Capitolo 24

Gli organi di senso

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24.1 Nel cervello gli stimoli sensoriali diventano sensazioni e poi percezioni

Le percezioni vengono «costruite» dall’encefalo quando esso analizza le sensazioni e le integra con altre informazioni, formando un’interpretazione mentale o un’interpretazione consapevole del dato sensoriale.

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Figura 24.1

La recezione sensoriale

24.2 I recettori sensoriali convertono l’energia degli stimoli in potenziali d’azione

• Gli organi di senso contengono cellule recettrici, o recettori sensoriali, specializzate nel captare gli stimoli.

• La ricezione di uno stimolo consiste nella conversione, da parte di una cellula recettrice, di un tipo di segnale (lo stimolo) in un impulso elettrico (trasduzione sensoriale).

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Potenziali d’azioneAssenza di zucchero Presenza di zucchero

Potenziale d’azioneNeurone sensoriale

Neurotrasmettitore

Potenziale generatore

Recettore sensoriale

Ione

Percorso di trasduzione del segnale Canali

ionici

Membrana del recettore sensoriale

Molecola di zucchero (stimolo)

Lingua

Calice gustativo

Poro gustativo Molecola di zucchero

Recettorisensoriali

Neurone sensoriale

mV

0

5

4

3

2

1

Figura 24.2A

La trasduzione sensoriale, avviene sulla membrana plasmatica del recettore, dove produce un cambiamento nel potenziale di membrana.

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Recettore dello zucchero

Interneurone «dello zucchero»

Cervello

Calice gustativo

Interneurone «del sale»

Recettore del sale

Neuroni sensoriali

Assenza di zucchero

Aumento della dolcezza

Assenza di sale

Calice gustativo

Aumento della salinitàFigura 24.2B

La frequenza dei potenziali d’azione comunica l’intensità dello stimolo alle corrispondenti aree cerebrali.

• Se ripetutamente stimolati, i recettori tendono a diventare meno sensibili.

• Questo principio è chiamato adattamento sensoriale.

• I recettori innescano un numero minore di potenziali d’azione e, di conseguenza, il cervello può perdere la consapevolezza degli stimoli.

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24.3 Recettori sensoriali specializzati distinguono cinque categorie di stimoli

Una sezione di pelle umana rivela perché la superficie del nostro corpo è sensibile a una grande varietà di stimoli.

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Calore

Tocco leggero Dolore Freddo Pelo Tocco

leggero

Epidermide

Derma

NervoTessuto

connettivoMovimento

del peloPressione

forteFigura 24.3A

I recettori dolorifici

• A eccezione del cervello, ogni parte del corpo possiede recettori dolorifici.

• Essi sono in grado di captare anche eccessi di calore e di pressione e la presenza di molecole rilasciate da tessuti danneggiati o infiammati.

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I termocettori

• I termocettori situati nella pelle sono sensibili sia al caldo sia al freddo.

• Altri sensori, localizzati in profondità, controllano invece la temperatura del sangue.

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Filamenti del recettore

Neurotrasmettitori presso una sinapsi

Neurone sensoriale

Potenziali d’azione

Potenziali d’azione

Più neurotrasmettitori Meno neurotrasmettitori

I meccanocettori

Ciascun tipo di meccanocettore è stimolato da una diversa forma di energia meccanica: tatto, pressione, tensione dei muscoli, movimento e suono.

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2 Fluido in movimento in una direzione

3 Fluido in movimento in un’altra direzione

Figura 24.3B

Recettore a riposo1

I chemiocettori

I chemiocettori comprendono sia le cellule sensoriali del naso e dei calici gustativi, sia particolari recettori che individuano le sostanze chimiche che si trovano all’interno del corpo.

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SE

M 8

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Figura 24.3C

I recettori elettromagnetici

I recettori elettromagnetici sono sensibili all’elettricità, al magnetismo e alla luce.

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Occhio

Recettore per gli infrarossi

Figura 24.3D

Il senso della vista24.4 Tra gli invertebrati si sono evoluti molti

tipi di occhi

Uno dei tipi più semplici di organo fotosensibile è la macchia oculare che fornisce informazioni circa l’intensità della luce e la direzione dalla quale proviene.

