36.1: Procesos sensoriales

Habilidades para Desarrollar

• Identificar los sentidos generales y especiales en humanos
• Describir tres pasos importantes en la percepción sensorial
• Explicar el concepto de diferencia apenas perceptible en la percepción sensorial

Los sentidos proporcionan información sobre el cuerpo y su entorno. Los humanos tienen cinco sentidos especiales: olfato (olfato), gusto (gusto), equilibrio (equilibrio y posición corporal), visión y audición. Adicionalmente, poseemos sentidos generales, también llamados somatosensación, que responden a estímulos como temperatura, dolor, presión y vibración. La sensación vestibular, que es el sentido de orientación y equilibrio espacial de un organismo, la propiocepción (posición de los huesos, las articulaciones y los músculos) y el sentido de la posición de las extremidades que se utiliza para rastrear la cinestesia (movimiento de las extremidades) son parte de la somatosensación. Si bien los sistemas sensoriales asociados a estos sentidos son muy diferentes, todos comparten una función común: convertir un estímulo (como la luz, o el sonido, o la posición del cuerpo) en una señal eléctrica en el sistema nervioso. Este proceso se llama transducción sensorial.

Existen dos tipos amplios de sistemas celulares que realizan transducción sensorial. En una, una neurona trabaja con un receptor sensorial, una célula o proceso celular que está especializado para interactuar y detectar un estímulo específico. La estimulación del receptor sensorial activa la neurona aferente asociada, la cual lleva información sobre el estímulo al sistema nervioso central. En el segundo tipo de transducción sensorial, una terminación nerviosa sensorial responde a un estímulo en el ambiente interno o externo: esta neurona constituye el receptor sensorial. Las terminaciones nerviosas libres pueden ser estimuladas por varios estímulos diferentes, mostrando así poca especificidad de receptor. Por ejemplo, los receptores del dolor en las encías y los dientes pueden ser estimulados por cambios de temperatura, estimulación química o presión.

Recepción

El primer paso en la sensación es la recepción, que es la activación de los receptores sensoriales por estímulos como estímulos mecánicos (estar doblados o estrujados, por ejemplo), químicos, o temperatura. El receptor puede entonces responder a los estímulos. La región en el espacio en la que un receptor sensorial dado puede responder a un estímulo, ya sea lejos o en contacto con el cuerpo, es el campo receptivo de ese receptor. Piense por un momento en las diferencias en los campos receptivos para los diferentes sentidos. Para el sentido del tacto, un estímulo debe entrar en contacto con el cuerpo. Para el sentido del oído, un estímulo puede estar a una distancia moderada (algunos sonidos de ballena barbas pueden propagarse por muchos kilómetros). Para la visión, un estímulo puede estar muy lejos; por ejemplo, el sistema visual percibe la luz de las estrellas a enormes distancias.

Transducción

La función más fundamental de un sistema sensorial es la traducción de una señal sensorial a una señal eléctrica en el sistema nervioso. Esto ocurre en el receptor sensorial, y el cambio en el potencial eléctrico que se produce se denomina potencial receptor. ¿Cómo se cambia la entrada sensorial, como la presión sobre la piel, a un potencial receptor? En este ejemplo, un tipo de receptor llamado mecanorreceptor (como se muestra en la Figura\(\PageIndex{1}\)) posee membranas especializadas que responden a la presión. La alteración de estas dendritas al comprimirlas o doblarlas abre canales iónicos cerrados en la membrana plasmática de la neurona sensorial, cambiando su potencial eléctrico. Recordemos que en el sistema nervioso, un cambio positivo del potencial eléctrico de una neurona (también llamado potencial de membrana), despolariza a la neurona. Los potenciales receptores son potenciales graduados: la magnitud de estos potenciales graduados (receptores) varía con la fuerza del estímulo. Si la magnitud de la despolarización es suficiente (es decir, si el potencial de membrana alcanza un umbral), la neurona disparará un potencial de acción. En la mayoría de los casos, el estímulo correcto que incide sobre un receptor sensorial impulsará el potencial de membrana en una dirección positiva, aunque para algunos receptores, como los del sistema visual, no siempre es así.

Figura\(\PageIndex{1}\): (a) Los canales iónicos mecanosensibles son canales iónicos cerrados que responden a la deformación mecánica de la membrana plasmática. Un canal mecanosensible está conectado a la membrana plasmática y al citoesqueleto mediante ataduras similares a pelos. Cuando la presión hace que la matriz extracelular se mueva, el canal se abre, permitiendo que los iones entren o salgan de la célula. b) La estereocilia en el oído humano está conectada a canales iónicos mecanosensibles. Cuando un sonido hace que la estereocilia se mueva, los canales iónicos mecanosensibles transducen la señal al nervio coclear.

