Cảm ứng ở động vật SVIP

I. Các hình thức cảm ứng ở động vật

1. Cảm ứng ở động vật có hệ thần kinh lưới

Hệ thần kinh lưới gặp ở động vật có cơ thể đối xứng tỏa tròn như động vật ngành Ruột khoang.

Ở hệ thần kinh lưới, các tế bào thần kinh phân bố rải rác khắp cơ thể và liên kết với nhau tạo thành mạng lưới thần kinh → khi bị kích thích, toàn bộ cơ thể động vật phản ứng.

2. Cảm ứng ở động vật có hệ thần kinh chuỗi hạch

Hệ thần kinh chuỗi hạch gặp ở ngành Giun dẹp, Giun tròn, Chân khớp,...

Hạch thần kinh được tạo thành từ nhiều tế bào thần kinh. Các hạch thần kinh liên kết với nhau tạo thành chuỗi hạch thần kinh. Mỗi hạch thần kinh là một trung tâm điều khiển hoạt động của một vùng xác định trên cơ thể.

Ở Chân khớp, hạch đầu phát triển mạnh hơn so với các hạch khác và chi phối các hoạt động phức tạp của cơ thể.

3. Cảm ứng ở động vật có hệ thần kinh ống

Hệ thần kinh ống gặp ở động vật thuộc các lớp Cá, Lưỡng cư, Bò sát, Chim và Thú.

Hệ thần kinh ống cấu tạo từ số lượng rất lớn tế bào thần kinh. Các tế bào thần kinh tập trung lại thành một ống nằm ở phần lưng cơ thể và phân chia thành thần kinh trung ương (não và tủy sống) và thần kinh ngoại biên (hạch thần kinh và dây thần kinh).

Hệ thần kinh ống hoạt động theo nguyên tắc phản xạ. Các thụ thể cảm giác (cơ học, hóa học, nhiệt độ, ánh sáng,...) tiếp nhận kích thích từ môi trường và gửi thông tin theo các dây thần kinh cảm giác về tủy sống và não bộ, từ đây xung thần kinh theo dây thần kinh vận động đến cơ quan đáp ứng (cơ, tuyến) và gây ra đáp ứng.

II. Tế bào thần kinh

1. Cấu tạo neuron

Hầu hết neuron đều cấu tạo từ ba phần:

• Phần thân.
• Sợi nhánh: Mỗi neuron có từ một đến hàng nghìn sợi nhánh tiếp nhận thông tin và đưa về thân.
• Sợi trục: Có chức năng truyền xung thần kinh đến tế bào khác. Đầu tận cùng sợi trục phân thành nhiều nhánh và đầu mỗi nhánh phình lên tạo thành chùy synapse. Nhiều sợi trục có thêm bao myelin có tính chất cách điện. Các đoạn nhỏ trên sợi trục không được bao myelin bao bọc gọi là các eo Ranvier.

2. Chức năng của neuron

a. Điện thế nghỉ và điện thế hoạt động

Khi neuron không bị kích thích thì có điện thế nghỉ.

Điện thế nghỉ là sự chênh lệch điện thế giữa hai bên màng tế bào khi tế bào không bị kích thích, bên trong màng tích điện âm so với bên ngoài màng tích điện dương.

Khi neuron bị kích thích thì điện thế nghỉ biến đổi thành điện thế hoạt động.

b. Lan truyền điện thế hoạt động

Điện thế hoạt động xuất hiện không dừng tại điểm phát sinh mà lan truyền dọc theo sợi thần kinh. Cách lan truyền và tốc độ lan truyền của điện thế hoạt động trên sợi thần kinh có bao myelin và không có bao myelin là khác nhau.

• Trên sợi thần kinh không có bao myelin, điện thế hoạt động lan truyền là do khử cực, đảo cực và tái phân cực liên tiếp từ vùng này sang vùng khác kế tiếp.
• Trên sợi thần kinh có bao myelin, điện thế hoạt động lan truyền là do khử cực, đảo cực và tái phân cực liên tiếp từ eo Ranvier này sang eo Ranvier kế tiếp (lan truyền nhảy cóc).

III. Synapse

Synapse là diện tiếp xúc giữa tế bào thần kinh với tế bào thần kinh hoặc giữa tế bào thần kinh với các tế bào khác. Xung thần kinh từ sợi trục của neuron này đi qua synapse sang tế bào khác.

1. Cấu tạo synapse

Synapse có hai loại:

• Synapse hóa học là synapse phổ biến ở động vật.
• Synapse điện.

