УЧЕБА и НАУКА /Фоторецепторы: разнообразие и функционирование. Нейрофизиология Поведения. Семинар1
Курс Нейрофизиология поведения
в проекте Открытое образование (раздел курсы МГУ). Дубынин Вячеслав Альбертович.
(страница создана 12.04.2021)
СЕМИНАР 1 оценка: 20 из 20 возможных баллов
ТЕМА: Фоторецепторы: разнообразие и функционирование.
ВВЕДЕНИЕ
Вначале коротко об общем строении зрительной системы. Мы реагируем на диапазон электромагнитных волн (400-700 нм). Система состоит из зрительных центров головного мозга, куда приходят сигналы от зрительного нерва, который связан с органом зрения – глазом. Оболочки глаза – склера и роговица, сосудистая и радужная. Луч света проходит через прозрачные структуры - роговицу, хрусталик и стекловидное тело. Изображение на сетчатке обеспечивает изменение диаметра зрачка и формы хрусталика, управляемым глазодвигательным нервом с помощью ресничной мышцы.
Мы изменяем зрачком как диафрагмой освещенность примерно в 20 раз. Часть процессов неосознанна и обеспечивается функциями отделов вегетативной нервной системы - парасимпатической и симпатической.
ПРОЦЕСС
Когда поток фотонов доходит до сетчатки, то его энергия запускает обработку сигнала светочувствительными клетками – фоторецепторами двух видов – палочками и колбочками. Далее идут 4 слоя обрабатывающих нейронов и начало зрительного нерва.
Энергия фотонов запускает процесс, немного схожий с фотосинтезом. Наружный сегмент содержит несколько сот мембранных дисков – палочек (пигмент родопсин) или складок – колбочек (один из 3-х йодопсинов - конопсинов). Распад пигмента запускает реакцию фоторецептора. Часть родопсина «незаменимая» молекула ретинола (витамин А, бета –каротин, известный по морковке).
МЕХАНИЗМЫ
Родопсин состоит из белка опсина и небелковой части - ретиналь. Под действием света цис -ретиналь переходит в транс -ретиналь, отделяясь от опсина. Далее ретиналь запускает цепь реакций, в итоге чего расщепляется цГМФ, что и приводит к закрыванию части натриевых каналов.
В темноте фоторецептор деполяризован. На световой стимул фоторецептор отвечает длительной (около 50 мс) гиперполяризацией. В результате значительная часть Са2+ каналов закрывается и экзоцитоз глутамата прекращается или ослабевает. Три типа колбочек (и три типа йодопсинов): красно-, зелено- и сине-чувствительные. Родопсин и палочки обладают более высокой и «широкой» светочувствительностью, позволяют видеть в сумерках .
УРОВЕНЬ МОЗГА и ПАТОЛОГИИ
На уровне сетчатки отображается три основных цвета. Слияние точек и «формирование» многообразия цветов – функция коры больших полушарий. Цветовое многообразие – иллюзия, изображение описывается «поточечно». В сетчатке около 140 млн. палочек передающих на 0,5 млн. нейронов, отростки входят в зрительный нерв. 7 млн. колбочек сигналят на 0,5 млн. других нейронов, так же отростками заканчиваясь в зрительного нерве. Поэтому изображение описывается 1 млн. точек-«пикселей». Это выбор между объемом и скоростью обработки информации и качеством изображения. «Пиксели» сетчатки имеют разный размер и качество изображения в центре поля зрения выше. Плотность рецепторов на периферии в 8-10 раз меньше. Периферия реагирует в основном на движения. Патологии – дальтонизм.
ЭВОЛЮЦИЯ
Любой механизм физиологии тела можно увидеть объемно и внятно только проследив его историю и причины его формирования. Почему фоторецепторы устроены не рационально? Да потому, что изменения в процессе эволюции не ставят перед собой конечную цель, а пошагово движутся в направлении адаптации к реальной жизни и выживает тот, кто на данном этапе адекватен реальности. Фоторецепторы прошли длинный путь, в том числе в рамках общего развития сенсорных систем.
Н А. Курчанов, описывая общие свойства эволюции сенсорики, сообщает (сокращено) : 9.2. Сенсорные системы. Возникают на очень ранних стадиях эволюции животных для непосредственного восприятия сигналов внешнего мира. Совершенствуется воспринимающая структура, формируются аналитические центры, из которых затем выделяется ассоциативная система. Рецепторы - клетки, воспринимающие раздражитель и преобразующие его энергию в нервное возбуждение. Сформировались на основе способности клеток реагировать на механические, химические и электромагнитные воздействия. Эволюция - прогрессирующая специализация чувствительных клеток, объединение с формированием сложных структур и образованием органов чувств. Можно выделить три больших класса рецепторов. Механорецепторы – восприятие механических стимулов. Хеморецепторы – химических. Фоторецепторы – электромагнитных. К этим главным группам относятся рецепторы наиболее известных нам органов чувств: слуха, осязания, равновесия (механорецепция), вкуса, обоняния (хеморецепция), зрения (фоторецепция).
