Ihminen havaitsijana: Luento 11. Jukka Häkkinen ME-C2600

Transkriptio

1 Ihminen havaitsijana: Luento 11 Jukka Häkkinen ME-C2600 Kevät

2 Luento 11 Somatosensorinen järjestelmä 2

3 Somatosensorinen järjestelmä Kosketustunto Lämpötunto Kylmätunto Kiputunto Asento- ja liiketunto Nivelistä, jänteistä ja lihaksista informaatiota välittävät järjestelmät

4 Iho ja siellä olevat reseptorit

5 Iho Reseptorit sijatisevat ihon sisällä Ihon tehtävät: suojata kehoa ulkoisilta uhilta: mikrobit, kemikaalit, säteily lämmönsäätely reseptorisolut välittävät tuntoaistimuksia

6 Orvaskesi Karva Talirauhanen Verinahka Hikitiehyt Hikirauhanen Hiussuoni Ihanalaiskudos Hikirauhanen Valtimo Laskimo Karvatuppi

7 Kosketustuntoa välittävät reseptorit Arkikielen Tunto -kokemus välittyy monien eri reseptorityyppien välityksellä Mekanoreseptorit ovat herkkiä ihoon kohdistuvalle paineelle ja värinälle Pacinin kappale (keränen): Nopea liike ja nopea värinä Meissnerin kappale (keränen): Liike ja hidas värinä Ruffinin pääte: ihon venyminen Merkelin solu (kiekko): Ihon hidas painuminen Vapaa hermopääte: karvojen liike Krausen kappale (Krausen keränen): tarkka funktio epäselvä

8 Mekanoreseptorien luokittelu Luokittelu frekvenssiherkkyyden mukaan Hz Merkelin solu (Kokemus: Paineen tunne) 3 40 Hz Meissnerin kappale (Kokemus: Värinä) Hz Ruffinin pääte (Kokemus: Venytys) Hz Pacinin kappale (Kokemus: Värinä) Luokittelu reseptiivisen kentän koon mukaan Pieni reseptiivinen kenttä (Meissner, Merkel) Suuri reseptiivinen kenttä (Ruffini, Pacini) Luokittelu tottumisnopeuden mukaan Nopeasti tottuvat (Pacini, Meissner) Hitaasti tottuvat (Ruffini, Merkel)

9 Tottumisnopeus Merkel Ruffini Hermoimpulssit Tuntoärsyke Meissner Pacini Hermoimpulssit Tuntoärsyke Esimerkki: Vaatteiden luoma tuntokokemus ei ole tietoisuudessa koko ajan.

10 Pacinin kappale (keränen) Aistii mekaanista painetta ja värinää Erittäin herkkiä (esim. puhallus iholle) Hz Tottuu nopeasti Syvällä verinahassa tai ihonalaiskudoksessa Pääasiassa sormenpäissä Isokokoinen, joten paljon tutkittu Sipulimainen rakenne: hermopäätettä ympäröi kapselirakenne, joka muodostuu liuskoista, joiden välissä on nestettä Liuskojen liike aktivoi hermopäätettä Kapselin kautta nopeat muutokset pääsevät helpommin hermopäätteeseen Kapseli vaimentaa pidempiaikaisen paineen vaikutuksen 1 mm wikimedia.org/wikipedia/en/wiki/file:gray935.png

11 Reseptiivisiä kenttiä Pacinin kappale Ruffinin pääte Merkelin kiekko Meisnerin kappale

12 Meissnerin kappale (keränen) Tuntoreseptori, nopeasti tottuva 3 40 Hz Sijaitsee verinahassa huulissa, kämmenissä ja jalkapohjissa, erityisesti sormissa ja varpaissa Kohtisuorassa ihon pintaan nähden 2-6 hermosyytä kiertää spiraalimaisesti läpi Kappaleen sisällä liuskoja, joiden läpi hermosyy kulkee esimurrosikäisen sormenpäässä 50 kpl/mm 2 50-vuotiaan sormenpäässä 10 kpl/mm 2 Kyky erottaa pieniä yksityiskohtia heikkenee 150 mikrometriä

14 Ruffinin pääte Reagoi pääasiassa pitkäaikaiseen paineeseen Hz Yksinkertaisimpia kapseloituneita mekanoreseptoreita Muodoltaan sukkulamaisia (pituus 1-2 mikrometriä), ihonsuuntaisia Muodostuu yhdestä hermosyystä, joka työntyy kapselin sisään, jossa jakautuu ohuiksi aksonipäätteiksi. Reagoivat mekaanisen stressin aiheuttamiin kollageenin siirtymiin. Yksi hermosyy voi hermottaa useita Ruffinin päätteitä: lisääntynyt herkkyys mutta heikentynyt spatiaalinen tarkkuus (vrt. tappi- ja sauvasolut) wikimedia.org/wikipedia/en/wiki/file:gray937.png