Mỗi synapse thường chứa một loại chất chuyển giao thần kinh (chất trung gian hóa học). Ở động vật có vú, chất chuyển giao thần kinh trong synapse là acetylcholine, noradrenaline, dopamine, serotonin,...

2. Truyền tin qua synapse

Thông tin dưới dạng xung thần kinh khi đến synapse được truyền qua synapse nhờ chất chuyển giao thần kinh.

Sau khi điện thế hoạt động xuất hiện ở màng sau và lan truyền đi tiếp, enzyme acetylcholinesterase có ở màng sau sẽ phân hủy acetylcholine thành acetate và choline. Choline quay trở lại màng trước, đi vào chùy synapse và tham gia vào quá trình tổng hợp acetylcholine chứa trong các túi.

IV. Phản xạ

1. Khái niệm phản xạ và cung phản xạ

Phản xạ là phản ứng của cơ thể trả lời kích thích từ môi trường bên trong hoặc bên ngoài thông qua hệ thần kinh.

Phản xạ thực hiện qua cung phản xạ. Một cung phản xạ điển hình gồm năm bộ phận:

• Bộ phận tiếp nhận kích thích: là thụ thể cảm giác.
• Đường dẫn truyền hướng tâm: là dây thần kinh cảm giác do các neuron cảm giác tạo thành.
• Bộ phận trung ương: là tủy sống và não bộ do các neuron trung gian tạo thành.
• Đường dẫn truyền li tâm: là dây thần kinh vận động do các neuron vận động tạo thành.
• Bộ phận đáp ứng: là cơ hay tuyến.

2. Các thụ thể cảm giác

Thụ thể cảm giác là neuron hoặc tế bào biểu mô chuyên hóa, cũng có thể là các đầu mút của neuron đáp ứng với kích thích đặc hiệu. Một số thụ thể cảm giác tồn tại đơn độc, một số khác tập trung lại cùng với các loại tế bào khác tạo nên các cơ quan cảm giác như mắt, tai, mũi, lưỡi,...

Thụ thể cảm giác có chức năng tiếp nhận và chuyển đổi các dạng năng lượng của kích thích thành điện thế thụ thể, khởi phát điện thế hoạt động lan truyền tới trung ương thần kinh.

3. Vai trò của cảm giác vị giác, khứu giác, xúc giác

4. Thị giác

Thị giác hay cảm giác ánh sáng khởi đầu bằng cơ quan cảm giác là mắt. Mắt tiếp nhận ánh sáng và chuyển tín hiệu đến vùng thị giác ở vỏ não.

Quá trình cảm nhận ánh sáng: Ánh sáng khúc xạ từ vật vào mắt, đi qua hệ thống khúc xạ ánh sáng (giác mạc, thủy dịch, thủy tinh thể và dịch kính), tế bào hạch, tế bào lưỡng cực, cuối cùng đến tế bào que và nón. Tế bào que và nón phản ứng với ánh sáng gây khởi phát xung thần kinh ở tế bào lưỡng cực. Xung thần kinh từ tế bào lưỡng cực chuyển sang tế bào hạch và đi theo dây thần kinh thị giác về vùng thị giác (thùy chẩm) trên vỏ não cho cảm giác về hình ảnh và màu sắc của vật.

Quá trình cảm nhận ánh sáng có thể tóm tắt qua sơ đồ sau:

Mắt → Dây thần kinh thị giác → Vùng thị giác trên vỏ não

5. Thính giác và giữ thăng bằng

Thính giác hay cảm giác âm thanh và giữ thăng bằng được khởi đầu bằng cơ quan cảm giác là tai. Tai có chức năng tiếp nhận âm thanh và tham gia giữ thăng bằng cho cơ thể.

a. Tai và chức năng tiếp nhận âm thanh

Bộ phận tiếp nhận âm thanh gồm tai ngoài, tai giữa và ốc tai.

Quá trình cảm nhận âm thanh: Sóng âm từ nguồn âm phát ra truyền theo ống tai vào màng nhĩ, rồi truyền qua chuỗi xương tai giữa làm rung màng cửa sổ bầu dục tạo ra sóng áp lực truyền trong ốc tai. Sóng áp lực làm các tế bào có lông bị kích thích dẫn đến xuất hiện điện thế hoạt động lan truyền theo dây thần kinh thính giác về thùy thái dương của vỏ não cho cảm giác về âm thanh.

