Типы нервных рецепторов локализующихся в коже человека

В нашем организме кожа, имеющая общую площадь поверхности от 1,5 м 2 до 2,5 м 2 , функционально связана с внутренними органами и отражает их состояние как в норме, так и при патологии. Имея сложное трехслойное строение, она содержит нервные окончания, так называемые рецепторы кожи, воспринимающие раздражения из внешней среды. В данной статье попытаемся ответить на несколько вопросов. Какие рецепторы располагаются в коже? Какого их строение и функции? Каким образом обеспечивается взаимодействие покровов тела человека и условий окружающей природы.

Какие рецепторы располагаются в коже

Анатомия и физиология человека занимается изучением не только основных систем организма, но также и тем, какие рецепторы располагаются в коже. Биология (8 класс) объясняет морфофункциональные особенности тактильной сенсорной системы, исходя из специфики строения и функций различных видов рецепторов кожи, входящих в нее.

В коже находятся рецепторы трех видов: механорецепторы, терморецепторы и ноцирецепторы (болевые). Последние располагаются в большинстве случаев в эпидермисе — внешнем слое кожи, состоящем из эпителия, расположенного в несколько рядов. Верхняя их часть ороговевает, слущивается и замещается за счёт нижних слоев. У человека эпидермис почти полностью обновляется в течение месяца.

Первые два вида — механорецепторы и терморецепторы — содержатся преимущественно в дерме или собственно коже, в слое соединительной ткани, в котором находятся все ее структурные элементы, включая кровеносные и лимфатические сосуды, волосяные сумки и железы.

Рецепторная функция кожи

Кожа человека выполняет несколько важных функций, одной из которых является рецепторная. Она объясняется тем, что покровы тела представляют собой рецепторное поле, которое подает центральной нервной системе информацию как об изменениях в самой коже, так и о характере раздражителей. Активные точки кожи связаны с определенными участками головного мозга, а через них с костно-мышечной системой и внутренними органами.

Рецепторы кожи представляют собой не что иное, как периферический отдел кожно-мышечного анализатора, в который также входят нервы, несущие возбуждение от рецепторов и участки-центры в головном мозге, расположенные в его стволовой части. Как было сказано ранее, рецепторы кожного анализатора находятся в эпидермисе и собственно коже. Их строение и функции не одинаковы.

Например, тактильные рецепторы — тельца Мейсснера, являются маркерами, определяющими скорость прикосновений и располагаются в эпидермисе, а тельца Паччини, которые находятся глубоко в дерме, отвечают за изменение ускорения тактильных раздражителей. Характер ощущений зависит не только от того, какие рецепторы в коже воспринимают действие внешней среды, но и от частоты раздражителя. Если она в течение длительного времени неизменна, возникает ощущение давления, при кратковременном действии — прикосновения, а при высокой скорости изменения силы раздражителя — ощущение вибрации.

Наименьший порог чувствительности характерен для рецепторов кожи, расположенных на кончике языка и губ, более высокий — на подушечках пальцев, ладонях, внутренних сгибах локтей, а самый высокий порог чувствительности имеет кожа живота, стоп и спины.

Особенности температурных рецепторов

Температурные рецепторы контролируют нормальный уровень реакций обмена веществ гомеостаза. Они располагаются в стенках артерий и обеспечивают терморегуляцию — уравновешивание процессов теплоотдачи гомойотермных организмов, имеющих постоянную температуру тела. Таким образом, адаптационный уровень живого организма зависит от того, какие рецепторы расположены в коже и как быстро они сигнализируют об изменениях в окружающей среде.

Специфика ноцирецепторов

Изучение вопроса, какие рецепторы располагаются в коже, будет неполным, если мы не рассмотрим особенности строения болевых рецепторов. Вопреки фармацевтической рекламе, услужливо предлагающей раз и навсегда избавится от боли, отметим, что именно болевые ощущения являются защитной реакцией организма, сигнализирующей ему о потенциальной опасности. Ноцирецепторы имеют вид единичных разветвленных нервных окончаний, воспринимающих самые различные чрезмерно сильные раздражители тепла, давления, холода. Наибольшее их количество находится на подушечках пальцев, в надкостнице, в стенках кровеносных сосудов, в паутинной оболочке мозга.

