Storyboard

Los sistemas sensoriales transducen energía física (luz, sonido, presión, calor, moléculas) en señales eléctricas neuronales. El proceso de transducción modifica las conductancias iónicas de la membrana del receptor: un estímulo abre o cierra canales iónicos específicos (mecanotransducción, fototransducción, quimiotransducción), cambiando el potencial de membrana (potencial receptor) que, si supera el umbral, genera potenciales de acción en la neurona sensorial primaria.

Las leyes de Weber-Fechner y Stevens describen la compresión de la respuesta sensorial: el sistema sensorial asigna la mayor sensibilidad (ganancia) a los cambios en el rango de intensidades frecuentes en el entorno. Weber (I/I = constante) captura la proporcionalidad del umbral diferencial; Fechner integra esta relación para obtener P = log(I/I). Stevens encuentra que la ley de potencia (P I^n) es más precisa: el exponente n codifica la función de la modalidad (n < 1: compresión beneficiosa en visión y audición; n > 1: expansión en dolor).

La fototransducción en los fotorreceptores (bastones y conos) sigue una cadena de amplificación: 1 fotón activa 1 rodopsina 500 transducinas 500 PDEs hidroliza 10 cGMP/s cierra ~230 canales de Na V 1 mV en bastones. Este proceso tiene ganancia de amplificación de ~10: de ahí la capacidad de los bastones de detectar fotones individuales con SNR > 1.

La membrana basilar de la cóclea realiza un análisis de Fourier mecánico pasivo: cada punto a lo largo de su longitud resuena a una frecuencia característica (mapeo tonotópico), con f_CF decayendo exponencialmente desde la base (20 kHz) al ápex (20 Hz) en ~35 mm. Las células ciliadas externas amplifican activamente (10100×) la vibración de la membrana basilar, agudizando la sintonía frecuencial y aportando sensibilidad hasta el nivel de movimiento browniano.

La adaptación sensorial es el ajuste de la ganancia G_adapt al nivel medio del estímulo (I_adapt): permite al receptor mantener alta sensibilidad diferencial en un rango dinámico de ~120 dB sin saturación. El sistema visual se adapta en segundos (pupila) y minutos (fotopigmentos); el sistema auditivo, en milisegundos (reflejo estapedial) y minutos (adaptación neural). Clínicamente, la audiometría de tonos puros mide los umbrales de audición para detectar pérdida conductiva (patología del oído medio) o neurosensorial (daño de las células ciliadas internas).

ID:('ky', 47)

Storyboard

$V_{rec}=\frac{RT}{F}\ln\frac{P_KK_o+P_{Na}Na_o}{P_KK_i+P_{Na}Na_i}$

Variables

$F$

Constante de Faraday

$C/mol$

$T$

Temperatura

$K$

$P_K$

Permeabilidad efectiva de K

$m/s$

$P_{Na}$

Permeabilidad efectiva de Na

$m/s$

$V_{rec}$

Potencial receptor

$V$

$R$

Constante universal de gases

$J/mol·K$

$K_o$

Concentraciones de potasio extra

$mol/m³$

$K_i$

Concentraciones de potasio intracelular

$mol/m³$

$Na_o$

Concentraciones de sodio extra

$mol/m³$

$Na_i$

Concentraciones de sodio intracelular

$mol/m³$

ID:('gm', 438)

Storyboard

$P_{Na}=P_{Na0}\left(1+\frac{8,modNa,I_{stim}}{1+I_{stim}}\right)$

Variables

$I_{stim}$

Intensidad del estímulo

$1$

$modNa$

Modulación de canales Na

$1$

$P_{Na0}$

Permeabilidad basal de Na

$m/s$

$P_{Na}$

Permeabilidad efectiva de Na

$m/s$

ID:('gm', 439)

Storyboard

$P_K=P_{K0}\left(1-\frac{0.35,modNa,I_{stim}}{1+I_{stim}}\right)$

Variables

$I_{stim}$

Intensidad del estímulo

$1$

$modNa$

Modulación de canales Na

$1$

$P_{K0}$

Permeabilidad basal de K

$m/s$

$P_K$

Permeabilidad efectiva de K

$m/s$

ID:('gm', 440)

