I recettori sensoriali

Metti in relazione ciascuno dei cinque sensi con il tipo di stimolo che capta e con l'organo in cui si trovano i suoi recettori principali.

Spiega che cos'è un recettore sensoriale e perché diciamo che i sensi sono la «porta d'ingresso» dell'informazione nel sistema nervoso.

Spiega la differenza tra stimolo e sensazione, e fai un esempio di ciascuno utilizzando una tazza di cioccolata calda.

Nell'immagine dell'occhio in sezione sono state indicate con numeri diverse strutture. Scrivi il nome delle cinque strutture indicate e indica in quale di esse si trovano le cellule recettrici della luce.

Descrivi il percorso seguito dall'informazione luminosa da quando la luce di un oggetto entra nell'occhio fino a quando si forma l'immagine, nominando le strutture che attraversa e il luogo in cui si trasforma in impulso nervoso.

Quando passi da una stanza buia a una strada molto soleggiata, rimani abbagliato per qualche secondo. Spiega quale struttura dell'occhio regola la quantità di luce che entra, come agisce in quella situazione e che nome ha questo meccanismo di adattamento.

Nella penombra vediamo con pochi dettagli e praticamente senza colori. Sapendo che nella retina ci sono due tipi di cellule recettrici, alcune molto sensibili alla luce debole e altre specializzate nei colori, spiega perché accade questo.

Molte persone anziane allontanano il giornale per leggerlo, un problema noto come «presbiopia». Spiega quale struttura dell'occhio perde flessibilità con l'età e perché ciò rende difficile mettere a fuoco gli oggetti vicini.

Un compagno di classe afferma quanto segue: «Una persona miope non vede bene da lontano perché il suo cristallino concentra la luce troppo poco; perciò, per correggerlo bisogna mettergli una lente convergente, che focalizzi i raggi luminosi con più forza verso il fondo dell'occhio».

1. a) Confuta in modo motivato l'affermazione del tuo compagno spiegando perché il problema ottico della miopia non è dovuto a una mancanza di convergenza della luce.
2. b) Prevedi che cosa accadrebbe alla visione da lontano di questa persona se usasse occhiali con lenti convergenti: vedrebbe più nitido o ancora più sfocato? Giustifica la tua risposta indicando dove si formerebbe il fuoco rispetto alla retina.
3. c) Giustifica di quale tipo di lente ha realmente bisogno e spiega come deve deviare la traiettoria dei raggi di luce prima che entrino nell'occhio per correggere il difetto.

Nomina le tre parti in cui si divide l'orecchio e indica in quale di esse si trovano le cellule recettrici che trasformano il suono in impulsi nervosi.

Spiega che cos'è il timpano, dove si trova e che cosa gli accade quando le onde sonore lo raggiungono.

Descrivi il percorso seguito da un suono da quando entra attraverso il padiglione auricolare fino a quando il cervello lo interpreta, nominando le strutture che lo trasmettono e il luogo in cui si trasforma in impulso nervoso.

Quando si fa immersione o quando decolla un aereo sentiamo pressione nelle orecchie, che si allevia deglutendo o sbadigliando. Spiega quale condotto collega la gola con l'orecchio medio e quale funzione svolge in queste situazioni.

Alcune persone con un'infezione dell'orecchio interno sentono vertigini e perdono l'equilibrio. Tenendo conto che l'orecchio interno non capta solo i suoni, spiega quale altra informazione invia al cervello e quali strutture se ne occupano.

Un giovane si reca dal medico dopo aver notato una grave perdita dell'udito dovuta all'uso continuato di auricolari a volume molto alto. Gli esami diagnostici rivelano che la sua membrana timpanica e la catena degli ossicini sono intatte e trasmettono le vibrazioni del tutto normalmente, ma i meccanocettori ciliati della coclea (orecchio interno) sono stati distrutti.