Los receptores sensoriales para diferentes sentidos son muy diferentes entre sí, y se especializan según el tipo de estímulo que perciben: tienen especificidad de receptor. Por ejemplo, los receptores táctiles, los receptores de luz y los receptores de sonido son activados por diferentes estímulos. Los receptores táctiles no son sensibles a la luz ni al sonido; son sensibles solo al tacto o a la presión. Sin embargo, los estímulos pueden combinarse en niveles más altos en el cerebro, como sucede con el olfato, contribuyendo a nuestro sentido del gusto.

Codificación y Transmisión de Información Sensorial

Cuatro aspectos de la información sensorial son codificados por los sistemas sensoriales: el tipo de estímulo, la ubicación del estímulo en el campo receptivo, la duración del estímulo y la intensidad relativa del estímulo. Así, los potenciales de acción transmitidos sobre los axones aferentes de un receptor sensorial codifican un tipo de estímulo, y esta segregación de los sentidos se conserva en otros circuitos sensoriales. Por ejemplo, los receptores auditivos transmiten señales a través de su propio sistema dedicado, y la actividad eléctrica en los axones de los receptores auditivos será interpretada por el cerebro como un estímulo auditivo, un sonido.

La intensidad de un estímulo a menudo se codifica en la tasa de potenciales de acción producidos por el receptor sensorial. Así, un estímulo intenso producirá un tren de potenciales de acción más rápido, y la reducción del estímulo también ralentizará la tasa de producción de potenciales de acción. Una segunda forma en la que se codifica la intensidad es por el número de receptores activados. Un estímulo intenso podría iniciar potenciales de acción en un gran número de receptores adyacentes, mientras que un estímulo menos intenso podría estimular menos receptores. La integración de la información sensorial comienza tan pronto como la información se recibe en el SNC, y el cerebro procesará aún más las señales entrantes.

Percepción

La percepción es la interpretación individual de una sensación. Aunque la percepción se basa en la activación de los receptores sensoriales, la percepción no ocurre a nivel del receptor sensorial, sino a niveles más altos en el sistema nervioso, en el cerebro. El cerebro distingue los estímulos sensoriales a través de una vía sensorial: los potenciales de acción de los receptores sensoriales viajan a lo largo de neuronas dedicadas a un estímulo particular. Estas neuronas están dedicadas a ese estímulo particular y sinapsis con neuronas particulares en el cerebro o la médula espinal.

Todas las señales sensoriales, excepto las del sistema olfativo, se transmiten a través del sistema nervioso central y se dirigen al tálamo y a la región apropiada de la corteza. Recordemos que el tálamo es una estructura en el prosencéfalo que sirve como centro de intercambio de información y estación de retransmisión para señales sensoriales (así como motoras). Cuando la señal sensorial sale del tálamo, se conduce al área específica de la corteza (Figura\(\PageIndex{2}\)) dedicada al procesamiento de ese sentido particular.

¿Cómo se interpretan las señales neuronales? La interpretación de las señales sensoriales entre individuos de la misma especie es muy similar, debido a la similitud heredada de sus sistemas nerviosos; sin embargo, existen algunas diferencias individuales. Un buen ejemplo de ello son las tolerancias individuales a un estímulo doloroso, como el dolor dental, que ciertamente difieren.

Figura\(\PageIndex{2}\): En humanos, con la excepción del olfato, todas las señales sensoriales se encaminan desde (a) tálamo a (b) regiones de procesamiento final en la corteza cerebral. (crédito b: modificación de obra por Polina Tishina)

Conexión del método científico: diferencia apenas perceptible

Es fácil diferenciar entre una bolsa de arroz de una libra y una bolsa de arroz de dos libras. Hay una diferencia de una libra, y una bolsa es dos veces más pesada que la otra. No obstante, ¿sería tan fácil diferenciar entre una bolsa de 20 y una de 21 libras?

Pregunta: ¿Cuál es la diferencia de peso detectable más pequeña entre una bolsa de arroz de una libra y una bolsa más grande? ¿Cuál es la diferencia detectable más pequeña entre una bolsa de 20 libras y una bolsa más grande? En ambos casos, ¿a qué pesos se detectan las diferencias? Esta menor diferencia detectable en estímulos se conoce como la diferencia apenas perceptible (JND).

Fundamento: Literatura de antecedentes de investigación sobre JND y sobre la Ley de Weber, una descripción de una relación matemática propuesta entre la magnitud global del estímulo y el JND. Estarás probando JND de diferentes pesos de arroz en bolsas. Elija un incremento conveniente que se vaya a superar durante las pruebas. Por ejemplo, podrías elegir incrementos de 10 por ciento entre una y dos libras (1.1, 1.2, 1.3, 1.4, y así sucesivamente) o incrementos de 20 por ciento (1.2, 1.4, 1.6 y 1.8).

