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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo E15 - Sistema sensorial
El modelo conceptual busca comprender los mecanismos que dan origen a un comportamiento, y describirlos de la forma más simple posible. Para eso, el comportamiento se segmenta en temas (grupos): cada uno identifica los objetos o variables que participan —tanto en su funcionamiento normal como en sus posibles anomalías o desviaciones— y describe, mediante verbos, la forma en que esos objetos interactúan entre sí. El resultado es lo que llamamos una red semántica: la estructura con la que representamos y comunicamos el modelo conceptual, antes de introducir ecuación alguna.
ID:3538
Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Transducción sensorial y potencial receptor
¿Cómo convierte un receptor la energía física del entorno en una señal eléctrica neuronal?
Grupo 2: Grupo 2: Codificación de intensidad y discriminación
¿Cómo relaciona el sistema la intensidad física con el cambio mínimo detectable y la sensación percibida?
Grupo 3: Grupo 3: Fototransducción y amplificación
¿Cómo puede un fotorreceptor producir una señal detectable a partir de un solo fotón?
Grupo 4: Grupo 4: Análisis coclear de frecuencia y amplificación activa
¿Cómo separa la cóclea las frecuencias del sonido y amplifica vibraciones muy débiles?
Grupo 5: Grupo 5: Adaptación sensorial multiescala
¿Cómo ajusta un sistema sensorial su sensibilidad al nivel medio reciente del estímulo?
Grupo 6: Grupo 6: Evaluación clínica y localización de la falla
¿Cómo permiten los umbrales sensoriales localizar una alteración dentro de la cadena de transducción?
ID:1251
Grupo 1: Grupo 1: Transducción sensorial y potencial receptor
Descripción
¿Cómo convierte un receptor la energía física del entorno en una señal eléctrica neuronal?
Pregunta clave: ¿Cómo convierte un receptor la energía física del entorno en una señal eléctrica neuronal?
Este proceso de transducción ocurre en la membrana del receptor sensorial, donde el estímulo físico abre o cierra canales iónicos específicos, cambiando el potencial eléctrico de esa membrana; ese cambio de potencial, llamado potencial receptor, se transmite hacia la neurona sensorial primaria y, si logra superar un umbral mínimo, desencadena en ella potenciales de acción que llevan la información sensorial hacia el resto del sistema nervioso. Los sistemas sensoriales transducen la energía física del entorno —luz, sonido, presión, calor, moléculas químicas— en señales eléctricas que la neurona sensorial primaria puede transmitir hacia el sistema nervioso. A medida que esa molécula se degrada, los canales iónicos que dependen de ella se van cerrando, y el cierre de un número suficiente de esos canales cambia el potencial de la membrana del bastón lo bastante como para modificar la señal que el bastón envía hacia la neurona sensorial primaria. La relación entre la intensidad del estímulo físico y la magnitud de la respuesta que genera el receptor sensorial no es lineal, sino que está comprimida de una manera particular: el sistema sensorial asigna su mayor sensibilidad a los cambios de intensidad que ocurren dentro del rango de intensidades más frecuentes en el entorno, y se vuelve progresivamente menos sensible a cambios de la misma magnitud absoluta cuando la intensidad de partida ya es muy alta. Así, el cambio más pequeño de intensidad que un receptor sensorial logra distinguir no es un valor fijo, sino que crece de forma proporcional a la intensidad de partida del estímulo: hace falta un cambio mucho mayor para notarse sobre un estímulo ya intenso que sobre un estímulo débil.
ID:4203
Grupo 2: Grupo 2: Codificación de intensidad y discriminación
Descripción
¿Cómo relaciona el sistema la intensidad física con el cambio mínimo detectable y la sensación percibida?
Pregunta clave: ¿Cómo relaciona el sistema la intensidad física con el cambio mínimo detectable y la sensación percibida?
