Биология · 9 класс · углублённый уровень

Биология · углублённый уровень · 9 класс · Урок 54

Слух, равновесие, осязание, вкус и обоняние: разные рецепторы

Разберём путь звука до волосковых клеток улитки и отделим его от вестибулярного чувства; затем сравним кожные, мышечные и химические рецепторы.

Сенсорные системы

Федеральная программа · углублённый уровень · 9 класс

Сенсорные системы

Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:

Наружное, среднее и внутреннее ухо
Барабанная перепонка, слуховые косточки, улитка и орган Корти
Преобразование звука волосковыми клетками и обработка речи мозгом
Полукружные каналы и отолитовые органы
Экстеро-, интеро- и проприорецепторы
Механические, температурные, болевые и химические сигналы
Вкус и обоняние и возможные нарушения этих чувств
Отит и нарушения слуха
Слуховой аппарат и кохлеарный имплант
Шум и профессиональная помощь

Слуховая улитка и вестибулярные органы находятся во внутреннем ухе, но решают разные задачи и посылают разные сигналы.

Как это устроено

Слух начинается с механической волны: наружное ухо направляет звук, барабанная перепонка колеблется, косточки передают движение к заполненной жидкостью улитке. Волна на базилярной мембране отклоняет стереоцилии волосковых клеток органа Корти; клетка меняет электрическую активность и влияет на слуховой нерв. Разные участки улитки чувствительны к разным частотам, но распознавание речи требует многоэтапной обработки мозга. Барабанная перепонка сама не является нервным рецептором звука.

Вестибулярные полукружные каналы сообщают о вращении головы, а отолитовые органы — о линейном ускорении и положении по отношению к силе тяжести. Их волосковые клетки похожи по принципу механочувствительности на слуховые, но задачи различаются. Равновесие зависит также от зрения и проприоцепции; поэтому «вестибулярный аппарат один держит человека вертикально» — неполное объяснение.

Экстерорецепторы, интерорецепторы и проприорецепторы группируют по источнику информации; механические, температурные, химические и ноцицептивные — по типу воздействия. Эти классификации пересекаются, а не конкурируют. Проприорецепторы сообщают о положении конечностей, кожные окончания — о прикосновении и температуре, но боль — результат обработки потенциально опасных сигналов мозгом, а не одно простое число в одном рецепторе.

Вкус и обоняние используют химическое распознавание, но рецепторы и пути различаются; запах пищи вносит значительный вклад в её восприятие. Старая карта языка с единственной зоной для каждого вкуса неверна. При ухудшении слуха причины могут находиться в разных отделах пути, поэтому слуховой аппарат или кохлеарный имплант применяют по конкретным показаниям, а не как универсальное решение. Защита от чрезмерного шума и своевременная профессиональная оценка важнее самостоятельной «проверки» громкими звуками.

При среднем отите воспаление и жидкость затрагивают среднее ухо и могут нарушать проведение звука к внутреннему уху. Это не то же самое, что повреждение волосковых клеток улитки из-за чрезмерного шума. Слуховой аппарат усиливает и обрабатывает звук, но зависит от сохранности работающих сенсорных структур. Кохлеарный имплант по специальным показаниям обходит повреждённые участки внутреннего уха и возбуждает слуховой нерв; восприятие через него отличается от обычного слуха и требует обучения. Ни одно из этих устройств не назначают только по жалобе «плохо слышу» без выяснения причины.

Передача сигнала от улитки к слуховой коре ещё не равна пониманию речи. Звуковые признаки обрабатываются вместе с языковой информацией в распределённых мозговых сетях; школьное выражение «центр слуха связан с центром речи» описывает связь, а не две изолированные коробки мозга. Нарушения вкуса и обоняния также могут иметь разные причины, в том числе после заболеваний или повреждения путей, а привычная жалоба «пропал вкус» иногда связана прежде всего с обонянием. Нарушения кожной чувствительности и чувства положения конечностей требуют оценки не только рецепторов, но и нервных путей. Не проверяйте их намеренным причинением боли или опасными запахами.

