Senzorni (čulni, osjetilni) sistem je dio nervnog sistema koji se sastoji od senzornih receptora, nervnih veza i dijelova mozga koji obrađuju preko njih dobijene informacije. Specifični senzorni sistemi su za čulo osjeta, vida, mirisa, okusa i sluha. Čulni organi ili senzorni nervni sistem su deo nervnog sistema koji je odgovoran za obradu senzorskih informacija. Senzorski sistem se sastoji od senzorskih neurona (uključujući senzorske receptorske ćelije), neuronske puteve, i delove mozga koji učestvuju u senzorskoj percepciji. Najzastupljeniji senzorski sistemi su oni za vid, sluh, dodir, ukus, miris, i balans. Ukratko, čula su transduktori iz fizičkog sveta u carstvo uma, gde se informacija interpretira i formira percepcija sveta oko nas.[1]
Receptivno polje je oblast tela ili okruženja na koju receptorski organ i ćelijski receptori odgovaraju. Na primer, deo sveta koje oko može da vidi, je receptivno polje oka; svetlost koju svaki štapić ili kupa može da vidi, je njihovo receptivno polje.[2] Receptivna polja se mogu identifikovati za vizuelni sistem, auditorni sistem i somatosenzorski sistem.
U sastav čula kičmenjaka ulaze tri tipa čulnih elemenata:
primarne čulne ćelije – nastaju prve u evoluciji na površini tela; imaju sposobnost primanja i prenošenja nadražaja; zadržale su se u čulu vida i mirisa kod kičmenjaka;
slobodni nervni završeci – ćelije koje leže dublje ispod površine tela i sa njom su u vezi preko nastavaka;
sekundarne čulne ćelije – imaju samo sposobnost primanja, a ne i prenošenja nadražaja; prisutne su u većini čula kičmenjaka.
Prema vrsti draži koju primaju čula se dele na:
mehanička – primaju draži dodira, pritiska a takođe i zvučne i druge talase;
hemijska – primaju draži različitih hemijskih materija u gasovitom i tečnom stanju;
optička – primaju svetlosne draži, čulo vida
Mehanička čula
* taktilni organi (čulo dodira) – najrasprostranjenije i evoluciono najstarije čulo; primaju draži iz spoljašnje sredine i unutrašnjih organa; predstavljeni su ili slobodnim nervnim završecima ili sekundarnim čulnim ćelijama; kod kičmenjaka postoje taktilna telašca koja reaguju na pritisak, temperaturu, bol;
bočni organi – kod vodenih kičmenjaka; nalaze se na glavi i duž bočnih linija tela; primaju nadražaje pokreta i strujanja vode, pomoću njih se orijentišu u kretanju kroz vodu (zaobilaženje predmeta);
infundibularni organ – postoji kod amfioksusa i riba; nalazi se na donjoj strani međumozga; služi za orijentaciju riba u pogledu dubine vode;vodi poreklo od prednjeg otvora nervne cevi.
statički (ravnotežni) i slušni organi – objedinjeni su u zajednički stato-akustički aparat
Organi čula sluha i ravnoteže
Smešteni su u unutrašnjem uhu. U njemu se nalaze polukružni kanalići (čulo ravnoteže) i puž (čulo sluha). Polukružni kanalići i puž su utopljeni u tečnosti (perilimfa) i ispunjeni su tečnošću (endolimfa). U endolimfi polukružnih kanalića su kristali kalcijum-karbonata koji nadražuju čulne ćelije. U pužu je smešten Kortijev organ čije čulne ćelije primaju treperenja perilimfe.
Kod gmizavaca, ptica i sisara su se razvili i pomoćni delovi koji primaju i prenose zvučna treperenja – spoljašnje i srednje uho. Spoljašnje uho se sastoji od ušne školjke i spoljašnjeg slušnog kanala koji se završava bubnom opnom. Srednje uho obuhvata bubnu duplju sa bubnom opnom i tri slušne koščice. Čekić (malleus) je pričvršćen za bubnu opnu, a za njega je pokretno vezan nakovanj (incus). Između srednjeg i unutrašnjeg uha je ovalno okno na koje naleže uzengija (stapes). Zvučna treperenja izazivaju treperenja bubne opne, pa se preko slušnih koščica i ovalnog okna prenose na perilimfu.
Čulo vida
Oči kičmenjaka pripadaju mehurastom tipu i mogu biti:
neparne oči – ima ih mali broj kičmenjaka i to kao temeno (kolouste, neke ribe i gušteri) i pinealno oko (kod kolousta, a kod ostalih kičmenjaka je pretvoreno u epifizu);
parne oči.
