Cơ chế thu nhận ánh sáng

Ánh sáng chiếu vào mắt qua võng mạc tới lớp tế bào sắc tố thì bị ngăn lại. 

 Lớp tế bào này có màu nâu nên hấp thu phần quá chói chang của tia sáng để ảnh

của vật hiện lên võng mạc rõ nét hơn. Cơ chế thu nhận ánh sáng không phải là một

hiện tượng vật lý mà là một hiện tượng quang hoá học.

* Chất đỏ tía của võng mạc:

Võng mạc có tế bào que và tế bào nón.Tế bào que chứa một chất gọi là rhodopsin

(được Boll cô lập vào năm 1876), chất này có màu đỏ tía, vì tế bào que nhiều hơn tế bào nón nên võng mạc có màu đỏ tía của rhodopsin. Rhodopsin nếu gặp ánh sáng yếu thì biến thành màu vàng, nếu gặp ánh sáng mạnh thì nó biến thành màu trắng. Rhodopsin là một loại protein liên kết với một nhóm có màu: Protein là opsin.

-Nhóm có màu là retinen(retinal): là một andehyt của vitamin A. Có hai dạng

retinen: retinen-trans (dạng thẳng) và retinen11 -cis (dạng cong). Đồng thời vitamin A cũng có hai loại : vitamin A - trans và vitamin A11 - cis. Chỉ có retinen11 - cis kết hợp với opsin để tạo thành rhodopsin.

*Cơ chế thu nhận ánh sáng:

Khi có ánh sáng chiếu vào thì trong võng mạc của động vật có xương và người

diễn ra phản ứng hoá học cơ bản là sự chuyển retinen từ dạng cis sang dạng trans. Đó là phản ứng quang hoá duy nhất, tất cả các phản ứng còn lại đều có thể diễn ra trong bóng tối.

 Năng lượng ánh sáng biến rhodopsin (chứa retinen 11 - cis) thành lumirhodopsin

(chứa retinen - trans). Lumirhodopsin kích thích tế bào que của võng mạc làm xuất

hiện luồng thần kinh từ đó được chuyển giao qua tế bào lưỡng cực tới tế bào đa cực. Sợi trục của các tế bào đa cực làm nên dây thần kinh thị giác (dây II), dây này ra khỏi cầu mắt tới củ não sinh tư trên, qua thể gối ngoài, đồi thị rồi đến vùng thị giác (17) nằm thuỳ châm của vỏ bán cầu đại não. 

Lumirhodopsin là một hợp chất không bền, nó sẽ biến thành metarhodopsin, từ

đó sẽ tách thành opsin và retinen - trans. Retinen này sẽ bị biến thành vitamin A-trans (retinal), từ  đó sẽ chuyển thành vitamin A11-cis, dạng này  được biến  đổi thành retinen11 - cis. Dạng retinen mới này kết hợp với opsin để tạo thành rhodopsin mới.

Sự tái tạo rhodopsin xảy ra trong thời gian rất ngắn để tái lập khả năng nhìn của mắt. Nếu ánh sáng chiếu liên tục thì lượng rhodopsin tái tổng hợp không  đủ bù lại cho lượng rhodopsin bị phân huỷ nên làm giảm khả năng nhìn của mắt

Cơ quan thính giác

Trong tai có các cơ quan của hai loại cảm giác khác nhau là thính giác và thăng

bằng.

a. Cảm giác thính giác

 Tai người và động vật có xương sống bậc cao có thể nghe được những âm thanh

từ âm trầm (16 rung động/s) đến âm bổng (20000 rung động/s). Các âm thanh của âm nhạc nằm trong khoảng 16- 4100 rung  động  đôi, tiếng nói và tiếng hát nằm trong khoảng 100 - 3500 rung động/s.