Словарь урока

Каждое понятие — с примером

Звуковая волна

Механическое колебание среды, распространяющее изменение давления и способное быть обнаруженным слуховой системой в определённом диапазоне.

Пример: Речь создаёт колебания воздуха, достигающие наружного уха.

Барабанная перепонка

Тонкая структура на границе наружного и среднего уха, движение которой передаёт колебания воздуха слуховым косточкам.

Пример: Звуковая волна заставляет перепонку колебаться, но она не преобразует звук в нервный сигнал сама.

Слуховые косточки

Три маленькие кости среднего уха — молоточек, наковальня и стремечко — передающие механические колебания к внутреннему уху.

Пример: Стремечко передаёт движение к овальному окну улитки.

Улитка внутреннего уха

Спиральная заполненная жидкостью структура, где механические колебания преобразуются в сигналы слуховых рецепторных клеток.

Пример: Волна жидкости улитки изменяет движение базилярной мембраны.

Орган Корти

Рецепторный аппарат слуховой улитки на базилярной мембране с волосковыми и поддерживающими клетками.

Пример: Отклонение стереоцилий волосковой клетки в органе Корти меняет её электрическое состояние.

Волосковая клетка

Механочувствительная рецепторная клетка внутреннего уха, преобразующая движение волосковых выступов в изменение электрического сигнала.

Пример: Клетки слуховой улитки реагируют на колебания в различных участках базилярной мембраны.

Вестибулярная система

Система внутреннего уха и нервных путей, сообщающая о вращении головы, линейном ускорении и положении относительно силы тяжести в сочетании с другими чувствами.

Пример: Сигналы от вестибулярных органов и глаз вместе помогают удерживать взгляд при повороте головы.

Полукружные каналы

Три ориентированные в разных плоскостях структуры вестибулярной системы, чувствительные прежде всего к угловым ускорениям головы.

Пример: При повороте головы жидкость в каналах влияет на рецепторные структуры.

Отолитовые органы

Мешочек и маточка внутреннего уха с рецепторами линейного ускорения и положения головы относительно тяжести.

Пример: При наклоне головы изменение нагрузки на отолитовую мембрану влияет на волосковые клетки.

Экстерорецептор

Рецептор или сенсорное окончание, получающее информацию преимущественно о внешней среде в принятой функциональной классификации.

Пример: Кожный механорецептор реагирует на прикосновение снаружи.

Интерорецептор

Рецептор, сообщающий о состоянии внутренних органов и внутренней среды в принятой функциональной классификации.

Пример: Рецепторы растяжения внутренних органов передают сведения о их состоянии.

Проприорецептор

Рецептор в мышцах, сухожилиях и суставах, участвующий в ощущении положения и движения частей тела.

Пример: С закрытыми глазами человек может приблизительно знать положение руки благодаря проприоцепции.

Ноцицептор

Сенсорное нервное окончание, реагирующее на потенциально повреждающие воздействия и участвующее в формировании болевого сигнала; боль как переживание зависит от мозга и контекста.

Пример: Острое механическое повреждение кожи может активировать ноцицепторы.

Вкусовой рецептор

Клетка или рецепторная система вкусовой почки, реагирующая на определённые растворённые вещества и передающая сигнал нервным путям.

Пример: Для восприятия сладкого вещества нужны рецепторные механизмы, а не «сладкая зона» только на кончике языка.

Обонятельный рецептор

Сенсорный нейрон или его молекулярный рецептор в обонятельном эпителии, реагирующий на определённые летучие молекулы.

Пример: Сигналы обоняния помогают различать запах пищи, но один рецептор не соответствует строго одному бытовому запаху.