Parne oči
Izgrađene su po tipu zatvorenog očnog mehura (očna jabučica). Očna jabučica obavijena je sa tri opne:
beonjačom – spoljašnja opna, koja na prednjem kraju obrazuje providnu rožnjaču;
sudovnjačom – bogata krvnim sudovima; na prednjem kraju obrazuje dužicu (različito obojena) koja na sredini ima otvor – zenicu; iza dužice leži očno sočivo;
mrežnjačom (retina) –unutrašnja opna; ona je najsloženiji deo oka; u njoj se nalaze čulne ćelije:
štapići – odgovorni za razlikovanje svetlosti i tame; kod sisara su brojniji od čepića;
čepići – odgovorni za uočavanje boja i detalja predmeta; najviše ih ima u sredini mrežnjače (na liniji koja prolazi kroz centar oka) na mestu koje se zove žuta mrlja – mesto najoštrijeg vida.
Na mestu gde očni nerv izlazi iz oka nema čulnih elemenata pa se to mesto naziva slepa mrlja.
Hemijska čula
Pripadaju im čulo mirisa i ukusa.
Čulo mirisa (olfaktivni organi)
Smešteno je u parnim nosnim (mirisnim) jamama. Kod kopnenih kičmenjaka mirisne jame dobijaju i funkciju sprovođenja vazduha do pluća, pa se obrazuje nosno-ždrelni kanal koji povezuje mirisne organe sa usnom dupljom.
Čulo ukusa
Predstavljeno je grupama sekundarnih čulnih ćelija koje zajedno sa potpornim ćelijama obrazuju tzv. gustativne kvržice. Kod riba su ove kvržice raspoređene po usnoj duplji, ždrelu pa čak i u koži na površini tela. Kod suvozemnih kičmenjaka nalaze se samo na jeziku i nepcima, a kod sisara samo na jeziku.
Postoje 4 osnovna osećaja ukusa:
slanog,
slatkog,
gorkog i
kiselog.
Najveća osetljivost za pojedine nadražaje vezana je za određene zone jezika – vrhom jezika se oseća slatko, a zadnjim krajem gorko itd. Ne postoji čulna zona za ljuto, već se takve draži prenose preko nervnih završetaka kao bol.
Inicijalizacija senzacije potiče od odgovora određenog receptora na fizički stimulus. Receptori koji reaguju na stimulus i iniciraju proces senzacije obično se grupišu u četiri različite kategorije: hemoreceptori, fotoreceptori, mehanoreceptori, i termoreceptori. Svi receptori primaju svojstvene fizičke stimuluse i preobražavaju signal u električni akcioni potencijal. Ovaj akcioni potencijal zatim putuje duž uzlaznih nervnih vlakana do specifičnih moždanih regiona gde biva obrađen i interpretiran.[20]
Hemoreceptori, ili hemosenzori, detektuju određene hemijske stimuluse i preobražavaju taj signal u električni akcioni potencijal. Dva primarna tipa hemoreceptora su:[21][22][23][24]
Daljinski hemoreceptori koji su integralni pri primanju stimulusa u olfaktornom sistemu putem olfaktornih receptorskih neurona i neurona u Jakobsonovom organu.
Čepići su fotoreceptori koji prozvode znatan respons na boju. Kod ljudi tri različita tipa češće korespondiraju primarnom responsu na kratke talasne dužine (plavo), srednje talasne dužine (zeleno), i duge talasne dužine (žuto/crveno).[29]
Štapići su fotoreceptori koji su veoma senzitivni na jačinu svetlosti, te omogućava vid pri slabom osvetljenju. Koncentracija i odnos čepića i štapića su zavisni od toga da li je životinja diurnalna ili nokturna. Kod ljudi broj štapića nadmašuje broj čepića sa odnosom od oko 20:1, dok kod nokturnih životinja, kao što je šumska sova, odnos je oko 1000:1.[29]
Mehanoreceptori su senzorni receptori koji odgovaraju na mehaničke sile, kao što je pritisak ili distorzija.[33][34] Dok su mehanoreceptori prisutni u ćelijama dlačica i igraju integralnu ulogu u vestibularnom i auditornom sistemu, većina mehanoreceptora se nalazi u koži.[35][36] Oni se grupišu u četiri kategorije:
Sporo prilagođavajući receptori tipa 1 imaju mala receptivna polja i odgovaraju na statičku stimulaciju. Ovi receptori prvenstveno dolaze do izražaja pri senzacijama oblika i hrapavosti.[37]
Sporo prilagođavajući receptori tipa 2 imaju velika receptivna polja i odgovaraju na rastezanje. Slično tipu 1, oni proizvode neprekidne odgovore na kontinuirane stimuluse.[38]
Brzo prilagođavajući receptori imaju mala receptivna polja i u osnovi su percepcije klizanja.[39][40]
Pakinijski receptori imaju velika receptivna polja i oni su predominantni receptori za visoko frekventne vibracije.[39][41][42]
Termoreceptori su senzorni receptori koji odgovaraju na promene temperature.[43][44] Mada mehanizam putem koga ovi receptori deluju nije jasan, nedavna otkrića su pokazala da sisari imaju najmanje dva različita tipa termoreceptora:[45]
Krausova telašca, ili bulboidne korpuskule,[46] koji detektuju temperature iznad telesne temperature.
