36.1 Skynferli

Markmið náms

Í lok þessa hluta munt þú geta:

• borið kennsl á almennt skyn og sérskyn hjá mönnum
• lýst þremur mikilvægum skrefum í skynjun
• útskýrt hugtakið minnsti greinanlegi munur í skynjun

Skynfæri veita upplýsingar um líkamann og umhverfi hans. Menn hafa fimm sérskyn: lyktarskyn, bragðskyn, jafnvægisskyn, sjón og heyrn. Auk þess höfum við almennt skyn, einnig kallað líkamsskyn, sem bregst við áreiti á borð við hita, sársauka, þrýsting og titring. Jafnvægisskyn, það er skyn lífveru fyrir stöðu í rými og jafnvægi, stöðuskyn fyrir stöðu beina, liða og vöðva og hreyfiskyn fyrir hreyfingu útlima teljast til líkamsskyns. Þótt skynkerfin sem tengjast þessum skynjum séu mjög ólík hafa þau öll sama grunnhlutverk: að breyta áreiti, til dæmis ljósi, hljóði eða stöðu líkamans, í rafboð í taugakerfinu. Þetta ferli kallast skynumbreyting.

Tvær megingerðir frumukerfa annast skynumbreytingu. Í annarri vinnur taugafruma með skynnema, það er frumu eða frumuútskoti sem er sérhæft til að nema tiltekið áreiti. Örvun skynnemans virkjar tengda aðlæga taugafrumu sem flytur upplýsingar um áreitið til miðtaugakerfisins. Í hinni gerðinni bregst skyntaugaendi sjálfur við áreiti í innra eða ytra umhverfi og taugafruman er þá skynneminn. Frjálsir taugaendar geta örvast af mörgum mismunandi áreitum og hafa því litla nemasérhæfingu. Til dæmis geta verkjanemar í tannholdi og tönnum örvast af hitabreytingum, efnaáreiti eða þrýstingi.

Móttaka

Fyrsta skref skynferlis er móttaka, það er virkjun skynnema af áreiti eins og vélrænu áreiti, efnum eða hita. Neminn getur þá brugðist við áreitinu. Svæðið þar sem tiltekinn skynnemi getur svarað áreiti, hvort sem áreitið er langt í burtu eða í snertingu við líkamann, kallast móttökusvið nemans. Hugleiddu muninn á móttökusviðum ólíkra skynja. Í snertiskyni þarf áreitið að snerta líkamann. Í heyrn getur áreitið verið í nokkurri fjarlægð; hljóð frá sumum skíðishvölum geta til dæmis borist marga kílómetra. Í sjón getur áreitið verið mjög fjarlægt, enda nemur sjónkerfið ljós frá stjörnum í gríðarlegri fjarlægð.

Umbreyting

Grundvallarhlutverk skynkerfis er að breyta skynboði í rafboð í taugakerfinu. Þetta gerist við skynnemann og sú breyting á rafspennu sem myndast kallast nemaspenna. Hvernig verður skynáreiti, til dæmis þrýstingur á húð, að nemaspennu? Í þessu dæmi hefur nemi sem kallast mekanónemi sérhæfðar himnur sem bregðast við þrýstingi, eins og sýnt er á mynd 36.2. Þegar gripluendar nemans þjappast saman eða beygjast opnast stýrð jónagöng í frumuhimnu skyntaugafrumunnar og rafspenna hennar breytist. Munið að í taugakerfinu afskautar jákvæð breyting á rafspennu taugafrumu, einnig kölluð himnuspenna, taugafrumuna. Nemaspennur eru stigspennur: stærð þeirra breytist eftir styrk áreitisins. Ef afskautunin er nægilega mikil, það er ef himnuspennan nær þröskuldi, sendir taugafruman boðspennu. Í flestum tilvikum fær rétt áreiti á skynnema himnuspennuna til að færast í jákvæða átt, en það á þó ekki alltaf við, til dæmis um suma nema í sjónkerfinu.

Skynnemar ólíkra skynja eru mjög mismunandi og sérhæfast eftir þeirri tegund áreitis sem þeir nema. Þeir hafa með öðrum orðum nemasérhæfingu. Snertinemar, ljósnemar og hljóðnemar virkjast til dæmis hver af sinni gerð áreitis. Snertinemar eru ekki næmir fyrir ljósi eða hljóði heldur aðeins fyrir snertingu eða þrýstingi. Áreiti geta þó sameinast á hærri vinnslustigum í heilanum, eins og gerist þegar lyktarskyn leggur sitt af mörkum til bragðskyns.

Kóðun og flutningur skynupplýsinga

Skynkerfi kóða fjóra þætti skynupplýsinga: tegund áreitis, staðsetningu áreitisins í móttökusviðinu, tímalengd áreitisins og hlutfallslegan styrk þess. Boðspennur sem berast um aðlæga síma skynnema kóða því eina tegund áreitis og þessi aðgreining skynja varðveitist í öðrum skynrásum. Heyrnarnemar senda til dæmis boð um sitt eigið sérhæfða kerfi og rafvirkni í símum þeirra er túlkuð í heilanum sem heyrnaráreiti, það er hljóð.

Styrkur áreitis er oft kóðaður í tíðni boðspenna sem skynneminn myndar. Sterkt áreiti framkallar því hraðari runu boðspenna en veikara áreiti hægir á myndun þeirra. Önnur leið til að kóða styrk er fjöldi virkjaðra nema. Sterkt áreiti getur komið af stað boðspennum í mörgum aðliggjandi nemum, en veikara áreiti örvar færri nema. Samþætting skynupplýsinga hefst um leið og upplýsingarnar berast miðtaugakerfinu og heilinn vinnur síðan frekar úr innkomnum boðum.