Болевые ощущения можно рассматривать как форму тактильных восприятий, поэтому важно не только то, какие рецепторы располагаются в коже, но и то, насколько четко они реагируют на сильные раздражители. Само ощущение боли рассматривается как субъективное чувство, которое мы выражаем, находясь в особом негативном психоэмоциональном состоянии. Оно провоцируется влиянием раздражителей специфической сенсорной модальности.

В данной статье были рассмотрены особенности строения и функций рецепторов кожи.

В коже имеются разнообразные мало дифференцированные рецепторы, которые разделяются: 1) на тактильные, раздражение которых вызывает ощущения осязания и давления; 2) терморецепторы — тепла и холода; 3) болевые.

Абсолютная специфичность, т.е. способность реагировать только на какой-то один вид раздражения, характерна лишь для некоторых рецепторных образований кожи. Многие из них реагируют на раздражители разной модальности. Возникновение различных ощущений зависит не только от того, какое рецепторное образование кожи подверглось раздражению, но и от характера импульсации, идущей от этого рецептора в центральную нервную систему.

Восприятие механических раздражений (прикосновение, давление, вибрации, растяжения) называют тактильной рецепцией. Тактильные рецепторы находятся на поверхности кожи и слизистых оболочках полости рта и носа. Они возбуждаются при прикосновении к ним или давлении на них.

К тактильным рецепторам относят тельца Мейснера и меркелевы диски, имеющиеся в большом количестве на кончиках пальцев и губах. К рецепторам давления относят тельца Пачини, которые сосредоточены в глубоких слоях кожи, в сухожилиях, связках, брюшине, брыжейке кишечника. Нервные импульсы, возникшие в тактильных рецепторах, по чувствительным волокнам поступают в заднюю центральную извилину коры головного мозга.

В различных местах кожи тактильная чувствительность проявляется в неодинаковой степени. Она наиболее высока на поверхности губ, носа, а на спине, подошве стой, животе выражена в меньшей степени. Показано, что одновременное прикосновение к двум точкам кожи не всегда сопровождается возникновением ощущения двух воздействий. Если указанные точки лежат очень близко друг к другу, то возникает ощущение одного прикосновения. Наименьшее расстояние между точками кожи, при раздражении которых возникает ощущение двух прикосновений, называют порогом пространства. Пороги пространства неодинаковы в различных местах кожи: они минимальны на кончиках пальцев, губах и языке и максимальны на бедре, плече, спине.

Температура окружающей среды возбуждает терморецепторы, сосредоточенные в коже, на роговой оболочке глаза, в слизистых оболочках. Изменение температуры внутренней среды организма приводит к возбуждению температурных рецепторов, расположенных в гипоталамусе.

Температурные рецепторы имеют очень важное значение в сохранении постоянства температуры тела, без которого была бы невозможна жизнедеятельность нашего организма.

Существуют два типа температурных рецепторов: воспринимающие холод и тепло. Тепловые рецепторы представлены тельцами Руффини, холодовые — колбочками Краузе. Голые окончания афферентных нервных волокон также могут выполнять функции холодовых и тепловых рецепторов.

Терморецепторы в коже располагаются на разной глубине: ближе к поверхносности находятся холодовые, глубже — тепловые рецепторы. Вследствие этого время реакции на холодовые раздражения меньше, чем на тепловые. Терморецепторы сгруппированы в определенных точках поверхности тела человека, при этом холодовых точек значительно больше, чем тепловых. Выраженность ощущения тепла и холода зависит от места наносимого раздражения, величины раздражаемой поверхности и окружающей температуры.

Болевые ощущения возникают при действии любых раздражителей чрезмерной силы. Ощущение боли имеет большое значение для сохранения жизни как сигнал опасности, вызывающий оборонительные рефлексы скелетной мускулатуры и внутренних органов. Однако повреждающее или длительное раздражение болевых рецепторов искажает оборонительные рефлексы, делая их неадаптивными.

Боль локализуется меньше, чем другие виды кожной чувствительности, так как возбуждение, возникающее при раздражении болевых рецепторов, широко распространяется по нервной системе. Болевые ощущения возникают также при достижении критического уровня раздражения тактильных рецепторов и терморецепторов. Одновременное раздражение рецепторов зрения, слуха, обоняния и вкуса снижает ощущение боли.