1. a) Giustifica perché il paziente soffre di sordità se gli elementi incaricati di captare e trasmettere il suono nell'orecchio esterno e medio funzionano correttamente. Distingui nella tua risposta tra la trasmissione fisica delle vibrazioni e la trasduzione in impulsi nervosi.
2. b) Il paziente chiede se la lesione guarirà in qualche settimana con il riposo, come cicatrizza una ferita sulla pelle o una rottura del timpano. Argomenta perché i medici escludono questa possibilità basandoti sulla capacità di rigenerazione delle cellule recettrici rispetto alle cellule epiteliali.
3. c) Prevedi in modo motivato se un apparecchio acustico convenzionale (che amplifica la vibrazione sonora nel condotto uditivo) risolverebbe la perdita uditiva nelle frequenze in cui i recettori ciliati sono scomparsi completamente.

Molte persone soffrono di mal d'auto e nausea se leggono il cellulare sui sedili posteriori di un'auto in movimento; tuttavia, se guardano fisso la strada attraverso il parabrezza anteriore o se sono loro a guidare, non provano malessere. Al contrario, un utente che gioca seduto immobile sul divano con un visore di realtà virtuale prova vertigini muovendosi visivamente su una montagna russa virtuale.

1. a) Analizza i recettori e gli organi sensoriali coinvolti (retina dell'occhio e apparato vestibolare dell'orecchio interno) e spiega quale contraddizione di informazioni (conflitto sensoriale) riceve l'encefalo in ciascuno dei due casi descritti.
2. b) Giustifica perché fissare lo sguardo su un punto lontano dell'orizzonte elimina il conflitto sensoriale mentre viaggi in auto.
3. c) Prevedi in modo motivato se una persona che avesse subito la distruzione completa dei meccanocettori dei canali semicircolari e degli otoliti in entrambe le orecchie proverebbe mal di movimento (cinetosi) viaggiando su una nave sottoposta al moto ondoso. Argomenta la tua risposta.

Toccando per caso una padella calda proviamo dolore all'istante. Spiega quali recettori della pelle ci avvisano del pericolo e perché questa sensazione, anche se spiacevole, è utile per l'organismo.

Indica se queste affermazioni sono vere o false e giustifica la tua risposta: a) ogni sapore si percepisce solo in una zona fissa della lingua; b) le cellule olfattive sono situate nelle cavità nasali; c) l'informazione dei sensi arriva al cervello attraverso i nervi.

Le papille gustative e le cellule olfattive collaborano quando mangiamo: per questo, con il naso tappato, una mela e una cipolla crude «sanno» quasi allo stesso modo. Spiega che cosa apporta ciascun senso alla percezione del sapore degli alimenti.

Con gli occhi chiusi tieni un bicchiere di vetro molto freddo che scivola tra le dita. Stringendolo forte per evitare che cada, un bordo rotto ti provoca un taglio superficiale sul polpastrello del dito. Simultaneamente e immediatamente distingui tre sensazioni: il freddo dell'acqua, la pressione che eserciti sul vetro e il dolore del taglio.

1. a) Identifica quale tipo di recettore cutaneo specifico ha captato ciascuno di questi tre stimoli e classificali in base alla natura dello stimolo che rilevano.
2. b) Sapendo che tutte le fibre nervose trasmettono l'informazione mediante impulsi elettrochimici identici, giustifica come fa l'encefalo a distinguere e interpretare contemporaneamente le tre sensazioni senza confondere il dolore con il freddo né con la pressione.
3. c) Se un anestetico locale bloccasse esclusivamente i nocicettori della zona, prevedi quali stimoli continueresti a percepire e argomenta perché l'assenza congenita di dolore rappresenta una grave minaccia per la sopravvivenza.

In un'esperienza di laboratorio si applica il «test di discriminazione di due punti» con un compasso a punte smussate per misurare la distanza minima alla quale una persona avverte due contatti separati invece di uno solo:

• Sul polpastrello del dito, percepisce chiaramente due punte separate soltanto da 2,5 mm.

• Sulla pelle della schiena, non si percepiscono due punti indipendenti finché la separazione non supera i 35,0 mm; a distanze minori si sente un solo tocco.