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Macchie oculari

Figura 24.4A

Negli invertebrati si sono evoluti due tipi di occhi in grado di formare immagini:

• l’occhio composto, costituito da molti minuscoli rilevatori di luce chiamati ommatidi.

• l’occhio a lente singola.

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Figure 24.4B, C

24.5 I vertebrati hanno occhi a lente singola

Il globo oculare umano è costituito da una membrana biancastra e resistente (la sclera) la cui parte anteriore trasparente, detta cornea, permette il passaggio della luce e partecipa alla messa a fuoco dell’immagine. I fotorecettori della retina trasducono l’energia luminosa.

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ScleraCorpo ciliare

Legamento

Cornea

Iride

Pupilla

Umore acqueo

Lenti

Umore vitreo

Coroide

Retina

Fovea (centro del campo visivo)

Nervo ottico

Arteria e vena

Punto ciecoFigura 24.5

24.6 Per la messa a fuoco delle immagini le lenti oculari cambiano posizione o forma

La messa a fuoco dipende dal cristallino: viene regolato da muscoli che lo spostano (se è rigido) o che ne modificano la curvatura (se è elastico).

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Muscolo ciliare contratto

Legamento allentato

Coroide

Retina

Cristallino

Luce proveniente da un oggetto vicino (raggi divergenti)

Visione da vicino (accomodamento)

Muscolo ciliare rilassatoLegamento contratto

Luce proveniente da un oggetto distante (raggi paralleli)

Visione da lontano

Figura 24.6

COLLEGAMENTI24.7 Le lenti artificiali o la chirurgia possono

correggere alcuni difetti della messa a fuoco

• Tre dei più comuni difetti della vista sono la miopia, l’ipermetropia e l’astigmastismo.

• Le persone con miopia non mettono bene a fuoco gli oggetti lontani, mentre vedono chiaramente gli oggetti vicini: il globo oculare di un miope è più lungo del normale.

• Nell’ipermetropia il globo oculare è più corto del normale e la focalizzazione dell’immagine avviene oltre la retina.

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Forma normale del globo oculare

Punto focaleCristallino

Retina

Lente correttiva divergente

Punto focale

Forma normale del globo oculare

Punto focale

Lente correttiva convergente

Punto focale

Figure 24.7A, B

Le lenti correttive fanno divergere leggermente i raggi luminosi provenienti dagli oggetti lontani prima che essi arrivino all’occhio.

Retina

24.8 I fotocettori dell’occhio umano sono i coni e i bastoncelli

• I coni vengono stimolati dalla luce intensa e sono in grado di distinguere i colori.

• I bastoncelli sono estremamente più sensibili alla luce e ci consentono di vedere nella debole luce notturna.

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Corpo cellulareBastoncello

Cono

Membrane discoidali contenenti pigmenti visivi

Terminazioni sinapticheFigura 24.8A

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Cono Bastoncello

FotorecettoriNeuroni

Retina

Fibre del nervo ottico

Nervo ottico

Retina

Figura 24.8B

Coni e bastoncelli assorbono la luce e inviano potenziali d’azione al cervello.

Il senso dell’udito e l’equilibrio24.9 Nell’orecchio le onde sonore vengono

amplificate e trasformate in impulsi nervosi

L’anatomia dell’orecchio

L’orecchio esterno è costituito dal padiglione auricolare e dal condotto uditivo: entrambi raccolgono e convogliano le onde sonore verso il timpano, una membrana che separa l’orecchio esterno dall’orecchio medio.

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Orecchio esterno Orecchio interno

Padiglione auricolare

Condotto uditivo

Tromba di Eustachio

Orecchio medio

Timpano

Figura 24.9A

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Staffa Ossa del cranioCanali semicircolari (mantenimento dell’equilibrio)

Nervo acustico, diretto al cervello

Incudine

Martello

Timpano Finestra ovale (dietro la staffa)

Tromba di Eustachio

Coclea

Figura 24.9B

Sollecitato dalle onde sonore, il timpano inizia a vibrare e trasmette queste onde ai tre ossicini dell’orecchio medio; le vibrazioni passano poi attraverso il liquido della coclea nell’orecchio interno.