Предполагается, что возникновение боли связано с раздражением окончаний особых нервных волокон. Получены данные, свидетельствующие о том, что в формировании боли имеет значение образование в нервных окончаниях гистамина. Возникновение боли связывают также с другими веществами, образующимися в тканях в месте повреждения, — брадикини- ном, XII фактором свертывания крови (фактор Хагемана) и др.

Проводящие пути и корковый конец кожного анализатора. Возбуждение от рецепторов кожного анализатора направляется в центральную нервную систему по волокнам, имеющим различный диаметр. Волокна малого диаметра (со скоростью проведения возбуждения 30 м/с) осуществляют переключение на второй нейрон в спинном мозге. Аксоны этих нейронов в составе передних и боковых восходящих путей направляются, частично перекрещиваясь, к зрительным буграм, где располагается третий нейрон пути кожной чувствительности. Отростки этих нейронов достигают соматосенсорной зоны пре- и постцентральной извилины коры.

Волокна более толстые (со скоростью проведения от 30 до 80 м/с) проходят без перерыва до продолговатого мозга, где и происходит переключение на второй нейрон. Там же осуществляется передача на второй нейрон возбуждения, идущего от рецепторов кожи головы. Аксоны нейронов продолговатого мозга полностью перекрещиваются на уровне продолговатого мозга и направляются к зрительным буграм. По аксонам нейронов зрительных бугров возбуждение передается в соматосенсорную область коры.

В зрительном бугре кожная поверхность головы и лица представлена в заднемедиальной зоне заднего вентрального ядра, а верхние и нижние конечности, туловище — в переднелатеральной его части. Имеется определенная организация и в расположении по вертикали нейронов, воспринимающих информацию от различных участков кожной поверхности. Выше всего расположены нейроны, воспринимающие информацию от кожной поверхности ног, несколько ниже — от туловища и еще ниже — от рук, шеи, головы. Такое же расположение характерно и для коркового отдела кожного анализатора. Нейроны, передающие информацию от кожной поверхности, делятся на моно-, ди- и полимодальные. Мономодальные нейроны выполняют функцию различения, а ди- и полимодальные — интегративную.

Возрастные особенности кожного анализатора. На 8-й неделе внутриутробного развития в коже выявляются пучки безмиелиновых нервных волокон, которые свободно в ней оканчиваются. В это время появляется двигательная реакция на прикосновение к коже в области рта. На 3-м месяце развития появляются рецепторы типа пластинчатых телец. Раньше всего появляются нервные элементы кожного анализатора в коже губ, затем в подушечках пальцев руки и ноги, затем в коже лба, щеки, носа. Потом практически одновременно происходит формирование рецепторов в коже шеи, груди, соска, плеча, предплечья, подмышечной впадины.

Раннее развитие рецепторных образований в коже губ обеспечивает возникновение сосательного акта при действии тактильных раздражений. На б-м месяце внутриутробного развития сосательный рефлекс является доминирующим по отношению к различным осуществляемым в это время движениям плода. Он влечет за собой возникновение различных мимических движений.

У новорожденного кожа обильно снабжена рецепторными образованиями и характер их распределения но ее поверхности такой же, как у взрослого человека. У новорожденных и грудных детей наиболее чувствительна к прикосновению кожа в области рта, глаз, лба, ладоней рук и подошв ног. Кожа предплечья и голени менее чувствительна, а еще менее чувствительна кожа плеч, живота, спины и бедер — она соответствует тактильной чувствительности кожи взрослых.

На холод и тепло новорожденные реагируют через значительно более продолжительный период, чем взрослые, причем на холод сильнее, чем на тепло, наиболее чувствительна к теплу кожа лица. Ощущение боли у новорожденных представлено без локализации его источника. Кожа лица наиболее чувствительна к болевым раздражениям. Локализация боли, вызванная раздражением интерорецепторов, отсутствует даже у детей 2—3 лет. Точная локализация всех раздражений кожи в первые месяцы или в первый год жизни отсутствует. К концу первого года жизни дети легко различают механические и термические раздражения.

Интенсивное увеличение инкапсулированных рецепторов происходит в первые годы после рождения. При этом особенно сильно увеличивается их число в участках, подвергающихся давлению: например, с началом ходьбы растет число рецепторов на подошвенной поверхности ноги.