Storyboard

$\Delta I=k_WI_{stim}$

Variables

$k_W$

Constante de Weber

$1$

$I_{stim}$

Intensidad del estímulo

$1$

$Delta I$

Umbral diferencial

$1$

ID:('gm', 441)

Storyboard

$P_{Fechner}=k_F\ln(I_{eff}/I_0)$

Variables

$k_F$

Ganancia Fechner

$1$

$I_{eff}$

Intensidad efectiva adaptada

$1$

$I_0$

Intensidad umbral

$1$

$P_{Fechner}$

Percepción logarítmica

$1$

ID:('gm', 442)

Storyboard

$P_{Stevens}=k_S\max(I_{eff}-I_0,0)^{n_S}$

Variables

$n_S$

Exponente Stevens

$1$

$k_S$

Ganancia Stevens

$1$

$I_{eff}$

Intensidad efectiva adaptada

$1$

$I_0$

Intensidad umbral

$1$

$P_{Stevens}$

Percepción por potencia

$1$

ID:('gm', 443)

Storyboard

$I_{photo}=I_{dark}\left[1-\frac{(S_{photo}flash)^{n_{photo}}}{S_{photo}^{n_{photo}}+KD_{photo}^{n_{photo}}}\right]e^{-t_{flash}/\tau_{rec}}$

Variables

$KD_{photo}$

Constante de semisaturación foto

$1$

$n_{photo}$

Exponente foto

$1$

$flash$

Intensidad de flash

$1$

$S_{photo}$

Sensibilidad del flash

$1$

$I_{photo}$

Corriente fotorreceptora

$A$

$I_{dark}$

Corriente oscura

$A$

$t_{flash}$

Edad del flash

$s$

$ au_{rec}$

Tiempo de recuperación

$s$

ID:('gm', 444)

Storyboard

$f_{CF}=f_{max}e^{-x_{BM}/L_{BM}}$

Variables

$f_{CF}$

Frecuencia característica

$Hz$

$f_{max}$

Frecuencia máxima basal

$Hz$

$L_{BM}$

Longitud característica coclear

$m$

$x_{BM}$

Posición membrana basilar

$m$

ID:('gm', 445)

Storyboard

$BM_{disp}=BM_0e^{-\alpha_{BM}x_{BM}}e^{-[\ln(stimFreq/f_{CF})]^2/(2\cdot0.35^2)}(1+20I_{stim})$

Variables

$I_{stim}$

Intensidad del estímulo

$1$

$alpha_{BM}$

Atenuación espacial coclear

$1/m$

$f_{CF}$

Frecuencia característica

$Hz$

$stimFreq$

Frecuencia sonora

$Hz$

$BM_0$

Desplazamiento basal

$m$

$BM_{disp}$

Desplazamiento membrana basilar

$m$

$x_{BM}$

Posición membrana basilar

$m$

ID:('gm', 446)

Storyboard

$\Delta x_{min}=\frac{1}{2\rho_{receptor}}$

Variables

$\r ho_{receptor}$

Densidad de receptores

$1/m$

$Delta x_{min}$

Resolución espacial Nyquist

$m$

ID:('gm', 447)

Storyboard

$S_{2pt}=\frac{1}{\rho_{receptor}}$

Variables

$\r ho_{receptor}$

Densidad de receptores

$1/m$

$S_{2pt}$

Separación mínima dos puntos

$m$

ID:('gm', 448)

Storyboard

$G_{adapt}=\frac{G_{max}}{1+I_{stim}/I_{adapt}}$

Variables

$G_{adapt}$

Ganancia adaptativa

$1$

$G_{max}$

Ganancia máxima

$1$

$I_{stim}$

Intensidad del estímulo

$1$

$I_{adapt}$

Intensidad media adaptada

$1$

ID:('gm', 449)

Storyboard

$\frac{dI_{adapt}}{dt}=\frac{I_{stim}-I_{adapt}}{\tau_{adapt}}$

Variables

$I_{stim}$

Intensidad del estímulo

$1$

$I_{adapt}$

Intensidad media adaptada

$1$

$ au_{adapt}$

Tiempo de adaptación

$s$

ID:('gm', 450)