PowerPoint-Pr

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Sinnesphysiologie In allen sensorischen Prozessen
kommen folgende Abläufe vor Ein physikalischer
Reiz (Stimulus) Eine Übersetzung des
physikalischen Reizes in eine neuronale Erregung
(Reiztransduktion) Eine Reaktion auf das Signal
(Wahrnehmung, bzw. Empfindung) Die Prozesse 1
und 2 sind Komponenten einer objektiven
Sinnesphysiologie, die Komponenten 1 und 3
Bestandteile einer subjektiven Sinnesphysiologie
(Psychophysik) Eingangs/Ausgangsbeziehung
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Reiz
Wahrnehmung
Licht
Ton
Berührung
Geruch
Das Prinzip der spezifischen Nervenenergie (Joha
nnes Müller, 1847, Berlin)
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• Objektive Beschreibung der Aufnahme und
  Verarbeitung von Reizen
• Spezifische Rezeptorzellen (Sinneszellen)
  reagieren auf spezifische physikalische Reize
• (Reizmodalität) z.B. reagieren
  Photorezeptoren nur auf Photonen, Chemorezeptoren
  nur
• auf chemische Moleküle, Mechanorezeptoren
  nur auf mechanische Reize, und wandeln
• diese in elektrochemische Energie um.
• Aristoteles Nichts ist im Bewußtsein,
  was nicht die Sinne durchlebt hat.
• Die Rezeptorzelle wandelt den physikalischen Reiz
  (physikalische Energie) in eine
• neuronale Erregung um (TRANSDUKTION).
  Sinneszellen sind also Energiewandler.
• Erzeugung eines graduierten
  Rezeptorpotentials (Amplitudenmodulation)
• Rezeptorpotential (Generatorpotential)
  lokale Veränderung des Membranpotentials
• einer Rezeptorzelle durch Öffnung von
  Ionenkanälen an den reizaufnehmenden
• Strukturen (Dendriten), und passive
  Ausbreitung über die Sinneszelle.
• Reizintensität und zeitlicher Verlauf
  des Reizes sind in der Amplitude und der
• Dauer des Rezeptorpotentials kodiert.
• Dieses Rezeptorpotential löst, wenn es
  überschwellig ist, bei primären Sinneszellen
• eine Folge von Aktionspotentialen aus
  (TRANSFORMATION), wobei die Amplitude

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Name des Rezeptor Reizenergie
Wahrnehmung Photorezeptor
Licht (Welle, Quanten)
Sehen Chemorezeptor
Moleküle
Schmecken, Riechen Mechanorezeptor
Druck, Zug,
Gefühl (Tasten)
Scherkräfte
Gleichgewichtswahrnehmung

Hören
Thermorezeptor Infrarot
(Welle) Wärme,
Kälte Hygrorezeptor
Wasserdampf
Feuchte Elektrorezeptor
elektrisch
Elektrischer Sinn (Fische) Magnetorezeptor
elektromagnetisch
Magnetischer Sinn

(bei Vögeln im Auge Cytochrome) Nocizepto
r mechanisch, chemisch in der
Haut Schmerz Schmerzrezeptor
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• Objektive Beschreibung der Aufnahme und
  Verarbeitung von Reizen
• Spezifische Rezeptorzellen (Sinneszellen)
  reagieren auf spezifische physikalische Reize
• (Reizmodalität) z.B. reagieren
  Photorezeptoren nur auf Photonen, Chemorezeptoren
  nur
• auf chemische Moleküle, Mechanorezeptoren
  nur auf mechanische Reize, und wandeln
• diese in elektrochemische Energie um.
• Aristoteles Nichts ist im Bewußtsein,
  was nicht die Sinne durchlebt hat.
• Die Rezeptorzelle wandelt den physikalischen Reiz
  (physikalische Energie) in eine
• neuronale Erregung um (TRANSDUKTION).
  Sinneszellen sind also Energiewandler.
• Erzeugung eines graduierten
  Rezeptorpotentials (Amplitudenmodulation)
• Rezeptorpotential (Generatorpotential)
  lokale Veränderung des Membranpotentials
• einer Rezeptorzelle durch Öffnung oder
  Schließung von Ionenkanälen an den
• reizaufnehmenden Strukturen
  (Dendriten), und passive Ausbreitung über die
  Sinneszelle.
• Reizintensität und zeitlicher Verlauf
  des Reizes sind in der Amplitude und der
• Dauer des Rezeptorpotentials kodiert.
• Dieses Rezeptorpotential löst, wenn es
  überschwellig ist, bei primären Sinneszellen
• eine Folge von Aktionspotentialen aus
  (TRANSFORMATION), wobei die Amplitude