Поскольку рука с возрастом приобретает все большее значение в жизни человека, возрастает роль ее рецепторных образований в анализе и оценке предметов окружающего мира, в оценке осуществляемых движений. Па ладонной поверхности кисти и пальцев рук увеличивается число полиаксонных рецепторов, которые характеризуются тем, что в одну колбу врастает много волокон. В этом случае одно рецепторное образование передает информацию в центральную нервную систему по многим афферентным путям и, следовательно, имеет большую область представительства в коре. Увеличение числа рецепторов кожи может быть и у взрослого человека, например, после потери зрения и необходимости ориентироваться ощупью.

На протяжении первого года жизни происходят качественные преобразования кожных рецепторов, и лишь к его концу все рецепторные образования кожи приближаются по своим морфофункциональным особенностям к взрослому состоянию. С годами возбудимость тактильных рецепторов возрастает, особенно в препубертатном и пубертатном периодах и достигает максимума к 17—25 годам. В течение жизни образуются временные связи зоны кожно-мышечной чувствительности с другими воспринимающими зонами, позволяющие четко локализовать возникающее раздражение кожи.

Умственное утомление приводит к резкому снижению тактильной чувствительности кожи; например, после пяти общеобразовательных уроков она может уменьшиться в два раза. Тренирующие упражнения могут повышать кожную чувствительность.

Кожный покров представляет собой мягкую внешнюю оболочку. Кожа защищает организм от возбудителей и внешних воздействий, чрезмерной потери воды, принимает участие в дыхании и терморегуляции, обменных процессах. Кожа является самым большим по площади органом: у взрослого человека площадь кожи достигает 1,5-2 квадратных метра. Строение кожи Кожа состоит из эпидермиса, собственно кожи (дермы) и подкожно-жировой клетчатки (гиподермы).

Эпидермис – это наружный слой кожи, который образован многослойным плоским эпителием. Поверхностные слои эпителия ороговевают и постепенно слущиваются. Толщина эпидермиса зависит от испытываемого давления: на груди, животе, шее, предплечье толщина эпидермиса 0,1-0,5 мм, а на подошве и ладонной поверхности кисти его толщина составляет до 2,3 мм. Эпидермис включает пять слоев эпидермальных клеток

• базальный слой – самый нижний слой, расположен на базальной мембране

• шиповатый слой – расположен сразу над базальным слоем

• зернистый слой – следующий, после шиповатого слоя

• блестящий слой – различим на ладонях и стопах

• роговой слой – состоит из многослойного ороговевающего эпителия.

В глубоком слое эпидермиса, который прилежит к дерме (собственное коже), постоянно происходит размножение и развитие новых клеток. Благодаря этому поверхностный, роговой слой эпидермиса обновляется за 7-11 дней. Цвет кожи зависит от пигмента меланина, который находится в глубоком слое эпидермиса.

Собственно кожа (дерма) состоит из волокнистой соединительной ткани. Толщина ее составляет 1-2,5 мм. В дерме выделяют сосочковый и сетчатый слои. Сосочковый слой расположен на границе с эпидермисом. Сосочки образуют гребешки и бороздки кожи, выступающие на ее поверхности. На гребешках открываются отверстия потовых желез. Переплетение гребешков и бороздок создает на ладонях и подошвах индивидуальный для каждого человека рисунок, который не меняется в течение жизни. Сетчатый, боле глубокий, слой дермы содержит пучки коллагеновых, эластичных и гладких мышечных волокон, которые обуславливают плотность и упругость кожи. В сетчатом слое дермы располагаются потовые и сальные железы, а также корни волос.

Подкожно-жировая клетчатка играет важную роль в терморегуляции, защите внутренних органов, накоплении и хранении питательных веществ. Она состоит из пучков соединительной ткани и жировых скоплений, которые пронизаны кровеносными сосудами и нервными волокнами. Количество жировых отложений зависит от пола (у женщин в целом подкожная основа выражена лучше), индивидуальных особенностей организма, режима питания, образа жизни, физических нагрузок и др. Больше всего жировых отложений в области груди, живота и таза. На лбу и на носу жировой слой выражен слабо, а на веках его нет вообще. На подошвах, ладонях и в области ягодиц (местах наибольшего давления) подкожная жировая клетчатка приобретает значение эластичной подстилки и имеет ячеистое строение.

Производные кожи (волосы и ногти). Кроме кожи в нашем организме есть ее анатомические производные, который получают развитие из кожи и ее зачатков. Производные кожи – это волосы и ногти.