Esta relación de proporcionalidad entre el umbral de detección y la intensidad de partida es la que explica por qué la sensación percibida crece mucho más lentamente que la intensidad física del estímulo en la mayoría de los sentidos, como ocurre en la visión y en la audición, mientras que en el dolor ocurre lo contrario: la sensación percibida crece más rápido que la intensidad física del estímulo, de modo que pequeños aumentos de un estímulo doloroso ya intenso se perciben como aumentos todavía mayores del dolor. Así, el cambio más pequeño de intensidad que un receptor sensorial logra distinguir no es un valor fijo, sino que crece de forma proporcional a la intensidad de partida del estímulo: hace falta un cambio mucho mayor para notarse sobre un estímulo ya intenso que sobre un estímulo débil. La relación entre la intensidad del estímulo físico y la magnitud de la respuesta que genera el receptor sensorial no es lineal, sino que está comprimida de una manera particular: el sistema sensorial asigna su mayor sensibilidad a los cambios de intensidad que ocurren dentro del rango de intensidades más frecuentes en el entorno, y se vuelve progresivamente menos sensible a cambios de la misma magnitud absoluta cuando la intensidad de partida ya es muy alta. Este proceso de transducción ocurre en la membrana del receptor sensorial, donde el estímulo físico abre o cierra canales iónicos específicos, cambiando el potencial eléctrico de esa membrana; ese cambio de potencial, llamado potencial receptor, se transmite hacia la neurona sensorial primaria y, si logra superar un umbral mínimo, desencadena en ella potenciales de acción que llevan la información sensorial hacia el resto del sistema nervioso. Para poder seguir siendo sensible a pequeños cambios de intensidad tanto en un ambiente muy tenue como en un ambiente muy intenso, el receptor sensorial no mantiene fija su sensibilidad, sino que la ajusta continuamente según el nivel medio de estímulo al que ha estado expuesto recientemente, un proceso conocido como adaptación sensorial.
ID:4204
Grupo 3: Grupo 3: Fototransducción y amplificación
Descripción
¿Cómo puede un fotorreceptor producir una señal detectable a partir de un solo fotón?
Pregunta clave: ¿Cómo puede un fotorreceptor producir una señal detectable a partir de un solo fotón?
Cuando un solo fotón de luz llega a un bastón, activa una única molécula de un pigmento sensible a la luz, y esa única molécula activada dispara una cadena de reacciones bioquímicas en la que cada paso amplifica al anterior: la molécula de pigmento activa a su vez a un gran número de moléculas mensajeras, cada una de las cuales activa a otra enzima, y esa enzima degrada rápidamente una gran cantidad de una molécula que normalmente mantiene abiertos los canales iónicos de la membrana del bastón. A medida que esa molécula se degrada, los canales iónicos que dependen de ella se van cerrando, y el cierre de un número suficiente de esos canales cambia el potencial de la membrana del bastón lo bastante como para modificar la señal que el bastón envía hacia la neurona sensorial primaria. Gracias a esta cadena de amplificación, en la que cada paso multiplica el efecto del anterior, un fotorreceptor es capaz de generar una señal detectable a partir de la absorción de un único fotón de luz. Esta adaptación ocurre a distintas velocidades según el sistema: en la visión, una parte de la adaptación ocurre en segundos, ajustando el tamaño de la pupila, y otra parte ocurre a lo largo de minutos, regenerando el pigmento sensible a la luz de los fotorreceptores descritos antes; en la audición, una parte de la adaptación ocurre en milisegundos, mediante un reflejo que rigidiza los huesecillos del oído medio frente a un sonido intenso, y otra parte ocurre a lo largo de minutos, dentro de la propia neurona sensorial. Un ejemplo particularmente claro de cómo ocurre la transducción sensorial en detalle es la fototransducción, que tiene lugar en los fotorreceptores de la retina, los bastones y los conos.
ID:4205
Grupo 4: Grupo 4: Análisis coclear de frecuencia y amplificación activa
Descripción
¿Cómo separa la cóclea las frecuencias del sonido y amplifica vibraciones muy débiles?
Pregunta clave: ¿Cómo separa la cóclea las frecuencias del sonido y amplifica vibraciones muy débiles?
Este análisis mecánico pasivo de las distintas frecuencias del sonido no bastaría por sí solo para detectar sonidos muy débiles, así que unas células especializadas, las células ciliadas externas, amplifican activamente la vibración de la membrana basilar en el punto correspondiente a cada frecuencia, lo que agudiza todavía más la sintonía de cada punto de la membrana basilar a su frecuencia característica y permite detectar vibraciones tan pequeñas que se acercan al límite impuesto por el propio movimiento térmico de las moléculas. Cada punto a lo largo de la membrana basilar vibra con más fuerza frente a una frecuencia de sonido particular que frente a cualquier otra, y esa frecuencia a la que cada punto responde mejor cambia de forma continua a lo largo de la membrana basilar, de las frecuencias más agudas cerca de un extremo hasta las frecuencias más graves cerca del otro extremo, formando un mapa ordenado de frecuencias a lo largo de toda su longitud. Otro ejemplo de transducción sensorial, esta vez de la energía mecánica del sonido, ocurre en la cóclea del oído interno, sobre una estructura llamada membrana basilar. En el caso de la audición, medir el umbral más bajo de intensidad que una persona logra escuchar a distintas frecuencias, lo que se conoce como audiometría de tonos puros, permite distinguir si el problema está en la transmisión mecánica del sonido hacia la cóclea, como ocurre en las enfermedades del oído medio, o si el problema está en la propia transducción dentro de la cóclea, como ocurre cuando las células que realizan esa transducción están dañadas. Los sistemas sensoriales transducen la energía física del entorno —luz, sonido, presión, calor, moléculas químicas— en señales eléctricas que la neurona sensorial primaria puede transmitir hacia el sistema nervioso.
ID:4206
Grupo 5: Grupo 5: Adaptación sensorial multiescala
Descripción
¿Cómo ajusta un sistema sensorial su sensibilidad al nivel medio reciente del estímulo?
Pregunta clave: ¿Cómo ajusta un sistema sensorial su sensibilidad al nivel medio reciente del estímulo?
Esta adaptación ocurre a distintas velocidades según el sistema: en la visión, una parte de la adaptación ocurre en segundos, ajustando el tamaño de la pupila, y otra parte ocurre a lo largo de minutos, regenerando el pigmento sensible a la luz de los fotorreceptores descritos antes; en la audición, una parte de la adaptación ocurre en milisegundos, mediante un reflejo que rigidiza los huesecillos del oído medio frente a un sonido intenso, y otra parte ocurre a lo largo de minutos, dentro de la propia neurona sensorial. Para poder seguir siendo sensible a pequeños cambios de intensidad tanto en un ambiente muy tenue como en un ambiente muy intenso, el receptor sensorial no mantiene fija su sensibilidad, sino que la ajusta continuamente según el nivel medio de estímulo al que ha estado expuesto recientemente, un proceso conocido como adaptación sensorial. Cuando el nivel medio del estímulo sube, el receptor sensorial reduce su sensibilidad para evitar saturarse; cuando el nivel medio del estímulo baja, el receptor sensorial aumenta de nuevo su sensibilidad para seguir detectando cambios pequeños. La relación entre la intensidad del estímulo físico y la magnitud de la respuesta que genera el receptor sensorial no es lineal, sino que está comprimida de una manera particular: el sistema sensorial asigna su mayor sensibilidad a los cambios de intensidad que ocurren dentro del rango de intensidades más frecuentes en el entorno, y se vuelve progresivamente menos sensible a cambios de la misma magnitud absoluta cuando la intensidad de partida ya es muy alta. Este proceso de transducción ocurre en la membrana del receptor sensorial, donde el estímulo físico abre o cierra canales iónicos específicos, cambiando el potencial eléctrico de esa membrana; ese cambio de potencial, llamado potencial receptor, se transmite hacia la neurona sensorial primaria y, si logra superar un umbral mínimo, desencadena en ella potenciales de acción que llevan la información sensorial hacia el resto del sistema nervioso.
ID:4207
Grupo 6: Grupo 6: Evaluación clínica y localización de la falla
Descripción
¿Cómo permiten los umbrales sensoriales localizar una alteración dentro de la cadena de transducción?
Pregunta clave: ¿Cómo permiten los umbrales sensoriales localizar una alteración dentro de la cadena de transducción?
En el caso de la audición, medir el umbral más bajo de intensidad que una persona logra escuchar a distintas frecuencias, lo que se conoce como audiometría de tonos puros, permite distinguir si el problema está en la transmisión mecánica del sonido hacia la cóclea, como ocurre en las enfermedades del oído medio, o si el problema está en la propia transducción dentro de la cóclea, como ocurre cuando las células que realizan esa transducción están dañadas. De este modo, los mismos sistemas sensoriales que transducen la energía física del entorno en señales eléctricas neuronales, comprimiendo un rango enorme de intensidades y ajustando continuamente su propia sensibilidad, terminan siendo, a través de pruebas como la audiometría, lo que la clínica evalúa para localizar exactamente dónde falla esa transducción cuando la percepción de una persona se ve alterada. Otro ejemplo de transducción sensorial, esta vez de la energía mecánica del sonido, ocurre en la cóclea del oído interno, sobre una estructura llamada membrana basilar. En la práctica clínica, evaluar cómo responde un sistema sensorial a estímulos de distinta intensidad permite localizar en qué parte de la cadena de transducción está el problema cuando la sensibilidad de una persona se altera. Esta adaptación ocurre a distintas velocidades según el sistema: en la visión, una parte de la adaptación ocurre en segundos, ajustando el tamaño de la pupila, y otra parte ocurre a lo largo de minutos, regenerando el pigmento sensible a la luz de los fotorreceptores descritos antes; en la audición, una parte de la adaptación ocurre en milisegundos, mediante un reflejo que rigidiza los huesecillos del oído medio frente a un sonido intenso, y otra parte ocurre a lo largo de minutos, dentro de la propia neurona sensorial.
ID:4208