第36章感覚系
Integration of Signals from Mechanoreceptors機械受容器からの信号の統合
The configuration of the different types of receptors working in concert in human skin results in a very refined sense of touch. The nociceptive receptors—those that detect pain—are located near the surface. Small, finely calibrated mechanoreceptors—Merkel’s disks and Meissner’s corpuscles—are located in the upper layers and can precisely localize even gentle touch. The large mechanoreceptors—Pacinian corpuscles and Ruffini endings—are located in the lower layers and respond to deeper touch. (Consider that the deep pressure that reaches those deeper receptors would not need to be finely localized.) Both the upper and lower layers of the skin hold rapidly and slowly adapting receptors. Both primary somatosensory cortex and secondary cortical areas are responsible for processing the complex picture of stimuli transmitted from the interplay of mechanoreceptors.
英語のヒント
ヒトの皮膚では、異なる種類の受容器が配置され、協調して働くことで、非常に精細な触覚が生じる。痛みを検出する侵害受容器は、表面近くにある。小さく精密な機械受容器であるメルケル盤とマイスナー小体は上層にあり、ごく軽い接触の位置も正確に特定できる。大きな機械受容器であるパチニ小体とルフィニ終末は下層にあり、より深い接触に応答する。深い受容器に届く圧力では、位置を細かく特定する必要はないだろう。皮膚の上層と下層のどちらにも、順応の速い受容器と遅い受容器がある。機械受容器同士の協働から伝わる複雑な刺激の全体像を、一次体性感覚野と二次の皮質領域の両方が処理する。
Density of Mechanoreceptors機械受容器の密度
The distribution of touch receptors in human skin is not consistent over the body. In humans, touch receptors are less dense in skin covered with any type of hair, such as the arms, legs, torso, and face. Touch receptors are denser in glabrous skin (the type found on human fingertips and lips, for example), which is typically more sensitive and is thicker than hairy skin (4 to 5 mm versus 2 to 3 mm).
ヒトの皮膚の触覚受容器は、全身に一様に分布していない。腕、脚、胴、顔など、何らかの毛に覆われた皮膚では密度が低い。指先や唇などの無毛皮膚では密度が高い。無毛皮膚は通常、より敏感で、有毛皮膚より厚い。厚さはそれぞれ4~5 mmと2~3 mmである。
How is receptor density estimated in a human subject? The relative density of pressure receptors in different locations on the body can be demonstrated experimentally using a two-point discrimination test. In this demonstration, two sharp points, such as two thumbtacks, are brought into contact with the subject’s skin (though not hard enough to cause pain or break the skin). The subject reports if they feel one point or two points. If the two points are felt as one point, it can be inferred that the two points are both in the receptive field of a single sensory receptor. If two points are felt as two separate points, each is in the receptive field of two separate sensory receptors. The points could then be moved closer and retested until the subject reports feeling only one point, and the size of the receptive field of a single receptor could be estimated from that distance.
英語のヒント
ヒトの受容器の密度は、どう推定するのだろうか。二点識別試験によって、体の部位ごとの圧受容器の相対的な密度を実験的に示せる。画鋲2本などのとがった二点を皮膚に接触させる。ただし、痛みを起こしたり皮膚を傷つけたりするほど強く押さない。被験者は、一点と感じるか、二点と感じるかを答える。二点が一点に感じられれば、両方が一つの感覚受容器の受容野に入っていると推測できる。別々の二点に感じられれば、それぞれが別の受容器の受容野にある。二点を近づけて繰り返し、一点と感じるまで調べれば、その距離から一つの受容器の受容野の大きさを推定できる。
Thermoreception温度受容
In addition to Krause end bulbs that detect cold and Ruffini endings that detect warmth, there are different types of cold receptors on some free nerve endings: thermoreceptors, located in the dermis, skeletal muscles, liver, and hypothalamus, that are activated by different temperatures. Their pathways into the brain run from the spinal cord through the thalamus to the primary somatosensory cortex. Warmth and cold information from the face travels through one of the cranial nerves to the brain. You know from experience that a tolerably cold or hot stimulus can quickly progress to a much more intense stimulus that is no longer tolerable. Any stimulus that is too intense can be perceived as pain because temperature sensations are conducted along the same pathways that carry pain sensations.
冷たさを検出するクラウゼ終球と、温かさを検出するルフィニ終末に加え、一部の自由神経終末にも異なる種類の冷覚受容器がある。これらは、真皮、骨格筋、肝臓、視床下部にある温度受容器で、それぞれ異なる温度で活性化される。脳への経路は、脊髄から視床を経て一次体性感覚野へ向かう。顔の温覚と冷覚の情報は、脳神経の一つを通って脳へ伝わる。耐えられる冷たさや熱さが、すぐに耐えられないほど強い刺激になることは、経験からわかるだろう。温度の感覚は痛みの感覚と同じ経路を伝わるため、強すぎる刺激は痛みとして知覚されうる。
Pain痛み
Pain is the name given to nociception, which is the neural processing of injurious stimuli in response to tissue damage. Pain is caused by true sources of injury, such as contact with a heat source that causes a thermal burn or contact with a corrosive chemical. But pain also can be caused by harmless stimuli that mimic the action of damaging stimuli, such as contact with capsaicins, the compounds that cause peppers to taste hot and which are used in self-defense pepper sprays and certain topical medications. Peppers taste “hot” because the protein receptors that bind capsaicin open the same calcium channels that are activated by warm receptors.
英語のヒント
痛みとは侵害受容に与えられた名称である。侵害受容は、組織の損傷に伴う有害な刺激を神経が処理することである。熱傷を起こす熱源や腐食性の化学物質への接触など、実際に傷害を起こすものが痛みを引き起こす。しかし、損傷を起こす刺激の作用をまねる、無害な刺激でも痛みは起こりうる。例としてカプサイシン類への接触がある。トウガラシを辛くする化合物で、護身用のトウガラシスプレーや、一部の外用薬にも使われる。トウガラシを「熱い」と感じるのは、カプサイシンと結合する受容体タンパク質が、温覚受容器によって活性化されるものと同じカルシウムチャネルを開くからである。
Nociception starts at the sensory receptors, but pain, inasmuch as it is the perception of nociception, does not start until it is communicated to the brain. There are several nociceptive pathways to and through the brain. Most axons carrying nociceptive information into the brain from the spinal cord project to the thalamus (as do other sensory neurons) and the neural signal undergoes final processing in the primary somatosensory cortex. Interestingly, one nociceptive pathway projects not to the thalamus but directly to the hypothalamus in the forebrain, which modulates the cardiovascular and neuroendocrine functions of the autonomic nervous system. Recall that threatening—or painful—stimuli stimulate the sympathetic branch of the visceral sensory system, readying a fight-or-flight response.
英語のヒント
侵害受容は感覚受容器で始まるが、侵害受容の知覚としての痛みは、その情報が脳へ伝わるまで始まらない。脳へ向かい、脳を通る侵害受容経路は複数ある。脊髄から脳へ侵害受容情報を運ぶ軸索の大部分は、ほかの感覚ニューロンと同様、視床に投射する。神経信号の最終的な処理は一次体性感覚野で行われる。興味深いことに、一つの経路は視床ではなく、前脳の視床下部へ直接投射する。視床下部は、自律神経系の心血管機能と神経内分泌機能を調節する。脅威や痛みとなる刺激は、内臓感覚系の交感神経部門を刺激し、闘争・逃走反応に備えさせることを思い出そう。