Волосы находятся практически на всей поверхности тела. Не покрыты волосами только подошвы, ладони, ладонные и подошвенные поверхности пальцев, концевые фаланги пальцев, красная кайма губ, головка полового члена, внутренний листок крайней плоти, малые половые губы и клитор. Выделяют длинные волосы (на голове, лобке и в подмышечной области), щетинистые (ресницы, брови, волосы уха и ноздрей) и пушковые (на остальной поверхности тела). Количество волос зависит от пола и возраста. Волосы имеют стержень, который выступает над поверхностью кожи, и корень, который лежит в толще кожи. Корень волоса окружен волосяным мешочком, в который открывается проток сальной железы. К волосяному мешочку прикрепляется пучок гладких мышечных клеток. Сокращение данного пучка приводит к выпрямлению волоса (“гусиная кожа”) и опорожнению сальной железы.

Ногти представляют собой роговые пластинки, которые лежат на ногтевом ложе, ограниченном с основания и боков ногтевыми валиками.

Частью наружного покрова организма являются разные выделения желез, которые располагаются в коже. Кожные железы включают в себя:

• Сальные железы, которые выделяют кожное сало для смазки волос и предохранения кожи. Много сальных желез в волосистой части головы, а в коже ладоней и подошв их нет.

• Потовые железы, которые выделяют из организма воду и растворенные продукты обмена веществ. За сутки потовые железы вырабатывают 0,5-0,6 л пота в обычных условиях и до нескольких литров в жару или при физической работе. Пот состоит на 98% из воды и на 2% из органических неорганических веществ. Испарение пота предохраняет тело от перегрева и способствует выведению солей, мочевины, мочевой кислоты, аммиака и других веществ. Наиболее густо половые железы расположены в области ладоней, подошв, подмышечных ямок, паховых складках и на лбу.

Молочные железы– развиты у женщин и выделяют грудное молоко для питания новорожденного ребенка.

Функции и виды кожи.

Кожа выполняет следующие функции:

• защитная функция – кожа защищает организм от воздействия механических и химических факторов, микробов, потери воды и попадания воды снаружи;

• дыхательная функция – кожа способна поглощать кислород и выделять углекислый газ;

• терморегуляторная функция – изучается излишнее тепло и испаряется пот;

• кожа участвует в водно-солевом обмене при потоотделении;

• метаболическая функция – в коже происходит синтез и накопление витамина D, а некоторых гормонов;

• рецепторная функция выполняется кожей за счет многочисленных нервных окончаний;

• иммунная функция – осуществляется захват и транспорт антигенов с развитием иммунной реакции.

Рецепторы кожи.

Кожа воспринимает осязательные, болевые и температурные раздражения из внешней среды. Чувствительные нервные окончания (рецепторы) располагаются в разных слоях кожи и имеют различное строение. Наибольшая плотность рецепторов наблюдается в коже губ и на подушечках пальцев, а наименьшая – на спине, плечах и бедрах. В среднем на 1 квадратном сантиметре коже находится 170 рецепторов.

• Выделяют следующие виды чувствительных нервных окончаний:

• Механорецепторы – воспринимают прикосновение, давление и вибрацию. При анализе раздражений в коре головного мозга возникает субъективное ощущение о предмете, к которому человек прикоснулся.

• Терморецепторы: o холодовые рецепторы – их больше, чем тепловых, располагаются они ближе к эпидермису; o тепловые рецепторы находятся в глубоких слоях дермы и подкожной основе.

• Ноцирецепторы воспринимают болевые ощущения. Число болевых рецепторов намного больше числа тактильных и температурных. Болевые ощущения возникают при воздействии любого раздражителя большой силы, они сигнализируют об опасности и вызывают оборонительные рефлексы. Наиболее чувствительна кожа пальцев кисти.

Дата добавления: 2018-05-12 ; просмотров: 1819 ;

Кожа является первым органом, который воспринимает внешние раздражители. Она подает сигналы мозгу, а тот в свою очередь дает команду внутренним органам реагировать соответственно для сохранения здоровья и жизни всего организма. Чувствительность кожи осуществляется с помощью различных рецепторов, каждый из которых реагирует на разные раздражители: боль, холод, жара и другие.