1. a) Interpreta questi risultati giustificando quali differenze esistono nella densità dei meccanocettori e nelle dimensioni dei loro campi recettivi tra il polpastrello delle dita e la schiena.
2. b) In base a questi dati, giustifica perché il sistema Braille (i cui punti in rilievo hanno una separazione di circa 2,5 mm) si legge con i polpastrelli delle dita e prevedi quale difficoltà insormontabile sorgerebbe se una persona cercasse di leggerlo con l'avambraccio o con la schiena.
3. c) Nelle persone cieche che padroneggiano il Braille, gli studi di neuroimmagine mostrano che la zona della corteccia cerebrale che elabora il tatto dei polpastrelli è molto più estesa che nelle persone vedenti. Giustifica questo fenomeno mettendolo in relazione con la plasticità del sistema nervoso.

Marta si scottò la lingua prendendo un brodo bollente e per tre giorni riuscì a malapena a percepire i sapori dei cibi; al quarto giorno, tuttavia, recuperò normalmente il gusto. Quello stesso fine settimana, un familiare subì un trauma che gli recise le fibre del nervo olfattivo, causandogli una perdita permanente dell'olfatto.

1. a) Spiega quale lesione hanno subito le cellule recettrici dei bottoni gustativi di Marta e giustifica perché il senso del gusto si recupera in pochi giorni, confrontandolo con il caso del suo familiare: perché il rinnovamento dei neuroni olfattivi, che pure avviene, non basta a recuperare l'olfatto quando le loro fibre vengono recise?
2. b) Durante i giorni in cui era scottata, Marta affermò: «Siccome mi sono scottata la lingua, non sento neanche l'odore del caffè». Confuta in modo motivato la sua affermazione distinguendo i chemiocettori del gusto da quelli dell'olfatto e spiega perché nella vita quotidiana attribuiamo erroneamente al gusto sensazioni che dipendono dall'olfatto retronasale (il sapore).

Un gruppo di ricerca analizza la retina di tre specie di vertebrati e ottiene i seguenti dati sui fotorecettori:

• Specie A: 98 % di bastoncelli e 2 % di coni; grande capacità di dilatazione pupillare.

• Specie B: 65 % di coni (di tre tipi diversi di pigmento) e 35 % di bastoncelli.

• Specie C: 96 % di bastoncelli e 4 % di coni (sensibili soltanto a una banda spettrale stretta).

1. a) Deduci in modo motivato quale di queste specie corrisponde con maggiore probabilità a un rapace notturno (come il gufo) e quale a un uccello diurno che si nutre identificando frutti maturi e fiori tra la vegetazione. Giustifica la tua scelta a partire dalla funzione di coni e bastoncelli.
2. b) Se la Specie A fosse esposta improvvisamente alla piena luce solare di mezzogiorno, prevedi quale limitazione visiva sperimenterà rispetto alla sua visione notturna, giustificando come rispondono i bastoncelli a un'elevata intensità luminosa.
3. c) Spiega perché la selezione naturale ha favorito il fatto che i predatori notturni sacrifichino la discriminazione cromatica a vantaggio della sensibilità alla luce debole.

Due pazienti si presentano al servizio di oculistica con una marcata perdita della vista:

• Paziente 1: Percepisce le immagini molto sfocate, sbiadite e come attraverso un vetro appannato. La sua retina e il suo nervo ottico sono completamente sani, ma la lente situata dietro l'iride è diventata biancastra e opaca a causa dell'età.

• Paziente 2: Presenta cornea, cristallino e umori vitreo e acqueo perfettamente trasparenti, ma un glaucoma non controllato ha necrotizzato le fibre nervose che formano il nervo ottico.

1. a) Diagnostica quale patologia soffre il Paziente 1 indicando il nome della struttura alterata e spiega come questa alterazione influisce sul percorso dei raggi di luce fino al fondo dell'occhio.
2. b) L'oculista propone per il Paziente 1 un intervento consistente nel sostituire la lente danneggiata con una lente artificiale trasparente (lente intraoculare). Prevedi e giustifica se questa operazione gli restituirà la visione nitida.
3. c) Giustifica in modo motivato se lo stesso intervento chirurgico servirebbe al Paziente 2 per recuperare la vista, distinguendo la funzione dei mezzi trasparenti del globo oculare dalla funzione delle vie di trasmissione nervosa.