16 Muut reseptorit Merkelin kiekko Tarkasti aistiva mekanoreseptori Tottuvat hitaasti, pienen kappaleen pitkäaikainen kosketus Sijainti: sormet, varpaat, nenä Vapaat hermopäätteet Yleisin reseptori iholla, lähinnä muuta kuin tuntoaistia (kylmää ja kuumaa) Karvatuppien ympärillä aistivat karvan liikkeitä Krausen kappale (keränen) Muistuttavat Pacinin kappaletta, mutta paljon pienempiä eikä liuskoittunutta kapselia

17 Kosketustunto

18 Kosketustunnon osatekijät Absoluuttinen herkkyys: yhden ihon pisteen tuntokyky ja aistimusten suhde ärsykkeen voimakkuuteen. Tärinän havaitseminen. Spatiaalinen tarkkuus: kyky erotella lähekkäin olevia kosketusärsykkeitä toisistaan. Kuinka hyvin erottelemme erilaisia pintarakenteita toisistaan. Maskaus- eli peittämisilmiöt: ajallisesti ja paikallisesti lähekkäin esitettyjen ärsykkeiden vaikutus toisiinsa Vaimentaminen Voimistaminen Ominaisuuksien muuttuminen Ihonmyötäisen liikkeen ja liikesuunnan havaitseminen iholla Grafestesia: Toisiaan seuraavien erisuuntaisten liikkeiden mieltäminen symboliksi Stereognosia: Kyky tunnistaa esine sitä tunnustelemalla

19 Absoluuttinen herkkyys Ihon yhden pisteen tuntokyky Yksinkertaisin tuntokyvyn mittari Keskeisin myös erilaisten teknologioiden suunnittelussa Mittaus Lyhyt- tai pitkäkestoiset paineärsykkeet = tärinä Pidempikestoiset paineärsykkeet Tuntokyky paranee distaalisesti, eli vartalosta raajojen ääripäihin mentäessä

20 Absoluuttinen herkkyys Tärinän havaintokynnys Paras tuntokyky Hz Tärinän frekvenssi (Hz) Bolanowski et al (1988) Four channels mediate the mechanical aspects of touch. Journal of the Acoustical Society of America 84(5)

21 Vaihtelu paikan mukaan Tärinän havaintokynnys Tärinän frekvenssi (Hz)

22 Spatiaalinen erottelukyky: Kaksipistekynnys Reseptorien tiheyttä mitataan kaksipistekynnyksellä, eli selvitetään, kuinka kaukana kahden iholle kohdistuvan painalluksen täytyy olla toisistaan, jotta ne erotetaan erillisiksi. Tätä voi itsekin kokeilla: ota kaksi kynää ja anna jonkun toisen painaa kynät esimerkiksi kämmeneesi. Kaksipistekynnys on se kynän kärkien välinen etäisyys, jolla erotat, painaako kättäsi kaksi vai yksi kynää. Sormenpäissä jopa 1-2 mm (pistekirjoituksessa pisteiden väli 2,3 mm) Kaksipistekynnyksen neuraalinen perusta: reseptiiviset kentät Reseptorit Hermosolu

23 Spatiaalinen herkkyys: Kaksipistekynnys ja lateraali inhibitio

24 Kaksipistekynnys

25 Reseptoreista kohti aivoja

26 Somatosensorinen aivokuori Somatosensorinen aivokuori Hermosyy Hermosyy Talamus Hermosyy Hermosyy Aivorunko Takapylväs Hermosyy Selkäydin Takajuosteet Mekanoreseptorit tai Proprioseptioreseptorit Kipu- ja lämpöreseptorit Spinotalaaminen rata Hermosyy A-delta -säikeet: terävä kipu C-säikeet: tylppä, jomottava kipu

27 Somatosensorinen alue

28 Reseptorien tarkkuus tietyllä vaikuttaa edustuksen kokoon aivoissa Klassiset tutkimukset: Penfield stimuloi aivoalueita leikkauksen aikana

29 Kultuuriset tekijät ja neurotiede

31 Reseptiivisiä kenttiä Center-surround Liikesuunnan suhteen valikoiva Suunnan suhteen valikoiva

32 Reseptiivisten kenttien muotoutuvuus Reseptiivisten kenttien koko ennen ja jälkeen stimulaatiovaiheen. Muotoutuvuus = plastisiteetti. Sokeiden parantunut kosketustunto

33 Aavejäsenet ja aivojen muotoutuvuus Aavejäsenet ovat jäänteitä uudellenmuotoutumisprosessista. Amputoitu käsi

34 Aktiivinen kosketus

35 Aktiivinen kosketus Reseptiiviset kentät ovat analogia näköaistin kanssa: ne ottavat vastaan ulkoisia ärsykkeitä ja reagoivat niihin. Esimerkiksi näin: Sormet liikkuvat hitaasti pintakuvioinnin ylitse (Merkel, Meissner) Peukalo osuu pieneen yksityiskohtaan (Merkel) Käsi puristuu lasin ympärille (Ruffini) Tämä on kuitenkin aktiivinen tilanne, kuten suuri osa valveillaoloajasta Aktiivinen kosketus = tilanne, jossa henkilö kontrolloi kosketuksen määrä