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Kodierung der Reizintensität (Erregungstransformat
ion)
schwache Erregung
schwacher Reiz
stärkere Erregung
stärkerer Reiz
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gleichbleibender Reiz
Das Phänomen der Adaptation von Sinneszellen
Obwohl die Reizintensität gleich bleibt, nimmt
die Antwortstärke der Sinneszelle ab.
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konstante Streckung
Tonische Rezeptorzellen zeigen keine oder nur
sehr geringe Adaptation (Stellungs- oder
Positionsrezeptoren sind oft tonisch) Phasische
Rezeptorzellen zeigen sehr schnelle Adaptation
(Rezeptoren, welche die Geschwindigkeit
messen) Phasisch-tonische Rezeptorzellen zeigen
eine über die Zeit abnehmende Adaptation
(besitzen eine schnelle phasische und eine
langsame tonische Komponente) Die Mehrzahl aller
Sinneszellen besitzt phasisch-tonische
Eigenschaften !
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Tonischer Rezeptor (adaptiert kaum)
Phasischer Rezeptor (adaptiert rasch)
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• Objektive Beschreibung der Aufnahme und
  Verarbeitung von Reizen
• Spezifische Rezeptorzellen (Sinneszellen)
  reagieren auf spezifische physikalische Reize
• (Reizmodalität) z.B. reagieren
  Photorezeptoren nur auf Photonen, Chemorezeptoren
  nur
• auf chemische Moleküle, Mechanorezeptoren
  nur auf mechanische Reize, und wandeln
• diese in elektrochemische Energie um.
• Aristoteles Nichts ist im Bewußtsein,
  was nicht die Sinne durchlebt hat.
• Die Rezeptorzelle wandelt den physikalischen Reiz
  (physikalische Energie) in eine
• neuronale Erregung um (TRANSDUKTION).
  Sinneszellen sind also Energiewandler.
• Erzeugung eines graduierten
  Rezeptorpotentials (Amplitudenmodulation)
• Rezeptorpotential (Generatorpotential)
  lokale Veränderung des Membranpotentials
• einer Rezeptorzelle durch Öffnung von
  Ionenkanälen an den reizaufnehmenden
• Strukturen (Dendriten), und passive
  Ausbreitung über die Sinneszelle.
• Reizintensität und zeitlicher Verlauf
  des Reizes sind in der Amplitude und der
• Dauer des Rezeptorpotentials kodiert.
• Dieses Rezeptorpotential löst, wenn es
  überschwellig ist, bei primären Sinneszellen
• eine Folge von Aktionspotentialen aus
  (TRANSFORMATION), wobei die Amplitude

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Sinneszellen arbeiten als Verstärker
Reizenergie des elektrischen Signals ist um ein
Vielfaches höher als die Reizenergie des
physikalischen Signals. z.B. 1 Photon rotes
Licht ca 10-19 J (Strahlungsenergie) Reze
ptorstrom ca 10-13 J
(bump) Da Photorezeptoren auf die Absorption
einzelner Quanten mit Erregung reagieren ist die
Verstärkung ca 106 fach.
Weitere Signalenergien Mechanischer Reiz
Fadenhaar (Deformation im Bereich von
Atomdurchmessern) lt 10-19 J 1 Molekül,
chemischer Reiz (Detektion einzelner Moleküle)
etwa 10-20 J
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Sinne Sehen, Hören, Tasten, Schmecken, Riechen
(5 Sinnes des Menschen) Tiere können Sinne
besitzen, die dem Menschen fehlen, z. B.
Magnetsinn, Elektrischer Sinn, oder die Sinne
haben andere Arbeitsbereiche (Ultraviolett,
Polsehen, Infrarot, Ultraschall, Infraschall)
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Sinnesmodalitäten
Qualitäten Sehen
4 (6) elementare Farbqualitäten
blau,
grün, gelb, rot, (schwarz, weiss) Hören
reine Töne und
Geräusche zwischen 16 Hz

und 20 kHz (beim Mensch)
Schmecken
4 (5 oder mehr) elementare
Geschmacksqualitäten
süss, sauer, bitter,
salzig, (umami, vielleicht fett) Riechen
tausende
von Gerüchen Tasten
wie beim Sehen Gestaltwahrnehmung

(Braille Blindenschrift)