 Quá trình cảm nhận âm thanh có thể tóm tắt bằng sơ đồ sau:

Tai → Dây thần kinh thính giác → Vùng thính giác trên vỏ não

Dựa vào cảm giác âm thanh, động vật đưa ra các phản ứng rất đa dạng như định hướng tìm con mồi, xác định kẻ săn mồi, tìm bạn tình, báo động nguy hiểm,...

b. Tai và chức năng giữ thăng bằng

Chức năng giữ thăng bằng cơ thể là nhờ cơ quan tiền đình nằm trong tai trong. Cơ quan tiền đình gồm nang cầu, nang bầu dục và ba ống bán khuyên.

Tùy theo tư thế và hoạt động của cơ thể, dịch lỏng chuyển dịch trong các bộ phận của cơ quan tiền đình theo một hướng nhất định. Chuyển động của dịch lỏng làm tế bào có lông hưng phấn, xuất hiện xung thần kinh truyền về hành não và tiểu não. Từ đây, xung thần kinh sẽ được truyền đi theo hai hướng: đến các nhóm cơ của cơ thể điều chỉnh sự co, dãn của chúng giúp cơ thể giữ được thăng bằng và đến vỏ não cho cảm nhận về vị trí, chuyển động của cơ thể.

Nhờ cơ quan tiền đình, các loài động vật đào hang cảm nhận được hướng di chuyển trong hang tối.

6. Phản xạ không điều kiện và phản xạ có điều kiện

a. Đặc điểm của phản xạ không điều kiện và phản xạ có điều kiện

b. Phân loại phản xạ không điều kiện

Phản xạ không điều kiện được phân loại dựa theo chức năng: phản xạ sinh dưỡng, phản xạ tự vệ, phản xạ sinh dục, phản xạ vận động, phản xạ định hướng,...

Mỗi loại phản xạ này lại gồm nhiều phản xạ khác nhau. Ví dụ phản xạ sinh dưỡng bao gồm phản xạ nuốt, phản xạ co dãn dạ dày và tiết dịch vị, phản xạ tiết nước bọt.

c. Điều kiện hình thành phản xạ có điều kiện

Theo I. Pavlov:

• Thành lập phản xạ có điều kiện phải dựa trên phản xạ không điều kiện hoặc phản xạ có điều kiện được hình thành vững chắc.
• Phải kết hợp một số lần nhất định giữa kích thích có điều kiện (chuông reo) và kích thích không điều kiện (thức ăn).
• Kích thích có điều kiện phải tác động trước hoặc đồng thời với kích thích không điều kiện.

 Theo B. F. Skinner:

• B. F. Skinner đã làm thí nghiệm như sau: Chuột được thả vào trong lồng có bàn đạp gắn thức ăn. Chuột chạy trong lồng và vô tình đạp phải bàn đạp thì thức ăn rơi ra. Lặp lại một số lần ngẫu nhiên như vậy, chuột đã học được bài học là nhấn bàn đạp sẽ có thức ăn, vì vậy mỗi khi thấy đói chuột chạy đến nhấn bàn đạp để có thức ăn. Như vậy, điều kiện thành lập các phản xạ có điều kiện là các hành động lặp đi lặp lại kèm theo có thưởng hoặc phạt.

d. Cơ chế hình thành phản xạ có điều kiện

Theo Pavlov, quá trình hình thành phản xạ có điều kiện là quá trình hình thành liên hệ thần kinh giữa các vùng thần kinh khác nhau trên vỏ não khi bị kích thích đồng thời còn theo Skinner, các hành động lặp đi lặp lại kèm theo thưởng hoặc phạt làm tăng cường sự kết nối giữa các neuron trong hệ thống thưởng của não.

Các nghiên cứu gần đây cho thấy có những thay đổi về liên hệ giữa các neuron khi chúng tăng cường hoạt động do bị kích thích nhiều lần như hình thành thêm chùy synapse, kéo dài chùy synapse, tăng số lượng nhánh nhỏ của sợi nhánh hoặc thay đổi cấu tạo và chức năng của các thụ thể ở màng sau synapse, nhờ vậy thông tin đi qua synapse dễ dàng hơn.

V. Một số bệnh do tổn thương hệ thần kinh và cơ chế giảm đau

1. Bệnh do tổn thương hệ thần kinh

• Tổn thương thần kinh ngoại biên: Dây thần kinh ngoại biên có thể bị tổn thương (do tai nạn giao thông) dẫn đến mất cảm giác hoặc mất khả năng vận động ở các vùng khác nhau của cơ thể.
• Tổn thương thần kinh trung ương: Não có thể bị tổn thương do xuất huyết não, do virus,... Tùy mức độ và vùng não bị tổn thương mà hậu quả đưa đến rất khác nhau.