Как чувствует кожа

Кожа человека выполняет много разных функций. Рецепторная – одна из них. Благодаря коже, человек быстро реагирует на боль и холод, может избежать ожога или передавливания сосудов.

Все рецепторы кожи человека подразделяются на три группы:

1. механорецепторы, реагирующие на механическое воздействие на кожу;
2. ноцирецепторы, реагирующие на болевые ощущения;
3. терморецпторы, реагирующие на температуру окружающей среды и предметов.

Болевые рецепторы расположены близко к поверхности кожи, поэтому болевая чувствительность у человека самая сильная. Остальные рецепторы располагаются в более глубоких слоях кожи, поэтому для реагирования им необходимо некоторое время (до нескольких секунд).

Весь кожный покров человека усеян описанными выше рецепторами. Они сообщают головному мозгу посредством центральной нервной системы о природе раздражителя и о том, что происходит в самой коже от его воздействия. По сути, кожные рецепторы представляют собой нервные окончания с определенными функциями и называются периферический отдел кожно-мышечного анализатора.

Сигналы исходят от активных точек на поверхности кожи, по нервным волокнам передают импульсы в соответствующие отделы головного мозга, а от туда далее сигнал идет к внутренним органам и к костно-мышечной системе.

Температурные рецепторы располагаются внутри стенок артерий, и их задача обеспечивать нормальную терморегуляцию всего тела. Организм привыкает к температуре окружающей среды настолько быстро, насколько позволяет это связь между терморецепторами, головным мозгом и в результате с органами, осуществляющими температурную адаптацию.

К механическим рецепторам относятся тактильные (прикосновения), рецепторы давления и рецепторы, реагирующие на изменение положение волосков.

Это интересно! Разные участки кожи на теле человека имеют разный порог чувствительности. Так, например, кожа губ и кончик языка имеют самый низкий болевой порог. Это значит, что эти участки самые чувствительные. Далее по степени чувствительности идут подушечки пальцев, локтевые сгибы с внутренней стороны, ладони. А наименее чувствительными являются участки кожи на спине, животе и ступнях.

Как поддержать здоровье кожи всего тела

Кожа нуждается в должном уходе не только по эстетическим соображениям, но еще для сохранения всех ее функций. Только здоровая кожа правильно реагирует на внешние раздражители. Соответственно и организм может только в этом случае правильно отреагировать и подстроиться под окружающую среду.

Компания НПЦРиЗ предлагает большой выбор пептидной и непептидной продукции для различных участков кожи всего тела.

1. Пептидный комлпекс №13 для кожи всего тела. Применяется наружно: ежедневно по несколько капель на запястье или локтевой сгиб.
2. Мезотель для кожи лица и шеи . Наружное.
3. Мезотель для тела . Наружное.
4. Косметическая серия Reviline . Уход за кожей всего тела.
5. Косметическая серия Комплимент для восстановления внутренних процессов во всех слоях кожи.
6. Антивозрастная косметическая серия Revilab .
7. Мезотели для ванны – SPA салон на дому.
8. Серия SPA LINE – уход за кожей головы, лица и всего тела.

Кроме того, поддержать состояние кожи можно с помощью пептидных биорегуляторов для головного мозга и нервной системы .

Не секрет, что самым большим органом человеческого тела является его кожа. Помимо защиты тела от внешних раздражителей, кожа выполняет еще и функцию датчика, собирающего информацию, наряду с глазами, ушами, языком и носом. Информация, получаемая кожей, позволяет человеку оценивать окружающую среду, лучше понимать ситуацию, в которой он находится и действовать в соответствии с ней. Несмотря на огромную важность тактильной информации, о том как именно все работает мы пока знаем не особо много. Посему ученые из Калифорнийского университета (США) решили рассмотреть кожу человека под математическим углом, дабы понять механизм возникновения и передачи тактильных ощущений. Что происходит, когда мы берем что-то в руки, как наша кожа обрабатывает получаемую информацию, и как данное исследование применить на практике? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.

У взрослого человека площадь его кожи может достигать 2.3 м2, что делает ее самым большим органом. Однако габариты ничто, если за ними нет никакого функционала. Кожа выполняет достаточно много функций: защитная, дыхательная, экскреторная, терморегуляторная, иммунная, метаболическая и т.д. Другими словами, пытаясь оценивать разные органы по их важности, ставить кожу на последнее место было бы ошибочно.