Ф.Г. Грибакин пишет: (сокращено) Сенсорный домен, оснащен специализированным органоидом — жгутиком (лат. cilium), который, обеспечивает движение многих простейших — обитателей водной стихии. Сенсорные жгутики, часто видоизмененные, поистине вездесущи: они найдены в фоторецепторных клетках позвоночных животных и моллюсков; в обонятельных и слуховых клетках позвоночных и насекомых; в клетках органов равновесия позвоночных, ракообразных, моллюсков. У позвоночных животных фоторецепция начинается с поглощения кванта света молекулой зрительного пигмента — родопсина. Локализован он в мембранах дисков наружного сегмента палочек и колбочек сетчатки, а сам сегмент - видоизмененный жгутик: в палочках имеет форму цилиндра, а в колбочках — конуса. В фоторецепторах членистоногих животных (насекомых, ракообразных, пауков) и головоногих моллюсков наружный сегмент, называемый рабдомером, образован микровиллами, плазматическая мембрана которых тоже содержит зрительный пигмент. Рабдомер представляет собой оптический световод, созданный природой.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЧЕЛОВЕКОМ
Реакция фоторецептора на зрительный стимул развивается медленно – около 50 мс (1/20 секунды). Это создает иллюзию непрерывности при высокой «частоте мельканий» (15-25 Гц). Так создано кино. Оптика построена на восприятии человеком волн, которые летят в космосе со скоростью света. Значительная часть астрономии - телескопы, работающие в диапазоне видимого спектра.
История эволюции, как часто это происходит, повторяется в этапах онтогенеза. Человек использует эволюцию, правда бессознательно, но он в большинстве случаев не осознает, что делает. Происходит это и в отношении фоторецепции.
Карл Циммер видит это так: (сокращено) Первоначально мозг позвоночного формируется как полая трубка, похожая на нервную трубку ланцетника: нервные клетки в ней обращены внутрь В глазной чаше при вскрытии обнаруживаем аналог топографии светочувствительного пятна ланцетника. Нервная трубка в эмбрионе позвоночных развивается, светочувствительные элементы оборачиваются к задней стенке глаза. Это происходит на самых ранних стадиях развития эмбриона. С развитием эмбриона сходство утрачивается. Стенки глазной чаши истончаются, начинают соприкасаться. Возникает связь между сетчаткой и пигментным эпителием. Сходство это помогает понять, почему наши глаза так странно устроены. Строение пятна у предков позвоночных ограничило формы, которые позже мог принять их глаз.
ПРИМЕРЫ - ЛИЧНЫЙ ОПЫТ
Я рисую сколько себя помню и чувство цвета не только развивается с возрастом в процессе рисования, но и является плавающим в зависимости от того, насколько глубоко погружаешься в образ цвета. Все цвета связаны для меня с эмоциями, а цветовые гаммы имеют индивидуальную эмоциональную окраску. Такое часто встречается в истории культуры народов. Синий - цвет печали в Китае. Белый - цвет траура на ближнем востоке. В России красный – цвет праздничной одежды и парадная часть дома (красный угол, красный в смысле красивый, красна девица)
ЛИТЕРАТУРА
1. Лекции Дубынина А. В.
2. Эволюция. Триумф идеи , 2017, Карл Циммер — научно-популярный писатель, премия Национальной академия наук США
3. Биосенсоры органов чувств 2000, Ф.Г. Грибакин (1936-2000) , ДБН, завлаб. Эволюции органов чувств (до 2000г.) Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М.Сеченова РАН.
4. Поведение: эволюционный подход. 2012. Н А. Курчанов КБН, доцент. Организатор и первый ректор Института биологии и психологии человека.
__________ВСЕ КУРСЫ И СЕРТИФИКАТЫ ____________
я получила 5 сертификатов Московского Государственного Университета в проекте Открытое образование, чтобы не писать совсем уже ненаучную ересь, они доступны по ссылкам
Физиология ЦНС (центральной нервной системы) , экзамен - июнь 2018 года сертификат с отличием
Основы астрономии - экзамен - июнь 2018 года, с отличием
Нейрофизиология поведения -экзамен - декабрь 2018 года, с отличием Огромная благодарность куратору курса.(она же куратор Физиологии ЦНС) -Аника Абрамова )
Биофизика - сертификат, экзамен - май 2019 года. Курс сложный, считаю, что не знаю его даже на те баллы, которые получены на экзамене. Просто повезло. Огромная благодарность куратору курса - Эвелина Никельшпарг.. Продолжаю изучать это направление по учебникам.
Язык, культура и межкультурная коммуникация - сертификат - июнь 2019 года, Курс очень простой, но экзамен был в диких условиях, пришлось отвечать на вопрос за секунды, после каждого вопроса система грузилась минутут и это считалось временем ответа, в итоге все вопросы даже не были загружены я их не увидела и все они были помечены как не отвеченные соответственно никакого сертификата с отличием нет. По этому направлению, я думаю, знаю на порядок больше чем в материалах курса.
Физиология растений в который входит биохимия, цитология, генетика, гистология растений(строение тканей) Собственно для меня это четыре курса одновременно. Самый интересный и самый сложный материал из всего пройденного в проекте, самое лучшее его структурирование и оформление.
Сертификат не получала, экзамен вначалебыл мной отложен, а потом так и не сдавался по причине проблем с сердцем (вероятно мне больше нельзя сдавать экзамены, возможно в будущем это изменится). Но все семинары этого курса были сданы на отлично, поэтому приведены в качетстве примера в этой серии страниц
