Biophysics · 22.01
感覚信号変換の段階
Steps of sensory signal transduction
🧠 感覚受容sensory reception感覚受容（sensory reception）sensory reception（感覚受容）は「物理・化学刺激 → 受容器電位receptor potential受容器電位（receptor potential）receptor potential（受容器電位） → 活動電位」の変換である。 受容器が刺激エネルギーを膜電位変化へ変え、その大きさが発火頻度firing rate発火頻度（firing rate）firing rate（発火頻度）へ符号化encoding符号化（encoding）encoding（符号化）されて中枢へ送られる。
刺激から生じた受容器電位receptor potential受容器電位（receptor potential）receptor potential（受容器電位）は、振幅と持続時間duration持続時間（duration）duration（持続時間）による符号化encoding符号化（encoding）encoding（符号化）を経て、活動電位列action-potential train活動電位列（action-potential train）action-potential train（活動電位列）による情報表現へ変換される。ここでは、その入口にあたる刺激エネルギーから膜電位への変換を整理する。
感覚変換の共通経路
flowchart TD
A["外界・体内の刺激"] --> B["受容器が適刺激を受容"]
B --> C["受容体または刺激依存性イオンチャネルを活性化"]
C --> D["段階的な<span class='jp-term jp-term-diagram' title='receptor potential'>受容器電位</span>"]
D --> E["閾値を超える"]
E --> F["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='action-potential train'>活動電位列</span>"]
F --> G["中枢神経系で知覚"]| 段階 | 役割 | 例 |
|---|---|---|
| 受容 | 刺激を選択的に受け取る | 光子、圧、温度、化学物質chemical substance化学物質（chemical substance）chemical substance（化学物質） |
| 変換 | 刺激エネルギーを電気信号PSP, postsynaptic potential電気信号（PSP, postsynaptic potential）PSP, postsynaptic potential（電気信号）へ変換 | チャネル開閉gating開閉（gating）gating（開閉）、セカンドメッセンジャーsecond messengerセカンドメッセンジャー（second messenger）second messenger（セカンドメッセンジャー） |
| 符号化encoding符号化（encoding）encoding（符号化） | 強度・時間をスパイク列spike trainスパイク列（spike train）spike train（スパイク列）へ変換 | 発火頻度firing rate発火頻度（firing rate）firing rate（発火頻度）、動員 |
| 伝達 | 中枢へ伝える | 求心性神経afferent nerve求心性神経（afferent nerve）afferent nerve（求心性神経）の活動電位 |
| 知覚 | 信号を統合し意味づける | 視覚、聴覚、触覚 |
受容器には、一次感覚ニューロンsensory neuron感覚ニューロン（sensory neuron）sensory neuron（感覚ニューロン）自身が刺激を受け、活動電位を発生する型がある。一方、視細胞photoreceptor視細胞（photoreceptor）photoreceptor（視細胞）や有毛細胞は段階電位graded potential段階電位（graded potential）graded potential（段階電位）によって神経伝達物質の放出量を変え、次の求心性ニューロンafferent neuron求心性ニューロン（afferent neuron）afferent neuron（求心性ニューロン）を駆動する。
💡 刺激そのものが脳へ届くのではない。異なる刺激エネルギーはいったん共通の電気信号PSP, postsynaptic potential電気信号（PSP, postsynaptic potential）PSP, postsynaptic potential（電気信号）へ変換され、どの経路を通ったかと発火パターンpattern of impulses発火パターン（pattern of impulses）pattern of impulses（発火パターン）によって区別される。
刺激が持続したときの応答変化は感覚順応sensory adaptation感覚順応（sensory adaptation）sensory adaptation（感覚順応）で扱う。したがって、感覚系sensory system感覚系（sensory system）sensory system（感覚系）の出力は刺激強度だけでなく、時間変化と受容器の順応adaptation順応（adaptation）adaptation（順応）速度にも依存する。
まとめ
- 感覚変換sensory transduction感覚変換（sensory transduction）sensory transduction（感覚変換）は刺激を受容器電位receptor potential受容器電位（receptor potential）receptor potential（受容器電位）へ変換する。
- 受容器電位receptor potential受容器電位（receptor potential）receptor potential（受容器電位）は段階的信号graded signal段階的信号（graded signal）graded signal（段階的信号）で、閾値を超えると活動電位列action-potential train活動電位列（action-potential train）action-potential train（活動電位列）へ変換される。
- 中枢は経路と発火パターンpattern of impulses発火パターン（pattern of impulses）pattern of impulses（発火パターン）から刺激の種類・強さ・時間・場所を復元renaturation復元（renaturation）renaturation（復元）する。