Fisiologia della percezione: psicofisica e sistemi sensoriali

Fisiologia della Percezione

Concetto di psicofisica: la psicofisica va a studiare la relazione tra gli stimoli fisici (cioè quello che succede all'esterno) e le sensazioni che questi stimoli provocano nella nostra mente. Al livello pratico si occupa di capire come il nostro cervello "traduce" i segnali che arrivano dall'esterno e di come vengono percepiti in maniera cosciente. Fondamentali per questo processo sono gli organi di senso, infatti sappiamo che questi segnali vengono recepiti dagli organi di senso attraverso quattro forme fondamentali di energia: elettromagnetica, meccanica, termica e chimica. Ogni organo sensoriale è dotato di cellule specializzate, chiamati recettori sensoriali, i quali sono specificatamente sensibili a un particolare stimolo. Il compito principale di questi recettori è la trasformazione dell'energia dello stimolo in un segnale nervoso elettrico (potenziale d'azione), questo processo è noto come trasduzione. Il segnale nervoso mantiene tre caratteristiche fondamentali dello stimolo originale: l'intensità, la durata e la localizzazione spaziale. In ambito clinico, è molto importante la misurazione delle soglie sensoriali, che possono subire alterazioni in diverse condizioni patologiche. Un esempio specifico di questo può essere la soglia del dolore, che può risultare abbassata rispetto ai valori di riferimento normali in determinate condizioni cliniche, inoltre le alterazioni delle soglie sensoriali possono essere influenzate non solo da condizioni patologiche fisiche, ma anche da fattori emotivi e psicologici del paziente. Esistono vie ascendenti che modulano i segnali sensoriali in ingresso, selezionandoli in base alla loro rilevanza biologica e nel momento specifico in cui vengono riprodotti. Il fenomeno fondamentale che limita la diffusione dell'eccitazione nel SNC è detta inibizione, oltretutto esiste un fenomeno definito inibizione laterale che va ad aumentare il contrasto tra stimoli simili.

Sappiamo che esistono 6 sistemi sensoriali specifici:

• Sensibilità somatica o somestesica (tatto)
• Visiva
• Uditiva
• Vestibolare
• Olfattiva
• Gustativa

Sappiamo che questi sistemi sensoriali raccolgono informazioni sotto forma di vari stimoli fisici e chimici, questi vengono convertiti in potenziali d'azione che vengono portati ai centri del SNC per il processo di elaborazione. Infatti un sistema sensoriale viene definito come una parte di sistema nervoso costituita da recettori sensoriali che ricevono stimoli o dall'ambiente esterno o da quello interno, questi vengono portati da questi alle zone principali del cervello o del midollo spinale e da queste a zone più specifiche dedite all'elaborazione. Questo segnale viene definita informazione sensoriale, se questa arriva alla consapevolezza può essere definita sensazione e se la persona se ne rende conto viene definita percezione. Il processo di sensazione e percezione avviene solo dopo che l'informazione sensoriale raggiunge il SNC e queste vengono modificate e elaborate.Sistema sensoriale

Modalità Sensoriale e Recettori

Ogniuno di questi sei sistemi presenta una modalità sensoriale, un'energia dello stimolo, una classe recettoriale sensoriale, tipo di recettori sensoriali, classe recettoriale e localizzazione della cellula gangliare differenti. I recettori sensoriali sono situati all'estremità periferica dei neuroni afferenti e vanno a trasformare tali informazioni in potenziali graduati che possono diventare anche potenziali d'azione, questi segnali vengono mandati ai neuroni afferenti primari tramite il rilascio di neuro trasmettitori. L'energia o la sostanza chimica che influisce sul recettore sensoriale, attivandolo, è uno stimolo, in particolare il tipo di stimolo al quale risponde un particolare recettore nel suo normale funzionamento è noto come stimolo adeguato, inoltre sappiamo che ad un determinato stimolo adeguato risponde meglio un recettore specifico per quello stimolo. Ad esempio nell'occhio abbiamo recettori specifici che rispondono allo stimolo specifico della luce.