2. Cơ chế giảm đau của thuốc giảm đau

• Thuốc tác động lên thần kinh trung ương. Ví dụ: Morphin và codein nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp có cấu trúc tương tự như endorphins, enkephalin nội sinh. Hai chất này tạo cảm giác khoan khoái, dễ chịu nhưng lại ức chế giải phóng chất chuyển giao thần kinh ở não (chất P, glutamin acid) vì vậy giảm cảm giác đau. Hai chất này gây nghiện và gây lệ thuộc thuốc khi dùng kéo dài.
• Thuốc tác động lên thần kinh ngoại biên. Ví dụ: Thuốc gây tê như procaine, novocaine làm giảm tính thấm của màng tế bào thần kinh đối với Na⁺, do đó ngăn chặn khử cực, đảo cực và tái phân cực trên sợi thần kinh cảm giác, dẫn đến xung thần kinh mang thông tin đau không truyền về đồi thị và vỏ não, làm giảm cảm giác đau.

VI. Bảo vệ hệ thần kinh đối với chất kích thích

Hệ thần kinh rất dễ bị tổn thương nếu mất ngủ, căng thẳng thần kinh, ăn uống không khoa học, lạm dụng các chất kích thích như thuốc lá, rượu bia, ma túy,...

Các chất như heroin, cocaine,... là những chất kích thích rất mạnh lên hệ thần kinh. Các chất này lúc mới sử dụng cho cảm giác dễ chịu, sảng khoái, giảm mệt mỏi, giảm đau. Tuy nhiên, sau một số lần sử dụng sẽ gây nghiện và lệ thuộc vào chúng. Nếu không tiếp tục sử dụng, cơ thể sẽ cảm thấy rất mệt mỏi, đau đớn, bực bội, âu sầu, giảm trí nhớ, rối loạn cảm giác, khủng hoảng tinh thần và không làm chủ được bản thân, có thể dẫn đến những hành động nguy hiểm cho bản thân, gia đình và xã hội.

1. Động vật không có hệ thần kinh phản ứng với kích thích chậm và đơn giản.

2. Động vật có hệ thần kinh mạng lưới phản ứng với kích thích bằng cách co toàn bộ cơ thể. Hệ thần kinh chuỗi hạch có thể phản ứng cục bộ với kích thích thông qua hạch thần kinh. Hệ thần kinh ống gồm thần kinh trung ương và thần kinh ngoại biên. Não bộ xử lí hầu hết các thông tin và quyết định mức độ và cách phản ứng.

3. Neuron cấu tạo từ thân, sợi trục và sợi nhánh. Neuron có chức năng tiếp nhận kích thích, tạo ra xung thần kinh và truyền xung thần kinh đến tế bào khác.

4. Thông tin dưới dạng xung thần kinh truyền từ màng trước qua màng sau synapse nhờ chất dẫn truyền thần kinh.

5. Phản xạ là phản ứng của cơ thể trả lời các kích thích từ môi trường bên trong hoặc bên ngoài thông qua hệ thần kinh. Phản xạ thực hiện nhờ cung phản xạ. Cung phản xạ gồm thụ thể, dây thần kinh cảm giác, trung ương thần kinh, dây thần kinh vận động và bộ phận đáp ứng.

6. Thụ thể cảm giác gồm thụ thể cơ học, thụ thể hóa học, thụ thể điện từ, thụ thể nhiệt và thụ thể đau.

7. Cảm giác vị giác, xúc giác, khứu giác có những vai trò khác nhau đối với cơ thể.

8. Mắt thu nhận và phản ứng với ánh sáng, góp phần quan trọng trong cảm nhận hình ảnh và màu sắc của vật. Tai thu nhận và phản ứng với âm thanh, góp phần quan trọng trong cảm nhận âm thanh. Cơ quan tiền đình trong tai có vai trò duy trì thăng bằng cơ thể.

9. Phản xạ không điều kiện sinh ra đã có, rất bền vững, tác nhân kích thích thích ứng với thụ thể cảm giác. Phản xạ có điều kiện hình thành trong đời sống cá thể, dễ mất nếu không được củng cố, tác nhân kích thích bất kì đối với thụ thể cảm giác.

10. Cơ chế hình thành phản xạ có điều kiện: thay đổi liên hệ giữa các neuron khi chúng tăng cường hoạt động do bị kích thích nhiều lần.

11. Một số bệnh mất khả năng vận động hoặc cảm giác do tổn thương thần kinh trung ương hoặc thần kinh ngoại biên.

12. Các chất kích thích gây nghiện và tổn hại lên hệ thần kinh.