Skynjun

Skynjun er túlkun einstaklings á skynhrifum. Þótt skynjun byggist á virkjun skynnema á hún sér ekki stað við skynnemann sjálfan heldur á hærri stigum taugakerfisins, í heilanum. Heilinn greinir skynáreiti eftir skynbrautum: boðspennur frá skynnemum ferðast eftir taugafrumum sem eru sérhæfðar fyrir tiltekið áreiti. Þessar taugafrumur mynda síðan taugamót við tilteknar taugafrumur í heila eða mænu.

Öll skynboð, að boðum frá lyktarkerfinu undanskildum, berast um miðtaugakerfið til stúku og þaðan til viðeigandi svæðis í heilaberki. Munið að stúkan er bygging í framheila sem starfar sem flokkunar- og tengistöð fyrir skynboð, og einnig hreyfiboð. Þegar skynboð fer frá stúku berst það til þess svæðis í heilaberkinum sem vinnur úr viðkomandi skyni, eins og sýnt er á mynd 36.3.

Hvernig eru taugaboð túlkuð? Túlkun skynboða er að mestu svipuð milli einstaklinga sömu tegundar vegna arfgengra líkinda í taugakerfi þeirra, en þó er einstaklingsmunur til staðar. Gott dæmi er mismikið þol einstaklinga fyrir sársaukafullu áreiti, til dæmis tannverk.

Tenging við vísindalega aðferð

Minnsti greinanlegi munur

Auðvelt er að greina á milli eins punds poka af hrísgrjónum og tveggja punda poka. Munurinn er eitt pund og annar pokinn er tvöfalt þyngri en hinn. En væri jafn auðvelt að greina á milli 20 punda poka og 21 punds poka?

Spurning: Hver er minnsti greinanlegi þyngdarmunur milli eins punds hrísgrjónapoka og stærri poka? Hver er minnsti greinanlegi munur milli 20 punda poka og stærri poka? Í báðum tilvikum, við hvaða þyngd greinist munurinn? Þessi minnsti greinanlegi munur milli áreita kallast minnsti greinanlegi munur (JND).

Bakgrunnur: Kynnið ykkur heimildir um JND og lögmál Webers, sem lýsir fyrirhuguðu stærðfræðilegu sambandi milli heildarstærðar áreitis og JND. Í verkefninu prófið þið JND fyrir mismunandi þunga hrísgrjónapoka. Veljið hentuga þyngdaraukningu til að prófa í þrepum. Til dæmis mætti velja 10 prósenta þrep milli eins og tveggja punda (1,1; 1,2; 1,3; 1,4 og svo framvegis) eða 20 prósenta þrep (1,2; 1,4; 1,6 og 1,8).

Tilgáta: Setjið fram tilgátu um JND sem hlutfall af heildarþyngdinni sem er prófuð, til dæmis: „JND milli litlu pokanna tveggja og milli stóru pokanna tveggja er hlutfallslega sá sami“ eða „... er ekki hlutfallslega sá sami.“ Ef fyrsta tilgátan er notuð og JND milli eins punds poka og stærri poka er 0,2 pund, það er 20 prósent, þannig að 1,0 pund finnst jafnt og 1,1 pund en léttara en 1,2 pund, þá verður JND milli 20 punda poka og stærri poka einnig 20 prósent. Þá finnst 20 punda poki jafngilda 22 eða 23 punda poka, en finnst léttari en 24 punda poki.

Prófið tilgátuna: Fáið 24 þátttakendur og skiptið þeim í tvo 12 manna hópa. Ef 10 prósenta þrep hafa verið valin er fyrri hópurinn eins punds hópurinn. Til að vega upp á móti kerfisbundinni skekkju bera sex þátttakendur í þeim hópi eitt pund saman við tvö pund og minnka þyngdina í þrepum (1,0 á móti 2,0; 1,0 á móti 1,9 og svo framvegis), en hinir sex auka þyngdina í þrepum (1,0 á móti 1,1; 1,0 á móti 1,2 og svo framvegis). Beitið sömu reglu á 20 punda hópinn (20 á móti 40; 20 á móti 38 og svo framvegis, og 20 á móti 22; 20 á móti 24 og svo framvegis). Þar sem munurinn milli 20 og 40 punda er mikill má nota 30 pund sem stærri þyngd. Í öllum tilvikum á að nota tvær þyngdir sem greinilega er hægt að greina í sundur.

Skráið athuganirnar: Skráið gögnin í töflu sem líkist töflunni hér að neðan. Fyrir eins punds og 20 punda hópana, það er grunnþyngdirnar, skráið plúsmerki (+) fyrir hvern þátttakanda sem greinir mun á grunnþyngd og þrepþyngd. Skráið mínusmerki (-) fyrir hvern þátttakanda sem finnur engan mun. Ef ekki eru notuð tíundarþrep skal skipta þrepunum í dálkunum „Þrepþyngd“ út fyrir þau þrep sem þið notið.

Greinið gögnin og segið frá niðurstöðum: Hvaða þrepþyngd töldu allir þátttakendur jafna eins punds grunnþyngdinni? Hvað á við um 20 punda hópinn?

Dragið ályktun: Studdu gögnin tilgátuna? Eru lokaþyngdirnar hlutfallslega þær sömu? Ef ekki, hvers vegna ekki? Fylgja niðurstöðurnar lögmáli Webers? Lögmál Webers segir að minnsti greinanlegi munur á áreiti sé í hlutfalli við stærð upphaflega áreitisins.