Самой же загадочной функцией кожи является сбор информации, т.е. формирование осязания — одного из видов чувств человека. Такова температура в комнате, шершавые или гладкие обои, насколько мягкое кресло — все эти и многие другие данные собираются именно кожей.

Невероятная чувствительность кожи заключается в наличии колоссального числа нервных окончаний, т.е. рецепторов. Все они отличаются друг от друга по форме и строению, поскольку выполняют разные задачи (одни собирают информацию про фактуру объекта, другие — про температуру, например).

Рецепторы кожи можно разделить на два основных типа: свободные нервные окончания и несвободные нервные окончания. Первые состоят исключительно из конечных ветвлений осевого цилиндра и располагаются в эпителии. Эти рецепторы собирают данные о температуре (терморецепторы), давлении (механорецепторы) и болевых ощущениях (ноцицепторы).

Категоризация несвободных нервных окончаний куда более обширная:

• тельца Пачини — рецепторы давления в подкожно-жировой клетчатке;
• тельца Мейснера — рецепторы давления в дерме;
• тельца Меркеля — рецепторы давления в глубоких слоях эпидермиса;
• тельца Руффини — рецепторы растяжения, реагирующие на тепло;
• колбы Краузе — рецепторы в надсосочковом слое дермы (якобы реагируют на холод, но это под вопросом);
• рецепторы волосяных фолликулов — механорецепторы, которые реагируют на изменение положения волоса.

Это лишь краткий перечень, без глубокого рассмотрения рецепторов, их функций и строения, но и этого достаточно, чтобы понять всю сложность кожи как органа чувств.

Сами исследователи трактуют осязание как кодирование механических сигналов, собранных кожей и подкожными тканями, в нейронные сигналы. Нейронные ответы на тактильные раздражители часто связаны с механическими воздействиями, возникающими из небольших участков кожи, однако есть свидетельства о том, что динамическое прикосновение вызывает механические волны в тактильном диапазоне частот, которые распространяются по всей руке, с переходными возбуждениями, затухающими в течение 30 мс. Таким образом, динамические тактильные воздействия могут стимулировать широкое распространение афферентации*.

Афферентация* — непрерывный поток нервных импульсов от органов чувств к нервной системе.

Было обнаружено, что эти волны, вызванные прикосновением, способствуют тонкому восприятию и могут использоваться для определения характеристик объекта, к которому дотронулись, области контакта объекта с рукой и дальнейших действий. Также есть данные, что рецептивные поля нейронов в соматосенсорных областях коры мозга охватывают большие участки рук и нескольких пальцев.

Большая площадь контакта на ранних этапах обработки сигналов побуждает корковые нейроны отвечать на входные сигналы, которые доставляются обратно в область контакта.

Таким образом, соматосенсорная обработка может зависеть от информации, переносимой механическими волнами, которые распространяются в тканях в отдаленные участки, удаленные от мест непосредственного механического контакта.

Ученые считают, если перенос механических волн в руке способствует эффективному кодированию соматосенсорной информации, то должна быть возможность описать тактильные стимулы в малых участках посредством информативных параметров. Другими словами преобразовать ощущение прикосновения в цифры.

В своем труде ученые показывают, как механические волны в руке производят эффективное кодирование тактильных входных данных. Проведя опыты с использованием высокоточных датчиков, ученые смогли создать своего рода словарик пространственно-временных сигналов, которые в совокупности позволяют классифицировать входящую информацию с точностью более 95%. То есть им удалось создать карту, показывающую где и какие области кожи руки активируются при контакте с тем или иным объектом.

Моделирование тактильной информации ученые изобразили в виде матричного разложения. Оценка кодирования была выполнена посредством собранной в ходе опытов базы данных тактильных стимулов для всей кисти, включающую пространственно-временные изменения кожи a(x, t). На руку добровольца были прикреплены специальные датчики в 30 участках (х). В ходе эксперимента было выполнено 13 жестов и 4600 взаимодействий с различными объектами.

Изображение №1

Изображение №2

Эти базисные паттерны (далее базисы) также могут быть интерпретированы как набор фильтров анализа, которые извлекают информацию из внешних стимулов с помощью различных дополнительных паттернов пространственно-временной интеграции механических сигналов в руке. По словам ученых, эти фильтры можно сравнить с функциями спектрально-временной настройки в слуховой обработке или с фильтрами пространственно-временного рецептивного поля при работе сетчатки.