Средний отит

Воспаление среднего уха, обычно связанное с инфекцией; жидкость и воспаление в этой области могут временно ухудшать передачу звука.

Пример: У ребёнка после инфекции дыхательных путей боль в ухе и ухудшение слуха требуют оценки специалиста, а не самостоятельного закапывания лекарства.

Слуховой аппарат

Электронное устройство, усиливающее и обрабатывающее звук, чтобы оставшиеся работающие слуховые структуры могли его лучше обнаруживать.

Пример: Аппарат может помочь при определённой потере слуха, но не восстанавливает повреждённые волосковые клетки и имеет предел усиления.

Кохлеарный имплант

Медицинская система, которая при определённых формах тяжёлой потери слуха обходит повреждённые участки внутреннего уха и электрически стимулирует слуховой нерв.

Пример: Имплант не возвращает обычный слух мгновенно: для распознавания звуков после установки требуется обучение.

Слуховая кора и языковая сеть

Связанные области мозга, которые обрабатывают звуковые признаки и вместе с другими нервными сетями участвуют в распознавании и понимании звучащей речи.

Пример: Слышать последовательность звуков не то же самое, что понять значение незнакомого слова; смысл требует работы языковых сетей.

Нарушение обоняния

Изменение способности обнаруживать или различать запахи, которое может быть связано с носовой полостью, обонятельными нейронами или нервной обработкой и имеет разные причины.

Пример: Потеря обоняния после инфекции требует выяснения причины; по жалобе нельзя утверждать, что повреждён только один рецептор.

Нарушение вкуса

Изменение способности воспринимать вкусовые качества, которое отличают от уменьшения ощущения аромата пищи вследствие потери обоняния.

Пример: Человек может говорить, что пища «не имеет вкуса», хотя вкусовые почки работают, а ухудшилось обоняние.

Пример по шагам

После вращения с закрытыми глазами человеку кажется, что движение продолжается. Почему это не доказывает, что звук обрабатывается в полукружных каналах?

Полукружные каналы относятся к вестибулярной системе и реагируют на угловые ускорения головы.
После остановки движение жидкости и работа рецепторов могут ещё некоторое время создавать ощущение движения.
Звук обрабатывается другим аппаратом внутреннего уха — слуховой улиткой и её путями.

Вывод: Близкое расположение органов не означает одинаковую сенсорную функцию.

Практическая работа

Сенсорная карта без риска слуху

На муляже уха подпишите наружный, средний и внутренний отделы, отдельно выделив улитку и вестибулярные органы.
По готовой анимации проведите путь звукового колебания и путь нервного сигнала двумя цветами.
Классифицируйте опубликованные примеры рецепторов одновременно по месту источника информации и по типу воздействия.

Что можно заключить: Разные сенсорные пути можно сопоставлять по физическому стимулу, рецептору и нервной обработке.

Безопасность: Не проводите опыты с громким звуком, резким вращением или намеренной болью; при внезапном нарушении слуха обращайтесь за профессиональной помощью.

Практическая работа

Изучение строения органа слуха на муляже

На муляже уха последовательно найдите наружный слуховой проход, барабанную перепонку, слуховые косточки, улитку и слуховой нерв; отдельно покажите полукружные каналы и их отношение к равновесию.
Проведите стрелки механического колебания от воздуха до жидкости улитки, затем другим цветом — нервного сигнала к мозгу; уточните, где именно происходит преобразование сигнала.
Сравните разборный муляж с анатомическим рисунком реального размера и перечислите опущенные детали: мембраны, жидкости, волосковые клетки и связи с глоткой.

Что можно заключить: Слух требует передачи механического колебания и его преобразования рецепторами в нервный сигнал; равновесие связано с другими структурами внутреннего уха.

Безопасность: Не вставляйте предметы в слуховой проход и не применяйте громкий звук как «проверку»; муляж не служит для диагностики.

Попробуйте сами

Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.

Открываем задания…

Сверка содержания

Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.