Categorie di Recettori Sensoriali

Vi sono numerose categorie generali di recettori caratterizzati dal tipo di stimolo al quale sono sensibili: ài meccanocettori, rispondono a stimoli meccanici come pressione o stiramento, e sono principalmente responsabili di tatto, pressione sanguigna e tensione muscolare, questi stimoli alterano la permeabilità dei canali ionici sulla membrana recettoriale, modificando i potenziali di membrana. ài termocettori, identificano le sensazioni di caldo e freddo ài fotocettori, risponde agli stimoli prodotti dalla luce àchemiocettori, rispondono al legame di alcune sostanze chimiche alla membrana recettoriale. ànocicettori, categoria generale di recettori che percepiscono il dolore in risposta ad un danno tissutale.

Classificazione dei Recettori Sensoriali

• Recettori di classe 1, formato dalla terminazione del neurone sensoriale stesso.
• Recettore di classe 2, è costituito da una cellula recettoriale specializzata, distinta dal neurone sensoriale primario, ma in contatto sinaptico con esso. Il potenziale d'azione generato dal neurone stesso provoca come abbiamo detto la liberazione del neurotrasmettitore che genera un conseguente potenziale postsinaptico sulla terminazione periferica del neurone sensoriale primario.

1· Recettoriale di classe 3, che è in relazione con il neurone sensoriale primario attraverso un interneurone da cui ne riceve il segnale elettronico (potenziale d'azione) dalla cellula recettoriale che lo trasmette.

Processo di Trasduzione

Descrizione del processo di trasduzione: è il processo di trasformazione dell'energia dello stimolo (che può essere di tipo sonoro, luminosa etc) durante la variazione del potenziale di membrana della cellula. Il tipo di stimolo a cui lo specifico recettore risponde abbiamo già detto che si chiamata stimolo adeguato. Il processo di trasduzione del segnale in tuti i recettori sensoriali comporta l'apertura o la chiusura di canali ionici, presenti sull'estremità distale della membrana dei neuroni o delle cellule sensoriali specializzate, l'apertura o chiusura di questi genera un cambiamento del potenziale graduato detto potenziale recettoriale. Se la membrana recettoriale è su una cellula separata, il potenziale recettoriale permette il rilascio del neurotrasmettitore che raggiunge il neurone afferente

Processo di Codificazione

Descrizione del processo di codificazione: Nel trasformare gli stimoli in potenziali d'azione, i sistemi sensoriali fanno molto di più che segnalare la presenza dello stimolo, per questo si attua il processo di codifica, ovvero la conversione dell'energia dello stimolo in un segnale che inoltra al SNC le informazioni sensoriali rilevanti come:

• La modalità, essa può essere descritta attraverso la legge delle energie sensoriali specifiche, che afferma che la codifica della modalità è una proprietà legata al tipo d'energia dello stimolo (es. caldo, freddo, luce, suono o pressione) Inoltre tutti i recettori del singolo neurone afferente sono solitamente sensibili allo stesso tipo di stimolo.
• L'intensità, codifica se lo stimolo è uno stimolo forte o uno stimolo debole, questo lo si fa attraverso due modalità: àcodice di frequenza, in base alla frequenza dei potenziali d'azione in un singolo neurone afferente, di conseguenza potenziali più frequenti causano uno stimolo più forte. àcodice di popolazione, ovvero il numero di fibre attivate simultaneamente, più neuroni si attivano simultaneamente più forte sarà lo stimolo.
• La durata, sappiamo che la durata di una sensazione non coincide necessariamente con il tempo in cui lo stimolo è presente (discorso correlato all'adattamento)
• L'adattamento, variabile che presentano tutti i recettori, rappresenta la riduzione della sensibilità recettoriale che da luogo di conseguenza ad una diminuzione della frequenza dei potenziali d'azione nonostante la presenza di uno stimolo. Ci sono due gradi di adattamento: àrecettori a lento adattamento, mantengono un potenziale d'azione recettoriale o persistente o a lenta degradazione (diminuisce facilmente) nel corso dello stimolo costante, quindi si continuano ad avviare potenziali d'azione durante tutta la durata dello stimolo, e cessano la loro attività solo quando lo stimolo finisce. àrecettori a rapido adattamento, che vanno a generare potenziali recettoriali e potenziali d'azione che cessano molto velocemente, talmente tanto che per tramandare lo stimolo si deve generare un nuovo potenziale d'azione, essi vanno dunque a segnalare l'inizio dello stimolo.
• La localizzazione, questa si identifica grazie all'organizzazione topografica dei sistemi sensoriali, questo avviene grazie all'identificazione del campo recettivo ovvero l'area del corpo che porta all'attivazione o inibizione di un particolare neurone afferente, le dimensioni dei campi recettivi variano significativamente: alcuni neuroni hanno campi recettivi ampi (come nel tronco), altri molto piccoli (come nei polpastrelli). In alcuni casi si ha una sovrapposizione dei campi recettivi per aumentare la frequenza degli stimoli nella singola fibra afferente.
• La densità di innervazione periferica, rappresenta il numero di fibre nervose (recettori) presenti nelle varie unità di area, c'è una proporzione diretta tra la densità d'innervazione e la quantità di tessuto nervoso centrale dedicato a quella zona, ad esempio le zone con maggiore densità d'innervazione (come mani e labbra) hanno una rappresentazione più ampia nella corteccia cerebrale. Concetto di acuità, ovvero di precisione con la quale possiamo trovare uno specifico campo recettoriale, è importante perché sappiamo che è direttamente proporzionale alla densità d'innervazione, es. possiamo riconoscere maggiormente uno stimolo sulle labbra che è uno spazio piccolo e pieno di recettori piuttosto che uno stimolo sul dorso che è una zona molto più ampia. Sostanzialmente più recettori ci sono più specificatamente riuscirò a trovare la localizzazione dello stimolo.
• La via
• La soglia sensoriale, si hanno due tipologie differenti di soglie: àsoglia fisiologica, quantità minima d'energia necessaria per attivare una fibra afferente àsoglia psicologica, energia minima necessaria per una sensazione cosciente. Nelle aree con elevata densità d'innervazione periferica, c'è una forte concordanza tra soglia fisiologica e psicologica mentre nelle zone con bassa densità d'innervazione, la soglia psicologica è più elevata di quella fisiologica perché molte informazioni sensoriali vengono filtrate prima di raggiungere la coscienza. (?)

La codifica inizia al livello del sistema nervoso periferico, in particolar modo inizia al livello dell'unità sensoriale, formata dal neurone afferente e le sue terminazioni recettoriali.

Principi Organizzativi dei Sistemi Sensoriali

Principi organizzativi comuni: I sistemi sensoriali seguono uno schema organizzativo generale in cui le fibre afferenti primarie convergono attraverso una catena di neuroni che termina nelle aree corticali sensoriali. L'elaborazione dei segnali può seguire due processi:

• Convergenza (raffinamento del segnale per sommazione spaziale)
• Divergenza (trasmissione parallela che offre ridondanza e elaborazioni multiple)

I circuiti a feedback negativo regolano l'attivazione della via sensoriale mantenendola entro limiti funzionali utili. Le vie discendenti dalla corteccia cerebrale possono attenuare o bloccare completamente gli stimoli sensoriali, fungendo da sistema di controllo.

Descrizione dei Sistemi Sensoriali Specifici

Sensibilità Somatica o Somestesica (Tatto)

Abbiamo detto che ogni sistema sensoriale è formato da: àuno stimoloauna catena di eventi che trasformano lo stimolo in eventi nervosiàuna risposta al segnale sotto forma di percezione. Per sensibilità somatica si intende tutte quelle sensazioni che provengono da cute,