Суммируя, учеными была создана математическая модель, в которой сигналы, ощущаемые по всей руке, были представлены в виде небольшого числа упрощенных паттернов. Данная методика позволила получить основные волновые паттерны — вибрации кожи по всей кисти, которые участвуют в сборе и передаче тактильной информации.

Несмотря на то, что в анализе не учитывались условия возникновения сигналов, тактильные базисы напоминали сенсорную функцию кисти (2А и 2В). Большинство из них первоначально были локализованы на дистальных концах одного из пальцев (наиболее плотно иннервируемые области кисти). Скорость движения сигналов составляла порядка 1-10 м/с, а затухание сигнала наблюдалось спустя 10-30 мс после его возникновения. Другие тактильные базисы эволюционировали от дистальной области отдельных пальцев до диффузных областей поверхности кисти (2А). В аспекте частоты, пара базисов демонстрировала схожее пространственное расположение, но разные частотные характеристики. К примеру, есть пара базисов, локализованных в пределах одного пальца, но имеющих разные фильтрационные свойства (относительно передаваемых сигналов): нижний диапазон от 20 до 80 Гц (2В, базис 2) или верхний диапазон от 80 до 160 Гц (2B, базис 6).

Изображение №3

Ученые считают, что пространственно-временные тактильные базисы связаны с определенным пальцем, т.е. имеют свою рабочую зону, так сказать. Например, 45% из 4600 проанализированных тактильных раздражителей были вызваны жестами, когда с объектом контактировал только один палец. Проведя повторный анализ, исключающий тактильные сигналы, создаваемые одним лишь пальцем, была обнаружена такая же тенденция.

Пространство возможных тактильных раздражителей ограничено механикой и продолжительностью контакта (3А).

Далее ученые решили проверить, сколько базисов должно быть задействовано для определения источника сигнала. Как оказалось, если использовать не менее 7, то точность определения составит 90%, а если 12, то 95%. Тем не менее, не все стимулы требуют активации столь большого числа базисов для повышения точности. Логика достаточно прямолинейна: когда в жесте задействовано несколько пальцев, то активируются несколько базисов; если же в жесте задействован лишь один палец, то и базисов будет один, максимум два. При этом сами базисы также варьировались в зависимости от жестов. То есть, разные жесты, хоть в них и задействованы одинаковые пальцы, будут активировать разные базисы.

Модель также показала, что достаточно пяти базисов для максимизации точности (80%), с которой стимулы от одного участника опытов могли быть классифицированы с использованием данных от других участников (3C). Эти пять базисов были практически универсальны среди всех участников и соответствовали пяти пальцам кисти (3B).

Совокупность вышеописанных наблюдений говорит о том, что сама эластичность кожи играет важную роль в сборе и передаче информации, поскольку за счет нее увеличивается площадь контакта с объектом. Кроме того, волны сигналов, распространяющиеся по определенному паттерну, позволяют классифицировать полученную информацию, что также способствует ускорению ее обработки непосредственно мозгом.

Подобные механизмы обработки сигналов можно сравнить с работой среднего уха, которое распространяя звуки с различным частотным содержанием на разные сенсорные рецепторы в ухе, помогает кодированию звуков слуховой системой.

Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.

Данное исследование показало нам, что кожа является намного более сложной системой, чем считалось ранее. Если раньше процесс передачи сигналов можно было описать линейно (прикосновение — возникновение сигнала — передача сигнала в мозг), то сейчас этот процесс скорее похож на волновую активность. Сигналы, получаемые от объектов взаимодействия с кожей, распространяются волнами по нервным окончаниям кожи в зависимости от зоны контакта, его продолжительности и характера поверхности. Другими словами, в сборе информации про объект контакта участвуют не только рецепторы в непосредственно месте контакта, но и рецепторы вокруг этой зоны.

Исследователи считают, что в этом сложном процессе не последнюю роль играет эластичность кожи, позволяющая увеличить площадь контакта с точки зрения распространения сигналов, а не с точки зрения непосредственно самого контакта.

По мнению ученых, их труд позволит не только лучше понять работу мозга и нервной системы человека, но и пригодится в разработке новых протезов и даже роботов, способных тактильно более точно собирать информацию об окружающей среде.

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и отличных всем выходных, ребята! :)

Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Equinix Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?