11
2009 6 th IJSO BIOLOGY Responding Part 1 1 Notes to Teachers: The five senses the meaning of the terms stimuli and respond (0.25 hr) The eye mechanism of vision: function of rods and cones, color vision (0.5 hr) The ear the structure of the ear, the mechanism of hearing: the role of the organ of Corti, investigation on senses (0.75 hr) The sensory functions of skin (0.5 hr) The structure and functions of different types of neurone (0.5 hr) Nerve impulse generation and transmission of nerve impulse, the role of sodium and potassium ions, production of resting and action potentials, allor nothing nature of the action potential, concept of threshold (1.5 hrs) Central nervous system the organization of the nervous system into the central and the peripheral nervous system, structure and functions of human brain, spinal cord, and medulla (2 hrs) Autonomic nervous systems the control of involuntary activities by the sympathetic and parasympathetic nervous systems with reference to their antagonistic actions (1 hr) Reflex action and voluntary actions (0.25 hr) How muscles move (0.25 hr) Learning Objectives: 2 Learning Outcomes describe the various senses in our body define the terms stimulus and respond explain the roles of various parts of eyes in detecting light state and compare the functions of rods and cones explain the roles of various parts of ear in hearing perform investigation on senses e.g. sensitivity of skin of different body parts, hearing range of different ages explain the sensory functions of skin state the structure and functions of the neurons state the nature of nerve impulse describe the mechanism of generation and conduction of nerve impulse. describe the mechanism of synaptic transmission aware the complex organization of the nervous system After studying this topic students should be able to: 3 Learning Outcomes (cont’d) identify the various parts of the human brain and spinal cord state the functions of various parts of the central nervous system state the role of the autonomous nervous system explain the functioning of a spinal reflex and the types of neurons involved state the significance of reflexes cite examples of reflex action, conditional reflex and voluntary action and outline their importance in everyday life describe the role of joints and muscles in locomotion use the slidingfilament hypothesis to explain muscle contraction investigate how fast our muscles react After studying this topic students should be able to: 4 Responding Contents Understanding of how our bodies’ senses help us respond to our environment Describe the various senses in our body Define the terms stimulus and respond and how they relate Describe how nerves carry messages Explain how muscles move arms and legs Investigate the senses Investigate how fast our muscles react 5 Case study: A boy is reading ….. @#$^*?? 6

Learning Objectives: IJSO BIOLOGY · Brain damage What body functions would be affected if brain damage occurred in: (i) the occipital lobe (ii) the cerebellum (iii) the medulla oblongata?

  • Upload
    others

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Learning Objectives: IJSO BIOLOGY · Brain damage What body functions would be affected if brain damage occurred in: (i) the occipital lobe (ii) the cerebellum (iii) the medulla oblongata?

2009 6 th IJSO BIOLOGY 

Responding Part 1 

Notes to Teachers: 

The five  senses ­ the meaning of the terms stimuli and respond (0.25 hr) The eye ­ mechanism of vision:  function of rods and cones, color vision (0.5 hr) The ear ­ the structure of the ear, the mechanism of hearing: the role of the organ of Corti, investigation on senses (0.75 hr) The sensory functions of skin (0.5 hr) The structure and functions of different types of neurone (0.5 hr) Nerve impulse ­ generation and transmission of nerve impulse, the role of sodium and potassium ions, production of resting and action potentials, all­or­ nothing nature of the action potential, concept of threshold  (1.5 hrs) Central nervous system ­ the organization of the nervous system  into the central and the peripheral nervous system, structure and functions of human brain, spinal cord, and medulla (2 hrs) Autonomic nervous systems ­ the control of involuntary activities by the sympathetic and parasympathetic nervous systems with reference to their antagonistic actions (1 hr) Reflex action and voluntary actions (0.25 hr) How muscles move (0.25 hr) 

Learning Objectives: 

Learning Outcomes 

describe the various senses in our body define the terms stimulus and respond explain the roles of various parts of eyes in detecting light state and compare the functions of rods and cones explain the roles of various parts of ear in hearing perform investigation on senses e.g. sensitivity of skin of different body parts, hearing range of different ages explain the sensory functions of skin state the structure and functions of the neurons state the nature of nerve impulse describe the mechanism of generation and conduction of nerve impulse. describe the mechanism of synaptic transmission aware the complex organization of the nervous system 

After studying this topic students should be able to: 

Learning Outcomes (cont’d) 

identify the various parts of the human brain and spinal cord state the functions of various parts of the central nervous system state the role of the autonomous nervous system explain the functioning of a spinal reflex and the types of neurons involved state the significance of reflexes cite examples of reflex action, conditional reflex and voluntary action and outline their importance in everyday life describe the role of joints and muscles in locomotion use the sliding­filament hypothesis to explain muscle contraction investigate how fast our muscles react 

After studying this topic students should be able to: 

Responding Contents ­Understanding of how our bodies’ senses help us respond to our environment ­Describe the various senses in our body ­Define the terms stimulus and respond and how they relate ­Describe how nerves carry messages ­Explain how muscles move arms and legs ­Investigate the senses ­Investigate how fast our muscles react 

Case study:  A boy is reading ….. 