Nociceptori odgovaraju na potencijalno oštećujuće stimuluse slanjem signala u kičmenu moždinu i mozak.[51][52][53][54] Ovaj proces, koji se naziva nanocepcija, obično uzrokuje percepciju bola.[55][56][57] Oni su prisutni u unutrašnjim organima, kao i na površini tela.[58] Nociceptori otkrivaju različite vrste oštećujućih stimulusa ili stvarna oštećenja.[59] Oni koji reaguju samo kada su tkiva oštećena, poznati su kao „spavajući” ili „nemi” nociceptori.
Termalni nociceptori se aktiviraju izlaganjem škodljivoj toploti ili hladnoći na raznim temperatura.
Mehanički nociceptori odgovaraju na prekomerni pritisak ili mehaničke deformacije.
Hemijski nociceptori odgovaraju na širok varijetet hemikalija, neke od kojih su znaci oštećenja tkiva. Oni učestvuju u detekciji pojedinih začina u hrani.
Vizuelni korteks se odnosi na primarni vizuelni korteks, označen sa V1 ili Brodmanovo polje 17, kao i na ekstrastrijatna vizuelno korteksna polja V2-V5.[75] Lociran u potiljačnom režnju, V1 deluje kao primarna relejna stanica za vizuelni input, koja prenosi informacije na dve primarne putanje označene kao dorsalni i ventralni tok. Dorsalni tok obuhvata polja V2 i V5, i koristi se za interpretaciju vizuelnog „gde” i „kako”. Ventralni tok obuhvata polja V2 i V4, i koristi se u interpretaciji „šta” aspekta.[76] Povećanja u aktivnosti negativnih zadataka su uočena u ventralnoj mreži pažnje, nakon naglih promena u senzornim stimulusima,[77] na početku i ofsetu blokova zadataka,[78] i na kraju završenog pokušaja.[79]
Za razliku od vida i sluha, olfaktorne lukovice nisu unakrsno hemisferne; desna lukovica je povezana sa desnom hemisferom i leva lukovica sa levom hemisferom.
Korteks ukusa
Korteks ukusa je primarna receptivna oblast za ukus. Reč ukus se koristi u tehničkom smislu za specifično upućivanje na senzacije koje potiču od papila ukusa na jeziku. Pet formi ukusa koje detektuje jezik obuhvataju kiselost, gorčinu, slatkost, slanost i ukus proteina, zvani umami. Za razliku od toga, termin aroma se odnosi na doživljaj stvoren putem integracije ukusa sa mirisom i taktilnom informacijom. Gustatorni korteks se sastoji od dve primarne strukture: prednje insule, locirane na insularnom režnju, i frontalnog operkuluma, lociranog na čeonom režnju. Slično olfaktornom korteksu, gustatorna putanja operiše putem perifernog i centralnog mehanizma. Periferni receptori ukusa, locirani na jeziku, mekom nepcu, ždrelu, i jednjaku, prenose primljeni signal do primarnih senzornih aksona, gde se signal projektuje na jezgro samotarnog trakta u produženoj moždini, ili na gustatorno jezgro kompleksa samotarnog trakta. Signal se zatim transmituje do talamusa, koji projektuje signal na nekoliko regiona neokorteksa, uključujući gustatorni korteks.[99]
Na neuronsku obradu ukusa utiču u gotovo svakoj fazi obrade istovremene somatosenzorne informacije sa jezika, tj. osećaj teksture. Miris, za razliku od toga, se ne kombinuje sa ukusom radi stvaranje arome sve do viših regiona kortikalne obrade, kao što su insula i orbitofrontalni korteks.[100]
↑Wiltschko, F.R.; Wiltschko, W. (2012). „Chapter 8 - Magnetoreception”. u: Carlos López-Larrea. Sensing in Nature. Advances in Experimental Medicine and Biology. 739. Springer. DOI:10.1007/978-1-4614-1704-0. ISBN978-1-4614-1703-3.
↑Wiltschko, Wolfgang; Wiltschko, Roswitha (2008). „Magnetic orientation and magnetoreception in birds and other animals”. Journal of Comparative Physiology A191 (8): 675–93. DOI:10.1007/s00359-005-0627-7. PMID15886990.
↑Winter, R.; Harrar, V.; Gozdzik, M.; Harris, L. R. (2008). „The relative timing of active and passive touch. [Proceedings Paper]”. Brain Research1242: 54–58. DOI:10.1016/j.brainres.2008.06.090. PMID18634764.
