Ihminen havaitsijana: Luento 12. Jukka Häkkinen ME-C2000

Ihminen havaitsijana: Luento 12 Jukka Häkkinen ME-C2000 Kevät 2017 1

Luento 12 Somatosensorinen järjestelmä 2

Somatosensorinen järjestelmä Kosketustunto Lämpötunto Kylmätunto Kiputunto Asentotunto ja liiketunto Nivelistä, jänteistä ja lihaksista informaatiota välittävät järjestelmät Interoseptio: elimistön sisäisten tilojen aistiminen (hengitys, ruuansulatus)

Ihon tehtävät Suojata kehoa ulkoisilta uhilta: mikrobit, kemikaalit, säteily Lämmönsäätely Reseptorisolut välittävät aistimuksia

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

Kosketustunto

Kosketustunto Arkikielen Tunto -kokemus välittyy mekanoreseptorien välityksellä Iho antaa myöten objektille ja iholle muodostuu objektin peilikuva Ihon venyminen ja painuminen aktivoi mekanoreseptoreita Mekanoreseptorien välittämä tieto Ärsykkeen sijainti Ärsykkeen muoto Ärsykkeen kuviointi Painalluksen voimakkuus Piirteiden muutos ajan funktiona Aktiivinen ja passiivinen kosketus

Kosketustuntoa välittävät reseptorit 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

Mekanoreseptorien luokittelu Luokittelu frekvenssiherkkyyden mukaan 0 100 Hz Merkelin solu (Kokemus: Paineen tunne) 1 300 Hz Meissnerin kappale (Kokemus: Värinä) Ei herkkä värinälle Ruffinin pääte (Kokemus: Venytys) 5 1000 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)

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

Pacinin kappale (keränen) Reagoi parhaiten: Värinä Frekvenssialue: 5 1000 Hz, optimi 200 Hz Kynnysherkkyys nopealle painallukselle: 0,01 µm esim. puhallus iholle Pitkäaikainen paine: Ei reagoi 1 mm wikimedia.org/wikipedia/en/wiki/file:gray935.png

Pacinin kappale (keränen) 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

Reseptiivisiä kenttiä Pacinin kappale Ruffinin pääte Merkelin kiekko Meisnerin kappale

Meissnerin kappale (keränen) Blausen.com staff (2014). "Medical gallery of Blausen Medical 2014". WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436.

Meissnerin kappale (keränen) Reagoi parhaiten: Liike iholla Frekvenssialue: 1 300 Hz, optimi 50 Hz Kynnysherkkyys nopealle painallukselle: 8 µm Pitkäaikainen paine: Ei reagoi Huulissa, kämmenissä, jalkapohjissa Kohtisuorassa ihon pintaan nähden 2-6 hermosyytä kiertää spiraalimaisesti läpi Kappaleen sisällä liuskoja, joiden läpi hermosyy kulkee. Herkkyys venymiselle 150 mikrometriä Esimurrosikäisen sormenpäässä 50 kpl/mm 2 50-vuotiaan sormenpäässä 10 kpl/mm 2 Kyky erottaa pieniä yksityiskohtia heikkenee

Ruffinin pääte

Ruffinin pääte Reagoi parhaiten: Ihon venyminen Frekvenssialue: Ei herkkyyttä värinälle Kynnysherkkyys nopealle painallukselle: 40 µm Pitkäaikainen paine: Reagoi. Adaptoituu hitaasti. Muodoltaan sukkulamainen (pituus 1-2 mikrometriä), ihonsuuntainen Muodostuu yhdestä hermosyystä, joka työntyy kapselin sisään, jossa jakautuu ohuiksi aksonipäätteiksi. Reagoivat venymisen aiheuttamiin kollageenin siirtymiin. wikimedia.org/wikipedia/en/wiki/file:gray937.png

Merkelin kiekko Reagoi parhaiten: Ääriviivat, pistemäinen paine Frekvenssialue: 0 100 Hz, optimi 5 Hz Kynnysherkkyys nopealle painallukselle: 8 µm Pitkäaikainen paine: Reagoi. Adaptoituu hitaasti. Blausen.com staff (2014). "Medical gallery of Blausen Medical 2014". WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436

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

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

Absoluuttinen herkkyys Tärinän havaintokynnys Paras tuntokyky 200-400Hz Tärinän frekvenssi (Hz) Bolanowski et al (1988) Four channels mediate the mechanical aspects of touch. Journal of the Acoustical Society of America 84(5) 1680-1694.

Vaihtelu paikan mukaan Tärinän havaintokynnys Tärinän frekvenssi (Hz)

Spatiaalinen erottelukyky: Kaksipistekynnys Kuinka kaukana kahden iholle kohdistuvan painalluksen täytyy olla toisistaan, jotta ne erotetaan erillisiksi. Kokeile itse: 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 1 mm, selässä 40 mm Pistekirjoitus: pisteiden väli 3 mm

Kaksipistekynnys

Spatiaalinen erottelukyky: Kaksipistekynnys Tarkin etusormessa, heikkenee muissa sormissa Naisilla parempi tarkkuus Kaksipistekynnyksen neuraalinen perusta: reseptiiviset kentät Reseptorit Hermosolu

Lateraali inhibition parantaa erottelua

Reseptoreista kohti aivoja

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

Somatosensorinen alue

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

Kultuuriset tekijät ja neurotiede

Reseptiivisiä kenttiä Center-surround Liikesuunnan suhteen valikoiva Suunnan suhteen valikoiva

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

Aavejäsenet ja aivojen muotoutuvuus Aavejäsenet ovat jäänteitä uudellenmuotoutumisprosessista. Amputoitu käsi

Aktiivinen kosketus

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

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)

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

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

Kylmä- ja lämpötunto

Kylmän ja lämpimän aistimus Termoreseptorit välittävät kylmän ja lämpimän aistimuksia vapaat hermopäätteet Kukin reseptori on herkkä muutokselle: joko kylmenemiselle tai lämpenemiselle Herkkyysalueet: kylmillä 20-45 astetta, lämpimillä 30-48 astetta Yhden lämpimälle herkän reseptorisolun vasteen muutos Muutos tapahtuu suhteessa alkulämpötilaan!

Kiputunto

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

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)

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

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