Aistirakenteiden perusominaisuudet

Yksi tapa luokitella aistirakenteita on niiden ärsykkeiden mukaan, joihin ne normaalisti reagoivat; näin ollen on olemassa valoreseptoreita (valolle), mekanoreseptoreita (vääntymiselle tai taivutukselle), lämpöaistireseptoreita (lämmölle), kemoreseptoreita (esimerkiksi kemiallisille tuoksuille) ja nociceptoreita (kipuärsykkeille). Tämä luokittelu on hyödyllinen, koska se tekee selväksi, että eri aistinelimillä voi olla yhteisiä piirteitä tavassa, jolla ne muuntavat (transduktoivat) ärsykkeen energian hermoimpulsseiksi. Niinpä korvan kuulosolut ja tasapainoreseptorit sekä jotkin ihon reseptorit reagoivat samalla tavalla mekaaniseen siirtymään (vääristymään). Koska monet samat periaatteet pätevät myös muihin eläimiin, niiden reseptoreita voidaan tutkia ihmisen aistien malleina. Lisäksi monilla eläimillä on erikoistuneita reseptoreita, joiden avulla ne voivat havaita ärsykkeitä, joita ihminen ei voi aistia. Esimerkiksi kuoppakyykäärmeellä on reseptori, joka on erittäin herkkä ”näkymättömälle” infrapunavalolle. Joillakin hyönteisillä on reseptorit ultraviolettivalolle ja feromoneille (omille lajeilleen ominaiset kemialliset sukupuolen houkuttimet ja aphrodisiaakit), jolloin ne myös ylittävät ihmisen aistimuskyvyn.

Kaikkien aistielinten perusominaisuudet ovat niiden anatomisesta erityismuodosta riippumatta yhteiset:

(1) Kaikissa aistielimissä on reseptorisoluja, jotka ovat erityisen herkkiä tietylle ärsyke-energialuokalle, yleensä rajoitetulla voimakkuusalueella. Tällainen selektiivisyys merkitsee sitä, että kullakin reseptorilla on oma ”riittävä” tai oikea tai normaali ärsyke, kuten esimerkiksi valo on riittävä ärsyke näkökyvylle. Kuitenkin myös muut energiat (”riittämättömät” ärsykkeet) voivat aktivoida reseptorin, jos ne ovat riittävän voimakkaita. Niinpä ihminen voi ”nähdä” paineen, kun esimerkiksi peukalo asetetaan suljetun silmän päälle ja näkee näkökentässä kirkkaan pisteen (fosfeenin) kosketettua kohtaa vastapäätä olevassa kohdassa.

(2) Kunkin modaliteetin herkkyysmekanismi on usein paikallistettu elimistössä vastaanottavaan kalvoon tai pintaan (kuten silmän verkkokalvoon), jossa muuntaneuronit (aistinsolut) sijaitsevat. Usein aistielin sisältää lisärakenteita, jotka ohjaavat stimuloivan energian reseptorisoluihin; näin silmän normaalisti läpinäkyvä sarveiskalvo ja linssi kohdistavat valon verkkokalvon aistineuroneihin. Verkkokalvon hermosolut itse ovat enemmän tai vähemmän suojassa silmää ympäröivien rakenteiden toimesta ei-näkyviltä energialähteiltä.

(3) Minkä tahansa reseptorirakenteen primaariset muuntimet eli aistinsolut ovat tavallisesti yhteydessä (synapsi) sekundaarisiin, sisään tuleviin (afferentteihin) hermosoluihin, jotka välittävät hermoimpulssin. Joissakin reseptoreissa, kuten ihossa, yksittäisillä primaarisoluilla on säikeenmuotoisia rakenteita (aksoneita), jotka voivat olla metrien pituisia ja jotka kiemurtelevat aivan ihon pinnan alapuolelta ihonalaiskudosten läpi selkäytimeen asti. Siellä jokainen iholta lähtevä aksoni päättyy ja synapsoituu ketjun seuraavan (toisen asteen) hermosolun kanssa. Sitä vastoin silmän jokaisella primaarisella reseptorisolulla on hyvin lyhyt aksoni, joka sijaitsee kokonaan verkkokalvolla, ja se synapsoi useiden eri tyyppisten toisen asteen hermosolujen verkostoon, joita kutsutaan sisäisiksi soluiksi ja jotka puolestaan synapsoivat kolmannen asteen hermosolujen, joita kutsutaan bipolaarisiksi soluiksi, kanssa – kaikki edelleen verkkokalvolla. Bipolaarisolujen aksonit ulottuvat afferentisti verkkokalvon ulkopuolelle, lähtevät silmämunasta ja muodostavat näköhermon, joka kulkeutuu aivoihin synaptisia yhteyksiä varten. Jos tätä näköjärjestelmää tarkastellaan kokonaisuutena, verkkokalvon voidaan sanoa olevan aivojen laajennettu osa, johon valo voi osua suoraan.

Tällaisista afferenteista hermoista vielä korkeamman asteen hermosolut muodostavat yhä monimutkaisempia yhteyksiä anatomisesti erillisiin ratoihin aivorungossa ja aivojen syvemmällä sijaitsevissa osissa (esim, talamus), jotka lopulta päätyvät tietyille vastaanottaville alueille aivokuorella (aivojen kierteinen ulkokuori). Erilaiset aistien vastaanottoalueet ovat lokalisoituneet tietyille aivokuoren alueille – esim, takaraivolohkot aivojen takaosassa näköä varten, ohimolohkot sivuilla kuuloa varten ja päälakilohkot aivojen yläosassa tuntoaistitoimintoja varten.