一个信息抛过来,耳朵听得比眼睛看得快
2015-11-20 17:55:18 | 来源:玩转帮会 | 投稿:佚名 | 编辑:小柯

原标题:一个信息抛过来,耳朵听得比眼睛看得快

我只谈视觉和听觉通路中的一个环节吧——听觉感受器比视觉感受器接收 / 处理信息的速度快。

外周感受器在外界刺激(机械,光,化学分子等)影响下,其膜电位发生改变,继而将这些刺激转化为神经系统中的电信号。其中,一些感受器通过直接开启 / 关闭感受器细胞膜上的离子通道,迅速改变膜电位;而另一些感受器接受刺激后则需要通过 G 蛋白偶联受体通路来改变感受器的细胞膜电位。这一传感过程需要在敏感度和反应速度做出权衡——直接打开离子通道速度更快;GPCR 虽然步骤多时间长,但是每个步骤都能够放大上一级信号,指数扩增使得感受器的敏感度大大增强。听觉感受器属于前者,而视觉感受器则属于后者。

毛细胞是听觉系统的感受器。之所以称之为毛细胞,是因为细胞顶端有纤毛。这些纤毛的顶端通过“顶端链接”(tip link)与上一排纤毛相连,而 tip link 本身控制着纤毛顶端的阳离子通道的开放与关闭。当毛细胞受到机械刺激(声波)时,纤毛产生位移,tip link 会“拉开”阳离子通道,阳离子(钾离子和钙离子)进入毛细胞,产生电位变化并释放神经递质。位移引起的电流的时间常数在 0.4ms 左右,所以整个过程的时间是在毫秒量级。

视觉系统的感受器包括视杆细胞和视锥细胞,两者将光转换为电信号的机制类似。视杆细胞更为敏感,可感受单个光子;视锥细胞速度更快,是视杆细胞的 5 倍左右,但敏感度只有视杆细胞的 1% 左右。光感受细胞在静息状态下(暗处),其阳离子通道是开放的,整个细胞处于去极化状态,释放较多的递质。当其接受到光刺激时,其细胞膜上的光感受蛋白视紫红质(rhodopsin)发生构象改变,激活传导蛋白(transducin)。Transducin 的 α 亚基活化(Tα-GDP->Tα-GTP)后进一步激活磷酸二酯酶(phosphodiesterase, PDE),PDE 水解 cGMP 生成 GMP,GMP 能够使对 GMP 敏感的阳离子通道关闭,从而使细胞复极化、减少递质释放。可以看出,整个过程经过多个步骤,在视杆细胞中从受到光刺激到其反应的峰值大概需要 100ms 左右,因此整个过程量级是在百毫秒;视锥细胞虽然更快,但是不会快过毛细胞的毫秒 / 亚毫秒量级。

此外,由第一张图可以看出,从视网膜接受到光信号到视神经(产生动作电位)需要经过 3 次换元,而毛细胞接受声音信号到听神经则只需要 2 次换元。从这个角度上来说,也是耳朵接受 / 处理信息的速度更快。

参考文献:

From Neurons to Brian, fifth edition

Mendez, A, M E Burns, I Sokal, A M Dizhoor, W Baehr, K Palczewski, D A Baylor, and J Chen. “Role of Guanylate Cyclase-Activating Proteins (GCAPs) in Setting the Flash Sensitivity of Rod Photoreceptors.” Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 98, no. 17 (August 14, 2001): 9948–53. doi:10.1073/pnas.171308998.

Crawford, A C, M G Evans, and R Fettiplace. “Activation and Adaptation of Transducer Currents in Turtle Hair Cells.” The Journal of Physiology 419, no. 1 (December 1, 1989): 405–34. doi:10.1113/jphysiol.1989.sp017878.

阅读:

为什么一些种类的听力损失是不可逆转的? – 医学

每天听音乐超过一小时,真的会导致听力减退吗? – 赵思家的回答

Luo, Dong-Gen, Tian Xue, and King-Wai Yau. “How Vision Begins: An Odyssey.” Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 105, no. 29 (July 22, 2008): 9855–62. doi:10.1073/pnas.0708405105.

Fettiplace, Robert, and Carole M Hackney. “The Sensory and Motor Roles of Auditory Hair Cells.” Nature Reviews. Neuroscience 7, no. 1 (January 2006): 19–29. doi:10.1038/nrn1828.

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