Некоторые предметы, особенно металлические, при прикосновении кажутся холодными, а другие, такие как дерево и т. д., кажутся теплыми при прикосновении. Оба подвергаются воздействию одной и той же среды и находятся в стабильном состоянии, поэтому должно быть достигнуто какое-то равновесие. Что это за равновесие?
А как мы воспринимаем горячность или холод предмета? Есть ли у кожи какие-то датчики тепла и т. д., которые передают сигналы в мозг? Например, как глаз передает / передает изображение, сформированное на сетчатке , в мозг?
Подумайте о слое кожи на кончике пальца, который находится в контакте с объектом, имеющим более низкую температуру, чем тело. Если предмет обладает высокой теплоемкостью и высокой теплопроводностью (например, металл), то кожа пальца придет к равновесной температуре, которая ниже, чем если бы она соприкасалась с предметом, имеющим меньшую теплоемкость и меньшая проводимость (как у дерева). Таким образом, нервы на кончике пальца определяют температуру, но измеряется температура слоя кожи, а не температура объекта.
Другими словами, тело пытается согреть кожу за счет кровотока и теплопроводности, но металл способен лучше понизить температуру кожи, чем дерево.
По всей внешней оболочке тела (эктодерме), охватывающей кожу и подкожно-жировую клетчатку, терморецепторы заложены на свободных нервных волокнах (таким образом, эти типы рецепторов не являются особыми типами клеток, в отличие, например, от фоторецепторов). Различают два типа волокон: афферентные группы III (чувствительные к холоду) и афферентные группы IV (чувствительные к теплу). В мембранах этих волокон нервных клеток закреплены специфические белки. Эти белки называются каналами TRP (транзиентный рецепторный потенциал), которые могут проводить ионы по требованию.
При обнаружении разницы температур на периферии кожи они изменяют свою конформацию и раскрываются, что приводит к притоку ионов Na+, Cal2+ и Mg2+, приводя к возникновению потенциалов действия, передающихся в центральную нервную систему. Эти типы терморецепторов работают как пропорциональные дифференциальные датчики: на быстрые изменения температуры кожи (прикосновение к теплой чашке кофе) отвечает очень высокая частота потенциала действия; после этого они приспосабливаются к температуре и сгорают реже, но все же чаще, чем по умолчанию. Этот вид стрельбы приводит к впечатлению, что вы держите в руке что-то более теплое, чем собственная кожа, прежде чем прикоснуться к нему.
Теперь, что очень интересно, рецепторы TRP могут быть активированы через капсаицин (молекула острого чили), аллицин (молекула аромата чеснока), аллилизотиоцианат (соединение васаби), ментол или даже ТГК. Вот почему перец чили может вызывать настоящее ощущение жара, а ментол вызывает ощущение холода, когда вы, например, пробуете жевательную резинку с ментолом.
С этими биологическими устройствами один человек может воспринимать разницу температур в лучшем случае 0,2 К.
Сложный механизм обнаружения тепла в коже человека в основном осуществляется соматосенсорной системой, которая отвечает за восприятие температуры, прикосновения и давления.
Соматосенсорная система содержит терморецепторы, которые в основном отвечают за термоощущение. вики
Эти терморецепторы способны регистрировать абсолютные, до известной степени, и относительные, главным образом, температуры.
Их функционирование связано со сложными путями ионной проводимости и .
Я не знаю настоящего биологического процесса, но знаю, что наше тело определяет теплопередачу, а не температуру. Вот почему объект с более высоким коэффициентом теплопередачи (например, металлические предметы) кажется холоднее, чем, например, дерево при той же температуре.
К первой части вашего вопроса: что это за равновесие?
При комнатной температуре металлический или деревянный предмет находится в равновесии с окружающей средой. Когда вы прикасаетесь к объекту, это равновесие нарушается. Поскольку температура кожи на ваших пальцах будет немного выше комнатной температуры, когда вы прикасаетесь к объекту, тепло будет перетекать от вашего пальца к объекту. Количество тепла зависит от площади контакта, силы, с которой вы прикасаетесь к объекту и т. д. Ваш палец станет холоднее, так как тепло втекает в объект.
Равновесие достигается снова, когда этот тепловой поток не меняется во времени. Это может означать, что объект имеет ту же температуру, что и ваша кожа, или что тепло передается в окружающую среду с постоянной скоростью через объект.
Ощущение холода или тепла зависит от количества тепла, которое уходит из вашего пальца в объект и ощущается фактическим изменением температуры вашего пальца. Биологический механизм был прекрасно описан Винит Менон.
ощущение тепла активирует электрический импульс, который проходит через нейроны и синапсы в виде электрических и химических реакций и достигает нашего мозга, который несколько раз интерпретирует сообщение как тепло, если жар невыносим, сообщение интерпретируется спинным мозгом
Фолькер Сигель