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Schwelle Die niedrigste Reizintensität, die von
einer Sinneszelle (hier ein Mechanorezeptor) beant
wortet wird (absolute Schwelle)
Schwelle
hier kommt es zum erstenmal zu einer Aktivierung
der Sinneszelle
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Jede Sinneszelle besitzt eine KENNLINIE
Sie beschreibt jeden quantitativen Zusammenhang
zwischen Eingangs- und Ausgangsgrösse eines
Systems (Reizintensität gegen Amplitude des
Rezeptorpotentials aufgetragen). Für die
meisten Sinneszellen gilt Die Amplitude des
Rezeptorpotentials ist proportional zum
Logarithmus der Reizintensität
Dynamischer Bereich Der Reizintensitätsbereich,
in dem ein Rezeptor ohne den Sättigungsbereich
zu erreichen mit Frequenzmodulation (Änderung
der Impulsfrequenz) antworten kann.
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Arbeitsbereich einer Sinneszelle Intensitätsberei
ch der Reize, die von der Sinneszelle kodiert
werden. die logarithmische Beziehung ist für
die Größe des Arbeitsbereich von Sinneszellen
bedeutend zwischen Mondlicht und Sonnenlicht
besteht ein109 facher Intensitätsunterschied.
das Gehör kann Tonintensitäten unterscheiden, die
um das 1012 fache variieren. Komplexe
Sinnesorgane decken den größten Arbeitsbereich
ab, da die jeweiligen Sinnes- zellen nur auf
bestimmte Bereiche des Reizspektrums
antworten. Logarithmische Reiz-Antwortbeziehung
(Kennlinie) komprimiert die Skala im hohen
Intensitätsbereich und vergrößert dadurch den
Unterscheidungsbereich außerordentlich.
Durch die logarithmische Beziehung wird sicher
gestellt, daß eine Verdopplung der Reiz-
intensität am unteren Ende der Skala zum gleich
großen Anstieg der Amplitude des
Rezeptorpotentials führt wie am oberen Ende der
Skala.
d I/I
K Begrenzung des Arbeitsbereiches Zahl der
Ionenkanäle begrenzen maximal möglichen
Rezeptorstrom Impulsfrequenzen in sensorischen
Axonen werden durch die jedem Impuls folgende
Refraktärperiode begrenzt (auf einige Hundert Hz)

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Transduktionsprozesse
Mechanorezeption Mechanische
Deformation Kanalprotein
Geruchsrezeption Duftmolekül Rezeptormolekül
Gs-Protein Cyclase cAMP Kanalprotein
Photorezeption Lichtquant Rhodopsin Transduc
in (Gi) Phosphodiesterase cAMP Kanalprotein
langsam, Hunderte von Millisekunden
schnell, weniger als 1
Millisekunde grosse Verstärkung
(im
Mikrosekundenbereich)
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• Objektive Sinnesphysiologie
• Reizaufname durch Sinneszelle
• Reiztransduktion (Bildung des Rezeptorpotential)
• Transformation (Rezeptorpotential wird in
  Aktionspotentiale umgewandelt)
• zentral geleitete Erregungen (Salve von
  Aktionspotentiale), sensorische Signale
• Integration dieser Signale in primären
  sensorischen Gehirnzentren
• Von all diesen Aktivitäten wissen wir subjektiv
  nichts.
• subjektiver Sinneseindruck (Empfindung, z.B.
  dass uns Licht der Wellenlänge
• 400 nm blau erscheint)
• Sinneseindrücke sind Elemente von Empfindungen,
  welche gedeutet und
• bewertet werden.
• Erst durch die Bewertung durch Erlerntes oder
  die Erfahrung wird daraus eine
• Wahrnehmung
• (aus weißen sphärischen Gebilden auf blauem
  Hintergrund wird Brandenburger
• Himmel mit Schäfchenwolken)
• Jede Empfindung hat 4 Grunddimensionen

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Subjektive Sinnesphysiologie (Psychophysik) Befass
t sich mit den physikalischen Gesetzen der
Wahrnehmung Nicht der absolute Unterschied der
Intensität ist ausschlaggebend für die
Empfindung eines Intensitätsunterschieds,
sondern der relative auf eine vorhandene
Intensität bezogene Unterschied. Weber-Gesetz
dI/I K dI Änderung
der Reizintensität von einem Referenzstimulus I,
die gerade wahrgenommen wird (minimale
wahrnehmbare Differenz jnd just noticable
difference) für einen gewissen Reiz hängt von
der Reizstärke ab. I Referenzintensität (I0
ist die Reizintensität an der Schwelle und die
übliche
Referenzintensität) K Weber Konstante Beispiel
Bei einem Brief mit 20 g Gewicht in der rechten
Hand, muss ein Brief in der linken Hand mit 2 g
zusätztlich belastet werden, damit ein
Gewichtsunterschied empfunden wird. Also dI/I
2/20 0,1 Bei 200 g Rindfleisch/Tofu in der
rechten Hand müssen jetzt 20 g in die linke Hand
zusätzlich gegeben werden, damit gerade ein
Gewichtsunterschied bemerkt wird. dl/l 20/200
0,1
20
Amplitude des Rezeptorpotenzials (mV)
dI
dI
100
101
102
103
104
105
106
107
108
log Reizintensität
(100-500)
(100.000-500.000)
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Weiterentwicklung der psychophysischen
Regeln Weber-Fechner-Gesetz (psychophysische
Grundregel) E k log
(I/Io) E Empfindungsintensität, ist eine
Funktion des Logarithmus des Ouotienten
zwischen der Reizintensität I und der absoluten
Intensitätsschwelle Io Je größer der
Unterschied zwischen der wahrgenommenen
Reizintensität und der Schwellenintensität ist,
desto größer ist die Empfindungsintensität.
Dieser Zusammenhang wird aus der Weber Regel
abgeleitet.
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Stevensche Potenzfunktion Durch einen
Standardreiz wird eine Standardempfindung
definiert Abschätzung der Versuchsperson, um
wievielmal größer oder schwächer eine zu
messende Empfindung im Vergleich zur
Standardempfindung ist daraus Stevensche
Potenzfunktion E k (S S0)n
(doppelt logarithmische Auftragung)
durch doppelt logarithmische Auftragung
(Empfindungsintensität gegen Reizintensität
ergibt sich eine Gerade mit einer bestimmter
Steigung) Stevensche Potenzfunktion gilt auch
für objektiv messbare Reizantworten k
Konstante, n ein für jeden
Rezeptortyp charakteristischer, positiver Wert
bei n 1 (Gerade mit der Steigung k),
bei den meisten Zellen ist n lt 1
(mit steigender Reizstärke wird der Zuwachs an
Reaktion kleiner) bei n gt 1
Empfindungs(Reaktions)amplitude wächst
überproportional (z.B. bei
Thermorezeptoren!)
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Stevensche Potenzfunktion
Verschieden Steigungskoeffizienten 3,5
Sensorische Reaktion auf Wechselstrom 1,45
Schwere von Gewichten 1,4 Temperatur 0,33
Helligkeit 0,3 Lautheit (bezogen auf
Schallintensität 1,4 Zuckerkonzentration 1,1
Druckreiz auf Haut 0,42 Viskosität (Rühren
einer visk. Flüssigkeit)
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Erkenntnistheoretische Anmerkung (Epistemologie)
Identitismus Es gibt keinen Wesensunterschied
von Körper und Geist, und deshalb kann auch der
Geist mit naturwissenschaftlichen Methoden
untersucht werden. Nach dieser Auffassung sind
objektive und subjektive Sinnesphysiologie
lediglich verschiedene Methoden zur Erforschung
des gleichen Gegenstandes. Somit entfällt das
sogenannte Leib-Seele- (Körper-Geist) Problem,
welches von der grundsätzlichen (Wesens)
Verschiedenheit von Körper und Geist
ausgeht. (psychoneuraler Dualismus Gehirn und
Geist sind zwei unterschiedliche Substanzen in
enger Wechselwirkung). Methode des kritischen
Empirismus Phänomene aus dem Bereich der Sinne
führen zur Aufstellung wissenschaftlicher
Theorien, die dann durch entsprechende
Experimente und Aussagen kontrollierbar sind.
Insbesondere können Korrelationen zwischen
Inhalten der objektiven und subjektiven
Sinnesphysiologie hergestellt werden. Diese
lassen sich dann hypothetisch als kausale
Beziehung interpretieren.
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Prinzipien der Verschaltung von
Sinneszellen Rezeptives Feld Jedes Neuron in
einer afferenten Signalbahn besitzt ein
rezeptives Feld, zu dem alle vorgeschalteten
(Sinnes)zellen gehören, die auf das entsprechende
Neuron konvergieren (Prinzip der Konvergenz).
Prinzip der Divergenz Das Gegenteil von
Konvergenz. Eine Sinneszelle hat Verbindungen mit
mehreren postsynaptischen Neuronen.