@#$^*?? 

6

Page 2: Learning Objectives: IJSO BIOLOGY · Brain damage What body functions would be affected if brain damage occurred in: (i) the occipital lobe (ii) the cerebellum (iii) the medulla oblongata?

Some terms 1.  Stimuli 2.  Responses 3.  Receptors 4.  Sense organs 5.  Effectors 6.  Coordination 

A.  The process of coordination 

Stimuli à receptors        nervous system           effectors ­> response 

endocrine system 

Sense, stimulus, receptor and sense organ 

Sense  Stimulus  Energy  Receptor  Sense organ 

1.sight  Light  Electromagnetic  Photoreceptor  Eye 

2.Hearing  Sound  Mechanical deformation 

Mechanoreceptor  Ear 

3.Taste  Chemical in food 

Chemical  Chemoreceptor  Taste bud 

4.Touch  Touch, pain.. 

Mechanical deformation 

Mechanoreceptor, chemoreceptor 

Skin 

5.Smell  Chemical in air 

chemical  chemoreceptor  nose 9 

Skin – touch receptor, thermoreceptor (heat, cold receptor), pain receptor,  pressure receptor 

Epidermis B. Dermis C. Subcutis/Hypodermis D. Blood and Lymph Vessels E. Stratum Germinativum 

1.Hair Shaft 2.Stratum Corneum 3.Pigment Layer 4.Stratum Spinosum 5.Stratum Basale 6.Arrector Pili Muscle 7.Sebaceous Gland 8.Hair Follicle 9.Papilla of Hair 10.Nerve Fiber 11.Sweat Gland 12.Pacinian Corpuscle 13.Artery 14.Vein 15.Sensory Nerve ending (for touch) 16.Dermal Papillary 17.Sweat Pore 18.Acidic Fluids/>  Wikipedia  file  10 

Eye 

pupil 

iris 

Wikipedia file  11 

Eye 

Wikipedia file 12

Page 3: Learning Objectives: IJSO BIOLOGY · Brain damage What body functions would be affected if brain damage occurred in: (i) the occipital lobe (ii) the cerebellum (iii) the medulla oblongata?

Wikipedia file 

Rods and cones in retina 

13 

photochemical reaction 

Under light, retinene undergoes isomeric change, rhodopsin breaks down to scotopsin and retinene (both colourless) 

à Bleaching of visual pigments à nerve impulse 

Light 

Rhodopsin                                   Scotopsin + retinene (colourless) 

(purple)             Dark 

Nerve impulse 

14 

Differences between rods and cones Rods  Cones Periphery of retina  Concentrated at centre 

Large number in yellow spot 

High visual sensitivity 

Low 

Low visual acuity  High ­detect dim light ­night vision ­cannot detect colour 

­only detect strong light ­day vision ­detect colour 

15 

Each cone synapses with only one bipolar neurone à low visual sensitivity  / tightly packedà high visual acuity 

Many rod synapses with one bipolar neurone à high visual sensitivity / less tightly packedà low visual acuity 

Wikipedia file 

16 

trichromatic theory of colour vision Sensation of any given colour is determined by the relative frequency of impulses reaching the brain from each type of cone stimulate both green and red cones à yellow 

­Colour blindness ­Red­green colour blindness 

17 

Ishihara test charts 

Wikipedia file

18

Page 4: Learning Objectives: IJSO BIOLOGY · Brain damage What body functions would be affected if brain damage occurred in: (i) the occipital lobe (ii) the cerebellum (iii) the medulla oblongata?

Accommodation – near / distant  objects 

Wikipedia file 

19 

Pupil reflex 

Wikipedia file 

20 

Short sight and its correction 

Wikipedia file 

21 

Long sight and its correction 

Wikipedia file 22 

Ear 

Wikipedia file 

23 

Organ of corti – sensory hair cell 

Wikipedia file 

24

Page 5: Learning Objectives: IJSO BIOLOGY · Brain damage What body functions would be affected if brain damage occurred in: (i) the occipital lobe (ii) the cerebellum (iii) the medulla oblongata?