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Canale mediano Osso

Canale superiore

Nervo acustico

Organo del Corti

Canale inferiore

Cellule ciliate Membrana tettoria

Neuroni sensoriali

Al nervo acusticoMembrana basilareSezione trasversale della coclea Figure 24.9C, D

Le vibrazioni nel liquido della coclea piegano una serie di cellule ciliate dell’organo di Corti in contatto con la membrana tettoria. I neuroni sensoriali posti alla base delle cellule ciliate trasportano, attraverso il nervo acustico, i potenziali d’azione dall’organo di Corti al cervello.

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Condotto uditivo

Padiglione auricolare

Timpano Martello, incudine e staffa

Finestra ovale

Canali coclearisuperiore e mediano inferiore

Amplificazione nell’orecchio

medio

Organo di Corti

stimolato

TempoUna

vibrazione

Ampiezza

Orecchio esterno Orecchio medio Orecchio interno

Com

pre

ssio

ne

Figura 24.9D

La funzione acustica dell’orecchio

Le vibrazioni prodotte dalle onde sonore vengono amplificate mentre sono trasferite attraverso l’orecchio.

La percezione del volume e del tono dei suoni

• A un volume maggiore corrisponde un’ampiezza maggiore delle onde di compressione generate: le onde sonore di ampiezza maggiore producono vibrazioni più forti e, di conseguenza, i neuroni sensoriali generano più potenziali d’azione.

• Il tono del suono dipende invece dalla frequenza delle onde sonore: ogni regione della membrana basilare è sensibile a una particolare frequenza di vibrazioni.

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24.10 Nell’orecchio interno hanno sede i nostri organi dell’equilibrio

• Nel corpo umano esistono due gruppi di recettori per l’equilibrio situati su ciascun lato del cranio, nell’orecchio interno.

• I recettori si trovano vicino alla coclea in cinque strutture piene di liquido, costituite da tre canali semicircolari e da due concamerazioni dette orticolo e sacculo.

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Figura 24.10

Canali semicircolari

NervoCoclea

Orticolo

Sacculo

Flusso del liquido

Cupola

Flusso del liquido

Cupola

Ciglia

Cellula ciliata

Fibre nervose

Direzione del movimento del corpo

Queste strutture sono adibite al senso dell’equilibrio e possono percepire movimenti in tutte le direzioni dello

spazio.

COLLEGAMENTI24.11 La causa dei disturbi provocati dal

movimento è un conflitto di segnali tra l’orecchio interno e il senso della vista

I disturbi dovuti al movimento (chinetosi) derivano dal fatto che il cervello riceve segnali (provenienti dai recettori dell’equilibrio posti nell’orecchio interno) che sono in contrasto con i segnali provenienti da altri recettori, in genere dagli occhi.

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Il senso dell’olfatto e del gusto24.12 I recettori del gusto e degli odori

captano la presenza di sostanze nelle soluzioni o nell’aria

I nostri sensi dell’olfatto e del gusto dipendono da cellula recettrici che captano le sostanze chimiche presenti

nell’ambiente.

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Potenziali d’azione

Bulbo olfattivo

Osso

Cellula epiteliale

Cellula chemiocettrice

CigliaMuco

Cervello

Cavità nasale

Figura 24.12

Il senso dell’olfatto

• I chemiocettori del naso individuano le molecole disperse nell’aria.

• Nel naso, ogni cellula recettrice può captare uno dei cinquanta tipi principali di odori.

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Il senso del gusto

• I recettori dei calici gustativi rilevano le molecole in soluzione.

• Oltre ai quattro gusti che ci sono più familiari, cioè il dolce, il salato, l’acido e l’amaro, gli scienziati hanno scoperto che esiste un quinto sapore prevalente, che hanno chiamato umami (che in giapponese significa «delizioso»).

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COLLEGAMENTI24.13 Il nostro senso del gusto può cambiare

con l’età

• Con l’età la sensibilità per i diversi sapori decresce.

• La percezione gustativa varia anche da persona a persona.

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24.14 Il sistema nervoso centrale abbina gli stimoli sensoriali con le risposte appropriate

Il sistema nervoso mette in collegamento la ricezione dello stimolo con la risposta:

• Riceve informazioni sotto forma di potenziali d’azione;

• Integra le informazioni, programmando una risposta;

• Trasmette potenziali d’azioni che causano una reazione appropriata.

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Figura 24.14