36 Haptinen havaitseminen Kolmiulotteisten objektien muotoa tunnustellaan aktiivisesti Usean järjestelmän vuorovaikutus Ihon kosketustunto Käden motoriikka Kognitiot: kuinka tunnistamme objektit Kruger (1970): terävä objekti osuu ihoon Passiivinen kosketus: Tunnen ihollani pistävän tunteen Aktiivinen kosketus: Tunnen terävän esineen Arkipäivän objektin tunnistaminen tunnon avulla vie 2-3 sekuntia, tapahtuu eksploratiivisten kädenliikkeiden avulla (vrt. aivovauriot) Objektin pinnan suuntaiset liikkeet (Pintakuviointi) Painaminen (Kovuus) Ympäröiminen (Muoto, voluumi) Ääriviivojen seuraaminen (Tarkka muoto)

37 Sekuntia Sekuntia Haptinen havaitseminen Tekstuuri Painaminen Ympäröiminen Pinnansuuntaiset liikkeet Ääriviivojen seuraaminen Objektin pinnan suuntaiset liikkeet Painaminen Muoto Ympäröiminen Ympäröiminen Ääriviivojen seuraaminen Painaminen Pinnansuuntaiset liikkeet Ääriviivojen seuraaminen

38 Haptinen havaitseminen Hermosolujoukon aktiviteetti viestii muotoa Aktivaatio lisääntyy Ei lisääntynyttä aktivaatiot Kaareutuvuus välittyy hermosolujen aktivaatiossa Hermosolu reagoi vain kun käsi tartuu tiettyyn objektiin

39 Kylmä- ja lämpötunto

40 Kylmän ja lämpimän aistimus Termoreseptorit välittävät kylmän ja lämpimän aistimuksia vapaat hermopäätteet Kukin reseptori on herkkä muutokselle: joko kylmenemiselle tai lämpenemiselle Herkkyysalueet: kylmillä astetta, lämpimillä astetta Yhden lämpimälle herkän reseptorisolun vasteen muutos Muutos tapahtuu suhteessa alkulämpötilaan!

41 Kiputunto

42 Kivun aistimus (nosiseptio) Kipuviestit kertovat uhkaavasta tai tapahtuneesta kudostuhosta (vrt. kyvyttömyys koekea kipua) Kivun aistimus on eräs ihon monimutkaisemmista aistimuksista. Sitä välittävät erityiset kipureseptorit, jotka reagoivat mekaaniseen ärsytykseen (eli siis esimerkiksi terävyyteen) lämpöön. Näiden reagointi alkaa noin 45 plusasteen jälkeen polymodaaliset, jotka reagoivat sekä mekaaniseen ärsytykseen, kuumaan ja kylmään Esimerkki lämpötilalle herkästä kipureseptorista

43 Kivun aistimus (nosiseptio) Kipuviestit kertovat uhkaavasta tai tapahtuneesta kudostuhosta Kaksi pääkomponenttia Sensoris-diskriminatiivinen kipukomponentti: kudostuhon ajallis-paikalliset ominaisuudet, jyskyttävä, pistävä, kuuma, tylppä Affektiivis-motivationaalinen komponentti: kivun kärsimys: ärsyttävä, piinallinen, pelottava Kipuun liittyy myös Motoriset vasteet (esimerkiksi suojaheijasteet: käden vetäminen kuumalta levyltä)

44 Kivun aistimukseen vaikuttavat tekijät Mielentila tai odotukset saattavat voimistaa kivun kokemusta Masentuneena tai väsyneenä kivut saattavat tuntua voimakkaammilta Kivun odottaminen voi lisätä kivun kokemusta, minkä esimerkiksi hammaslääkäri selvästi osoittaakin. Mielentila voi lieventää kivun kokemusta Stressaavassa tilanteessa kivun kokemus voi jäädä huomaamatta. Vaikkapa jalkapallo-ottelussa voimakkaasti otteluun eläytyvät pelaaja ei huomaa nyrjähtänyttä nilkkaansa ennen kuin vasta ottelun jälkeen kun stressi hellittää Uskonnollinen hurmostila tai voimakas rentoutuminen voivat lievittää kivun kokemusta. Tarkkaavaisuuden siirtäminen muuhun: Virtuaalikypäräkokeet

45 Kivun aistimukseen vaikuttavat tekijät Tätä ilmiötä on kuvattu Ronald Melzakin porttikontrolliteoriassa, jonka mukaan selkärangan kiputietoa välittäviin ratoihin välittyy aivoista inhiboivia yhteyksiä, jotka voivat tarpeen vaatiessa katkaista kipusignaalin tulon aivoihin. Voivat tulla joko korkeammista prosesseista tai muista tuntoreseptoreista Hermosyy: lisää kivun kokemusta Hermosyy: vähennä kivun kokemusta Välittää muita kosketusaistimuksia Lähettävät solut Kivun kokemus Korkeammat prosessit voivat aktivoida