Wikipedia file 

25 

Mechanism of hearing 

Wikipedia file 26 

Mechanism of hearing ­  pinna  collects sound waves ­  eardrum  is set into vibrations ­  ear ossicles amplify  the vibration ­  vibrations of oval window set the fluid  in inner ear into motion ­ pressure waves in fluid set the basilar membrane into vibrations. ­ hairs of sensory hair cells in the Organ of Corti to brush against  the tectorial membrane ­ hairs bend and this shearing  force causes the excitation of sensory hair cells ­ excites the auditory nerve (the auditory part of VIII th cranial nerve) and initiates action potential. ­  The auditory nerve conducts  the action potential  to auditory cortex of cerebrum where the pitch, quality and loudness  of the sound are detected.  27 

taste buds ­ chemoreceptors 

Wikipedia file 

28 

Chemoreceptors in nose 

Wikipedia file 

29 

Distribution of taste buds sensitive to different tastes 

1 . Bitter 2. Sour 3. Salty 4. Sweet 

Wikipedia file 

30

Page 6: Learning Objectives: IJSO BIOLOGY · Brain damage What body functions would be affected if brain damage occurred in: (i) the occipital lobe (ii) the cerebellum (iii) the medulla oblongata?

6 th IJSO BIOLOGY PART 1.2 Nerves Function of nervous system 

31 

Chasing by a dog 

Stimulus                           Light 

Receptor                          Photoreceptors 

Coordinating system          ?? 

Effector                            ?? 

Response            Skeletal muscles contract àRunning 

Wikipedia file 

32 

Human nervous system 

Wikipedia file 

33 

Mammalian nervous system 

Wikipedia file 

34 

Mammalian nervous system 

Central nervous system Peripheral nervous system Autonomic nervous system 

35 

Neuron(e)神經元 

Wikipedia file 36

Page 7: Learning Objectives: IJSO BIOLOGY · Brain damage What body functions would be affected if brain damage occurred in: (i) the occipital lobe (ii) the cerebellum (iii) the medulla oblongata?

Neuron(e)神經元 

Wikipedia file 37 

Structure of a neurone 

1.Cell body – controls cellular activities found in grey matter (灰質) 2.Nerve fibre – in white matter(白質) ­dendrons 樹突 ­axon軸突 ­myelin sheath surrounded by Schwann cell plasma membrane, for insulation and increase the rate of conduction of nerve impulse 

38 

Myelinated VS unmyelinated nerve fibre 

Wikipedia file 

39 

3 types of neurones Motor neurone 

40 

Sensory neurone – olfactory sensory neurone 

Wikipedia file 

41 

Nerves – sensory/motor/mixed 

Wikipedia file 

42

Page 8: Learning Objectives: IJSO BIOLOGY · Brain damage What body functions would be affected if brain damage occurred in: (i) the occipital lobe (ii) the cerebellum (iii) the medulla oblongata?

Nerve 

Wikipedia file 

43 

Spinal cord 

Wikipedia file 

44 

Wikipedia file 

45 

Wikipedia file 

46 

Wikipedia file 

47 

Functions of spinal cord 

1. relays  these sensory impulses  to the brain 2. relay  the motor impulses  from the brain  to the limb muscles  (e.g. leg muscles) via the spinal  nerves  to effect coordinated movement and to keep body in equilibrium posture. 3. a passage for nerve fibres to allow the 2­way conduction of nerve  impulses  to and 

from the brain and the limb muscles  (e.g. leg muscles). 4. The spinal  cord is the site for control of somatic  reflexes (e.g. withdrawal reflex) which are  involuntary actions. 

48

Page 9: Learning Objectives: IJSO BIOLOGY · Brain damage What body functions would be affected if brain damage occurred in: (i) the occipital lobe (ii) the cerebellum (iii) the medulla oblongata?

Brain 

Wikipedia file 

49 

Wikipedia file 

50 

White matter and grey matter 

Wikipedia file 

51 

Function of brain ­ forebrain, midbrain / brain stem (腦幹) and hindbrain 

forebrain ­  cerebrum, thalamus (丘腦) and hypothalamus (下丘腦) 

52 

Cerebrum (大腦) cerebral cortex – frontal, parietal, temporal and occipital lobe Grey matter on outer surface, white matter inner surface Cerebral cortex is highly folded to increase the surface area for holding more neurones for more complicated coordination. 