Hipótesis: Desarrollar una hipótesis sobre JND en términos de porcentaje del peso total que se está probando (como “el JND entre las dos bolsas pequeñas y entre las dos bolsas grandes es proporcionalmente el mismo”, o “.. no es proporcionalmente lo mismo”). Entonces, para la primera hipótesis, si el JND entre la bolsa de una libra y una bolsa más grande es de 0.2 libras (es decir, 20 por ciento; 1.0 libra siente lo mismo que 1.1 libras, pero 1.0 libra siente menos de 1.2 libras), entonces el JND entre la bolsa de 20 libras y una bolsa más grande también será 20 por ciento. (Entonces, 20 libras siente lo mismo que 22 libras o 23 libras, pero 20 libras se siente menos de 24 libras).

Pruebe la hipótesis: Alistar a 24 participantes, y dividirlos en dos grupos de 12. Para montar la manifestación, suponiendo que se seleccionó un incremento del 10 por ciento, que el primer grupo sea el grupo de una libra. Sin embargo, como medida de contrapeso contra un error sistemático, seis del primer grupo compararán una libra con dos libras, y bajarán de peso (1.0 a 2.0, 1.0 a 1.9, y así sucesivamente), mientras que los otros seis darán un paso al alza (1.0 a 1.1, 1.0 a 1.2, y así sucesivamente). Aplicar el mismo principio al grupo de 20 libras (20 a 40, 20 a 38, y así sucesivamente, y 20 a 22, 20 a 24, y así sucesivamente). Dada la gran diferencia entre 20 y 40 libras, es posible que desee usar 30 libras como su peso más grande. En cualquier caso, use dos pesos que sean fácilmente detectables como diferentes.

Registrar las observaciones: Registrar los datos en una tabla similar a la siguiente tabla. Para los grupos de una libra y 20 libras (pesos base) registrar un signo más (+) para cada participante que detecte una diferencia entre el peso base y el peso del paso. Registrar un signo menos (-) para cada participante que no encuentre diferencia. Si no se utilizaron pasos de una décima parte, luego reemplace los pasos en las columnas “Peso de paso” por el paso que esté utilizando.

Tabla\(\PageIndex{1}\): Resultados de la prueba JND (+ = diferencia; — = sin diferencia)

Peso del Paso	Una libra	20 libras	Peso del Paso
1.1			22
1.2			24
1.3			26
1.4			28
1.5			30
1.6			32
1.7			34
1.8			36
1.9			38
2.0			40

Analizar los datos/reportar los resultados: ¿Qué peso escalonado encontraron todos los participantes igual al peso base de una libra? ¿Qué pasa con el grupo de 20 libras?

Sacar una conclusión: ¿Los datos apoyaron la hipótesis? ¿Los pesos finales son proporcionalmente iguales? Si no, ¿por qué no? ¿Los hallazgos se adhieren a la Ley de Weber? La Ley de Weber establece que el concepto de que una diferencia apenas perceptible en un estímulo es proporcional a la magnitud del estímulo original.

Resumen

Una activación sensorial ocurre cuando un estímulo físico o químico es procesado en una señal neural (transducción sensorial) por un receptor sensorial. La percepción es una interpretación individual de una sensación y es una función cerebral. Los humanos tienen sentidos especiales: olfato, gusto, equilibrio y audición, además de los sentidos generales de la somatosensación.

Los receptores sensoriales son células especializadas asociadas con neuronas sensoriales o los extremos especializados de las neuronas sensoriales que forman parte del sistema nervioso periférico, y se utilizan para recibir información sobre el entorno (interno o externo). Cada receptor sensorial se modifica para el tipo de estímulo que detecta. Por ejemplo, ni los receptores gustativos ni los receptores auditivos son sensibles a la luz. Cada receptor sensorial responde a estímulos dentro de una región específica en el espacio, lo que se conoce como campo receptivo de ese receptor. La función más fundamental de un sistema sensorial es la traducción de una señal sensorial a una señal eléctrica en el sistema nervioso.

Todas las señales sensoriales, excepto las del sistema olfativo, ingresan al sistema nervioso central y se dirigen al tálamo. Cuando la señal sensorial sale del tálamo, se conduce al área específica de la corteza dedicada al procesamiento de ese sentido particular.

Glosario

cinestesia

sentido del movimiento corporal

mecanorreceptor

receptor sensorial modificado para responder a perturbaciones mecánicas como doblarse, tocar, presión, movimiento y sonido

percepción

interpretación individual de una sensación; una función cerebral

propiocepción

sentido de la posición de las extremidades; utilizado para rastrear la cinestesia

recepción

recepción de una señal (como luz o sonido) por receptores sensoriales

campo receptivo

región en el espacio en la que un estímulo puede activar un receptor sensorial dado

potencial del receptor

potencial de membrana en un receptor sensorial en respuesta a la detección de un estímulo

receptor sensorial

neurona especializada u otras células asociadas con una neurona que se modifica para recibir una entrada sensorial específica

transducción sensorial

conversión de un estímulo sensorial en energía eléctrica en el sistema nervioso por un cambio en el potencial de la membrana

sentido vestibular

sentido de orientación espacial y equilibrio