tần số cao, năng lượng của chúng được truyền qua bao mô liên kết đến tận cùng dây thần kinh, nơi năng lượng cơ học mở ra các kênh ion vận chuyển.
Nghiên cứu gần đây ở chuột tìm thấy một thụ thể cảm giác khác, thụ thể Merkel, cũng sử dụng các kênh ion điều khiển cơ học để phản ứng với xúc giác. Thụ thể của Merkel là một ví dụ về các cảm biến phi thần kinh trong các giác quan bản thể. Thụ thể Merkel bao gồm một tế bào Merkel khớp thần kinh với một tế bào thần kinh cảm giác chính. Các thụ thể của Merkel được tìm thấy với mật độ lớn nhất ở các đầu ngón tay và chịu trách nhiệm cho việc tiếp nhận xúc giác ở những khu vực này có độ nhạy cao, cảm nhận áp lực và nhận biết chất liệu.
Bên cạnh đó còn có tiểu thể Meissner phản ứng với run hoặc vuốt ve và tiểu thể Ruffini phản ứng khi bề mặt da bị căng.
2. CẢM GIÁC NHIỆT ĐỘ
Các thụ thể nhiệt độ được tìm thấy khắp cơ thể: da, cơ, cơ quan nội tạng và thần kinh trung ương vì tầm quan trọng của cân bằng nội môi nhiệt độ.
Ở da, cơ quan thụ cảm nhiệt độ là các đầu dây thần kinh tự do ở các lớp dưới da. Các thụ thể lạnh chủ yếu nhạy cảm với nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ cơ thể, có thể đáp ứng với kích thích nhiệt độ từ 10 – 40°C. Các thụ thể ấm được kích thích trong phạm vi từ nhiệt độ cơ thể bình thường (30°C) đến khoảng 45°C. Ngoài các khoảng nhiệt độ đó, các thụ thể đau được kích hoạt, tạo ra cảm giác nóng rát. Cơ quan thụ cảm nhiệt trong não đóng một vai trò quan trọng trong quá trình điều chỉnh nhiệt.
Thụ thể lạnh hơn so với thụ thể ấm (4 -10 lần). Các thụ thể nhiệt độ thích ứng chậm trong khoảng từ 20 đến 40°C. Phản ứng ban đầu của chúng cho chúng ta biết rằng nhiệt độ đang thay đổi và phản ứng lâu dài của chúng cho chúng ta biết về nhiệt độ môi trường. Ngoài phạm vi 20°C – 40°C (dưới 15 °C và trên 45°C) mô có khả năng bị tổn thương, các thụ thể nhiệt không còn khả năng đáp ứng và cảm giác đau bắt đầu chồng lên cảm giác nhiệt.
3. CẢM GIÁC ĐAU
Thụ thể đau là các tế bào thần kinh có các đầu dây thần kinh tự do phản ứng với nhiều loại kích thích độc hại (hóa học, cơ học hoặc nhiệt) có khả năng gây tổn thương mô.
Thụ thể đau được tìm thấy ở da, khớp, cơ, xương và các cơ quan nội tạng khác nhau, nhưng không có trong thần kinh trung ương.
Đau là một nhận thức chủ quan, sự diễn giải của não bộ về thông tin cảm giác được truyền theo các con đường bắt đầu từ các cơ quan thụ cảm. Cơn đau mang tính cá nhân và đa chiều, và có thể thay đổi theo trạng thái cảm xúc của một người.
Cơn đau nhanh, được mô tả là sắc nét và khu trú, nhanh chóng được truyền đến thần kinh trung ương bởi các sợi thần kinh nhỏ có nhiều myelin. Đau từ từ được mô tả là âm ỉ và lan tỏa hơn, được thực hiện trên các sợi thần kinh không có myelin. Sự khác biệt về thời gian giữa hai yếu tố này là rõ ràng nhất khi kích thích bắt nguồn từ xa thần kinh trung ương, chẳng hạn như khi bạn cấn ngón chân. Đầu tiên bạn có cảm giác như dao đâm nhanh (đau nhanh), ngay sau đó là một cơn đau âm ỉ (đau chậm).
Ngứa chỉ xuất phát từ các cơ quan thụ cảm trên da và là đặc điểm của nhiều phát ban và các biểu hiện khác của da. Tuy nhiên, ngứa cũng có thể là triệu chứng của một số bệnh toàn thân, bao gồm đa xơ cứng, cường cận giáp và đái tháo đường. Các cơ chế gây ngứa không được hiểu rõ như gây đau, nhưng có sự tương tác đối kháng giữa hai cảm giác. Khi ngứa, chúng ta gãi, tạo ra cảm giác đau nhẹ dường như làm gián đoạn cảm giác ngứa.
Kích hoạt cơ quan thụ cảm có thể theo hai con đường: (1) phản ứng bảo vệ phản xạ được tích hợp ở tủy sống (phản xạ tủy sống), và (2) con đường hướng tâm đến vỏ não trở thành cảm giác có ý thức (đau hoặc ngứa). Các phản ứng nhận thức được tích hợp trong tủy sống bắt đầu phản xạ bảo vệ vô thức nhanh chóng, tự động loại bỏ vùng bị kích thích khỏi nguồn kích thích.
Ví dụ, nếu bạn vô tình chạm vào bếp đang nóng, phản xạ rút tự động khiến bạn phải rút tay lại ngay cả khi bạn chưa nhận thức được nhiệt. Trong thí nghiệm não ếch bị hủy, khi đặt chân ếch vào cốc nước nóng, phản xạ khiến chân co lại, con ếch không thể cảm thấy đau vì não không hoạt động, nhưng các phản xạ bảo vệ cột sống của nó vẫn nguyên vẹn.
Các đường dẫn truyền cảm giác từ ngoại biên về trung ương:
