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Les thermorécepteurs cutanés détectent la température absolue et les changements de température grâce aux canaux ioniques thermosensibles de la famille TRP (Transient Receptor Potential). Les canaux TRPV1 sont activés au-dessus de 43°C (également par la capsaïcine), TRPV2 au-dessus de 52°C, TRPM8 en dessous de 28°C (également par le menthol). Chaque canal a un seuil de température fixe donné par l'énergie d'activation de la transition conformationnelle.

Le flux thermique q = -k·T/ est la grandeur physique détectée, et non la température absolue. Ceci explique pourquoi le métal à température ambiante est perçu comme plus froid que le bois même si les deux sont à la même température : le métal a une plus grande conductivité k, transférant plus de chaleur par unité de temps de la peau à l'objet. Ce qui est ressenti, c'est le taux de perte de chaleur.

La diffusion thermique dans la peau suit T/t = ·²T/x², avec _skin 9×10 m²/s. La profondeur de pénétration en 1 seconde est _T 2(t) 0,6 mm, là où se trouvent les thermorécepteurs cutanés (à 0,21 mm de profondeur). Cela signifie que les thermorécepteurs répondent avec un délai de t (/2)²/ 0,11 s, ce qui coïncide avec le temps de réaction au contact d'un objet chaud.

L'adaptation du thermorécepteur r(t) = r·exp(-t/) + r_ explique pourquoi un bain chaud est perçu comme progressivement moins chaud : la cadence de tir chute de façon exponentielle depuis la valeur initiale r (réponse élevée au changement) vers un état stable r_ proportionnel à la température absolue. Le système est plus sensible aux changements quaux températures constantes.

Le seuil de détection des changements de température est étonnamment bas : les humains détectent T 0,02°C dans des conditions optimales (changement lent sur une grande surface). Cela nécessite que les thermorécepteurs amplifient de petites variations du flux thermique en changements significatifs du potentiel de membrane, un gain interne de 50100 imp/s·°C. Les serpents comme le python détectent les proies à sang chaud à T 0,003°C grâce à leur organe loréen.

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