↑„Specific sensations evoked by activity in single identified sensory units in man”. Acta Physiologica Scandinavica110 (4): 445–7. decembar 1980. DOI:10.1111/j.1748-1716.1980.tb06695.x. PMID7234450.
↑Viana, Felix; E, la Peña; Belmonte, C. (2002). „Specificity of cold thermotransduction is determined by differential ionic channel expression.”. Nature Neuroscience5 (3): 254–260. DOI:10.1038/nn809. PMID11836533.
↑Animals, National Research Council (US) Committee on Recognition and Alleviation of Pain in Laboratory (8. 12. 2017). Mechanisms of Pain. National Academies Press (US).
↑Sherrington C. The Integrative Action of the Nervous System. Oxford: Oxford University Press; 1906.
↑Portenoy, Russell K.; Brennan, Michael J. (1994). „Chronic Pain Management”. u: Good, David C.; Couch, James R.. Handbook of Neurorehabilitation. Informa Healthcare. ISBN978-0-8247-8822-3.
↑„Assessing Pain and Distress: A Veterinary Behaviorist's Perspective by Kathryn Bayne”. Definition of Pain and Distress and Reporting Requirements for Laboratory Animals (Proceedings of the Workshop Held June 22, 2000). 2000.
↑Purves, D. (2001). „Nociceptors”. u: Sunderland, MA.. Neuroscience. Sinauer Associates.
↑Duque-Parra JE (septembar 2004). „Perspective on the vestibular cortex throughout history”. Anat Rec B New Anat280 (1): 15–9. DOI:10.1002/ar.b.20031. PMID15382110.
↑„Reappraisal of the human vestibular cortex by cortical electrical stimulation study”. Ann. Neurol.54 (5): 615–24. novembar 2003. DOI:10.1002/ana.10726. PMID14595651.
↑Todd, Robert Bentley (1847). The Cyclopaedia of Anatomy and Physiology Vol. 4. London: Longmans. str. 585–723.
↑McKeeff, T. J.; Tong, F. (2007). „The timing of perceptual decisions for ambiguous face stimuli in the human ventral visual cortex. [Article]”. Cerebral Cortex17 (3): 669–678. DOI:10.1093/cercor/bhk015. PMID16648454.
↑Hickey, C.; Chelazzi, L.; Theeuwes, J. (2010). „Reward Changes Salience in Human Vision via the Anterior Cingulate. [Article]”. Journal of Neuroscience30 (33): 11096–11103. DOI:10.1523/jneurosci.1026-10.2010. PMID20720117.
↑Downar, J.; Crawley, A. P.; Mikulis, D. J.; Dav (2000). „multimodal cortical network for the detection of changes in the sensory environment”. Nature Neuroscience3 (3): 277–283. DOI:10.1038/72991. PMID10700261.
↑Fox, M. D.; Snyder, A. Z.; Barch, D. M.; Gusnard, D. A.; Raichle, M. E. (2005). „Transient BOLD responses at block transitions”. NeuroImage28 (4): 956–966. DOI:10.1016/j.neuroimage.2005.06.025. PMID16043368.
↑Shulman, G. I.; Tansy, A. P.; Kincade, M.; Petersen, S. E.; McAvoy, M. P.; Corbetta, M. (2002). „Reactivation of Networks Involved in Preparatory States”. Cerebral Cortex12 (6): 590–600. DOI:10.1093/cercor/12.6.590. PMID12003859.
↑Starr, Philip A.; Barbaro, Nicholas M.; Larson, Paul S. (30. 11. 2008). Neurosurgical Operative Atlas: Functional Neurosurgery. Thieme. str. 16, 26. ISBN9781588903990.
↑Cotanche, Douglas A. (1994). „Hair cell regeneration in the bird cochlea following noise damage or ototoxic drug damage”. Anatomy and Embryology189 (1): 1–18. DOI:10.1007/bf00193125. PMID8192233.
↑Vermeulen, A; Rospars, J. P. (1998). „Dendritic integration in olfactory sensory neurons: A steady-state analysis of how the neuron structure and neuron environment influence the coding of odor intensity”. Journal of Computational Neuroscience5 (3): 243–66. DOI:10.1023/a:1008826827728. PMID9663551.
Godine 2004. Nobelova nagrada za Fiziologiju i medicinu (objavljena 4. oktobra 2004) je dodeljena Ričardu Akselu i Lindi Bak za njihov rad na objašnjavanju čula mirisa. Taj rad je prvobitno objavljen kao zajednički članak u časopisu 1991. godine, u kome je opisana veoma velika familija od oko hiljadu gena za receptore mirisa i kako su ti receptori povezani sa mozgom.