Cơ chế dẫn truyền âm thanh được thực hiện như sau: âm thanh được vành tai

hứng lấy và được ống tai ngoài đưa vào trong để đập lên bề mặt của màng nhĩ làm

màng này rung động. Qua rốn nhĩ, âm thanh sẽ lần lượt được truyền qua xương búa, xương đe và xương bàn đạp, các xương đó sẽ khuếch đại tần số rung của màng nhĩ (tần số âm thanh). Xương bàn đạp ấn vào của sổ bầu dục, âm thanh được truyền trong vịn tiền  đình dưới dạng sóng âm. Khi  đó chất ngoại dịch chứa trong vịn này và màng Reissner rung  động. Sóng âm tiếp tục chạy lên  đỉnh  ốc tai qua lỗ helicotrema và  chuyển sang vịn nhĩ làm chất ngoại dịch ở vịn này cũng được rung động theo. Khi đến cuối vịn như sóng âm đập vào của sổ tròn, nhưng màng nhĩ phụ ở đây rất đàn hồi đã tạo nên một làn sóng phản âm tác động lên màng cơ sở. Chất ngoại dịch nằm trong hai vịn rung động làm cho chất nội dịch chứa trong ống ốc tai màng cũng được rung động và kéo theo sự chuyển động của màng mái (màng che). Khi đó, màng mái sẽ quét lên

lông nhỏ của các tế bào thụ cảm âm thanh nằm trên màng cơ sở. Tần số quét của màng mái phụ thuộc vào độ cao của âm thanh vì vậy sẽ làm cho lông của các tế bào thính giác bị hưng phấn khác nhau. Nhờ vậy mà người ta phân biệt được cường độ của âm thanh. 

Thành phần hoá học của nội dịch và ngoại dịch có nhiều điểm khác nhau. Trong

nội dịch, nồng độ các ion K+

 cao, còn nồng độ các ion Na+

 thấp hơn 10 lần so với ngoại dịch. Có lẽ sự phân bố không đồng đều của các con cũng góp phần vào việc hình

thành xung động thần kinh dưới tác động của âm thanh. 

Sự quét của màng mái lên lông của các tế bào thụ cảm âm thanh sẽ làm xuất hiện

luồng thần kinh (điện thế hoạt động). Luồng thần kinh này sẽ được truyền theo nhánh ốc tai của dây VII về tới các trung khu thính giác dưới vỏ: cầu não, củ não sinh tư dưới (não giữa), thể gối trong (não trung gian) và cuối cùng đến hồi thái dương trên - đó là trung khu thính giác trên vỏ.

Ngoài tác dụng lan truyền sóng âm, các chất dịch trong ốc tai còn có tác dụng

làm các dao động phải dập tắt ngay khi sóng âm vữa dứt. Có thế người ta mới nghe rõ và phân biệt được từng âm thanh mặc dù chúng liên tiếp nhau. Lý giải cho cơ chế thu nhận và dẫn truyền âm thanh này đã xuất hiện các thuyết sau:

+ Thuyết cộng hưởng âm thanh của Helmholtz: Màng cơ sở (màng nền) có các

sợi căng với độ dài 0,04mm ở phần gốc ốc tai và 0,5mm ở phần đỉnh ốc tai, chúng có nhiều tế bào thụ cảm âm thanh. Các sợi này tập trung thành các nhóm sợi, mỗi nhómcó tần số dao động riêng và có khả năng cộng hưởng âm thanh tương ứng với tần số dao động riêng đó. Khi có các sóng dao động cộng hưởng thì các tế bào thụ cảm tiếp nhận, biến chúng thành xung thần kinh và truyền đi. Mỗi sóng âm thanh đều có những tế bào thính giác tương ứng tiếp nhận: âm cao được tiếp nhận ở phần đáy (gốc) ốc tai còn âm thấp thì được tiếp nhận ở phần đỉnh ốc.

+ Thuyết microphone của Rutherford: ông cho rằng tần số xung động thần kinh

trên dây thính giác tương ứng với tần số dao động của âm thanh đã thu được. Về sau, với thiết bị đo đạc chính xác đã phát hiện là tần số xung đó không phù hợp với những âm thanh có tần số trên 1.000Hz, vì thực tế thời gian trơ của dây thần kinh kéo dài hơn 1 ms nên nó không thể tiếp nhận được dao động có tần số cao.

+ Thuyết hiện đại: Kết hợp hai thuyết trên và cho rằng: đó là sự cộng hưởng âm

thanh không chỉ của màng cơ sở mà còn là của chất ngoại dịch trong vịn tiền đình, vịn nhĩ, của chất nội dịch trong ống ốc tai màng. Với âm cao, sự cộng hưởng âm thanh chỉ xảy ra ở màng cơ sở và các chất dịch thuộc phần đáy (gốc) ốc tai nên các tế bào thụ  cảm hưng phấn ít. Với âm thấp, sự cộng hưởng này lan rộng trên màng và các chất dịch làm tế bào thụ cảm của cơ quan Corti hưng phấn nhiều.