Dải cảm giác giữa: đặc điểm dẫn truyền và phân tích tín hiệu trong hệ thống cột tủy sau

Vòng phản xạ cơ bản trong hệ thống cột tủy sau - dải cảm giác giữa

Cấu trúc cơ bản của vòng phản xạ ở con đường cột sau tủy sống, chứng minh rằng ở mỗi tầng tạo synap, lại có sự phân nhánh. Đường cong ở phần trên hình vẽ cho thấy các nơ-ron của vỏ não phóng xung trên phạm vi lớn nhất là những nơ-ron nằm ở trung tâm của “vùng” vỏ não cho mỗi receptor tương ứng. Vì vậy, một kích thích yếu hầu như chỉ làm cho các nơ-ron ở trung tâm phản ứng. Một kích thích mạnh hơn làm cho nhiều nơ-ron phản ứng hơn, nhưng những nơ-ron ở trung tâm phóng xung với tốc độ nhanh hơn đáng kể so với những nơ-ron ở xa trung tâm.

Hình. Truyền tín hiệu kích thích chính xác đến vỏ não.

Sự phân biệt 2 điểm

Một phương pháp thường xuyên được sử dụng để đánh giá cảm giác xúc giác tinh tế là xác định khả năng phân biệt “2 điểm” của một người. Trong kiểm tra này, hai cây kim được chạm nhẹ lên da cùng một lúc, và người đó sẽ xác định xem họ cảm nhận được một điểm hay hai điểm kích thích. Trên các đầu ngón tay, một người bình thường có thể phân biệt được hai điểm riêng biệt, ngay cả khi các kim gần nhau đến 1-2 mm. Tuy nhiên, ở lưng của người đó, các kim thường phải đặt cách xa nhau 30-70 mm thì mới có thể phát hiện được 2 điểm riêng biệt. Lý do cho sự khác biệt này là sự khác nhau về số lượng receptor xúc giác chuyên biệt ở 2 vùng.

Hình. Truyền tín hiệu đến vỏ não từ hai kích thích điểm chính kề nhau. Đường cong màu xanh thể hiện mô hình kích thích vỏ não mà không có ức chế “bao quanh” và hai đường cong màu đỏ thể hiện mô hình khi ức chế “bao quanh” xảy ra.

Cơ chế mà bằng cách này con đường cột tuỷ sau (cũng như tất cả các con đường cảm giác khác) dẫn truyền thông tin phân biệt 2 điểm. Hình vẽ này cho thấy hai điểm liền kề trên da bị kích thích mạnh mẽ, đồng thời các vùng của vỏ não cảm giác bản thể (mở rộng đáng kể) được kích thích bởi các tín hiệu từ hai điểm kích thích. Đường cong màu xanh biểu diễn mô hình không gian của sự kích thích vỏ não khi cả hai điểm da được kích thích cùng một lúc. Chú ý rằng khu vực tổng hợp của kích thích có hai đỉnh riêng biệt. Hai đỉnh này cách nhau bởi một khoảng thung lũng, cho phép vỏ não cảm giác để phát hiện sự có mặt của hai điểm kích thích, chứ không phải là một điểm duy nhất. Khả năng phân biệt sự có mặt của hai điểm kích thích của bộ phận nhận cảm, chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của một cơ chế khác, sự ức chế bên, sẽ được giải thích trong phần tiếp theo.

Ảnh hưởng của sự ức chế bên (còn gọi là sự ức chế bao quanh) đến sự tăng mức độ tương phản trong mô hình nhận thức theo không gian

Hầu như mọi con đường cảm giác, khi bị kích thích, làm phát sinh đồng thời các tín hiệu ức chế bên; những tín hiệu ức chế lan truyền sang các bên của tín hiệu kích thích và các nơ-ron ức chế lân cận. Ví dụ, xem xét một nơ-ron bị kích thích trong một nhân cột sau. Bên cạnh những tín hiệu kích thích trung tâm, các con đường bên ngắn truyền tín hiệu ức chế đến các nơ-ron xung quanh - nghĩa là những tín hiệu này đi qua nơ-ron liên hợp phụ, loại nơ-ron tiết ra chất dẫn truyền ức chế.

Tầm quan trọng của sự ức chế bên là nó ngăn chặn sự lan truyền bên của các tín hiệu kích thích và do đó, làm tăng mức độ tương phản trong mô hình nhận cảm của vỏ não.

Trong trường hợp của hệ thống cột tủy sau, tín hiệu ức chế bên xảy ra tại mỗi cấp synap - ví dụ, trong (1) nhận cột sau của hành não, (2) nhân bụng nền của đồi thị và (3) trong chính vỏ não. Ở mỗi cấp này, sự ức chế bên giúp ngăn chặn sự lan truyền bên của tín hiệu kích thích. Và kết quả là, các đỉnh của kích thích nổi bật lên, nhiều kích thích khuếch tán ra xung quanh bị chặn lại. Kết quả này được thể hiện bằng hai đường cong màu đỏ, cho thấy sự tách biệt hoàn toàn của các đỉnh núi khi cường độ ức chế bên cao.

Sự dẫn truyền những cảm giác biến đổi nhanh và lặp lại

Hệ thống cột tủy sau cũng đặc biệt quan trọng trong việc thông báo những thay đổi nhanh chóng của điều kiện ngoại cảnh. Dựa trên điện thế hoạt động ghi lại được, hệ này có thể nhận biết kích thích thay đổi trong khoảng nhỏ ngang mức 1/400 giây.

Cảm giác rung

Các tín hiệu rung lặp lại nhanh và có thể được phát hiện khi tốc độ rung lên đến 700 vòng/giây. Các tín hiệu rung có tần số cao hơn xuất phát từ tiểu thể Pacinian trong da và các mô nằm sâu, nhưng các tín hiệu tần số thấp hơn (dưới 200 vòng/giây) cũng có thể xuất phát từ các tiểu thể Meissner. Các tín hiệu này chỉ được dẫn truyền trong con đường cột tủy sau. Vì lí do này, việc áp nguồn phát rung(ví dụ từ một “âm thoa cộng hưởng”) vào các phần ngoại vi khác nhau của cơ thể là một công cụ quan trọng của các nhà thần kinh học để kiểm tra tính toàn vẹn về chức năng của cột tủy sau.