53 

Functional area of cerebrum Functional area 

Functions 

Sensory centre 

receives sensory impulse from various receptors of sense organs and produce sensation e.g. skin sensation (pain / pressure…), vision, audition, vestibular sensation (movement of head), taste and olfaction. 

Association centre 

site for other integrative  functions e.g. emotion, language, learning, memory, planning, judgment, motivation,  intelligence, etc. 

processes impulses from the sensory cortex, medulla or cerebellum and relay them to the motor centre in the cerebral cortex. 

Motor centre  It sends motor  impulse to the skeletal muscles of hands or legs to initiate voluntary movement and other skeletal muscles to maintain balance. 

54

Page 10: Learning Objectives: IJSO BIOLOGY · Brain damage What body functions would be affected if brain damage occurred in: (i) the occipital lobe (ii) the cerebellum (iii) the medulla oblongata?

Hypothalamus ­ osmoregulation, temperature regulation, lactation and controlling the activities of other endocrine glands. 

Midbrain – controls cranial reflexes (腦反射) e.g. pupil reflex 

55 

Hindbrain – cerebellum (小腦) (1) It receives  impulses ­ from semi­circular canals, utriculus and   sacculus about the position  of head. 

­ from the proprioceptors  (stretch receptors) in muscles, tendons and joints about the muscular movement 

­  from motor centre of cerebral cortex. (2) After processing  the information received,  the 

cerebellum ­ coordinate  the muscular activities  to perform precise body movements. ­ coordinates reflexes in the body to maintain equilibrium. 

56 

Hindbrain – medulla oblongata (延腦) (1) cardiovascular centre ­ controls cardiovascular function e.g. heart beat rate respiratory centre ­ controls      respiratory function e.g. ventilation rate vasomotor  centre ­ controls vasomotor  function e.g. blood pressure 

(2) It is also the control centre for many  involuntary actions e.g. swallowing,  sneezing, coughing, blinking of eyes. 

(3) It helps to maintain  the equilibrium state of the body. 

57 

Brain damage What body functions would be affected if 

brain damage occurred in: (i) the occipital lobe (ii) the cerebellum (iii) the medulla oblongata? 

58 

Reflex action Quick, inborn, automatic, stereotypic Spinal cord / medulla / midbrain Significance: 1. Homeostatis 2. prevent body from damage 3. Conduct body function 4. Conditioned reflex 

59 

Reflex VS voluntary action 

Reflex actions                                Voluntary actions 

1. Inborn  / need not learn          Not inborn  / can be learned 2.Usually faster                         Usually slower 3.Stereotyped response              Different responses 4.Control centre is in medulla      Control centre is in cerebrum or spinal cord 5.A receptor is involved                A receptor may not 

be involved  / may be initiated spontaneously. 

60

Page 11: Learning Objectives: IJSO BIOLOGY · Brain damage What body functions would be affected if brain damage occurred in: (i) the occipital lobe (ii) the cerebellum (iii) the medulla oblongata?

Pain receptor in skin à sensory neurone à interneurone à motor neurone à biceps contracts, withdraw the hand 

Withdraw reflex 

61 

(ii) this reflex is automatic  / not involve  the cerebrum until  after the event. 

Interneurone  to brain can transmit  sensory impulse  to the sensory area of cerebrum where the sensation of pain  is produced. 

Withdrawal of the stimulated hand occurs before sensation of pain  is experienced. WHY? 

62 

(ii) this reflex is automatic  / not involve  the cerebrum until  after the event. 

Interneurone  to brain can transmit  sensory impulse  to the sensory area of cerebrum where the sensation of pain  is produced. 

Withdrawal of the stimulated hand occurs before sensation of pain  is experienced. WHY? 

It takes a shorter time for the impulses transferred to the effector (biceps) than to the cerebrum. It is the cerebrum that gives the sensation of pain. 

63 

stretch receptor in patellar tendonà sensory neuroneà motor neuroneà extensor muscle contracts, leg jerk forward 

Knee jerk reflex 

Wikipedia file 

64 

Conditioned reflex (條件反射) ­ Pavlov Smell of food ­> 

(natural stimulus) 

salivation (natural reflex) 

Bell sound ­> 

(conditioned stimulus) 

Salivation (conditioned reflex) 

Wikipedia file 65 

Conditioned reflex VS voluntary actions Conditioned reflex actions  Voluntary actions 

1. A stimulus is necessary      A stimulus may not be for producing response        necessary 

2.Usually faster                     Usually slower 3.Stereotyped                       different responses 

66