Primäre Sinneszelle :

• Sensor besitzt eigenes Axon bzw. Ist neuralen Ursprungs, z.b.: Nervenendigung mit ,,Zusatz’’

• Führt sowohl die Transduktion als auch die Transformation durch

• Beim abgebildeten Vater-Pacini-Körperchen (Vibrationssensor) und anderen primären Sinneszellen werden die Sensoreigenschaften (=Sensorcharakteristik) wesentlich durch die korpuskuläre Endigung bestimmt.

Sekundäre Sinneszelle :

• Sensor ist nicht-neuralen Ursprungs.

• Sinneszelle ohne eignes Axon

• Führt nur die Transduktion durch

• Transformation erfolgt in einer Nervenzelle, die synaptischen Kontakt mit der Sensorzelle hat.

Transduktion

Der wahrgenommene Reiz kann mechanisch, elektromagnetisch, chemisch oder thermisch sein. Je nach wahrgenommener Modalität besitzen die Sensoren unterschiedliche Mechanismen, um den wahrgenommenen Reiz in ein sog. Rezeptorpotenzial umzuwandeln

Ablauf der Transduktion:

1. Reizaufnahme über Sensor

2. Reiz wird in ein Rezeptorpotenzial umgewandelt

Transformation:

In der Transformation wird das Rezeptorpotenzial Aktionspotenzial umgewandelt. Die hierbei verantwortlichen Mechanismen werden bei der Entstehung von Aktionspotenzialen erklärt. Die entstandenen Aktionspotenziale werden im Anschluss über afferente Nervenfasern ins ZNS geleitet.

Ablauf der Transformation:

1. Rezeptorpotenzial breitet sich elektronisch aus

2. Bei überschreiten des Schwellenwertes benachbarter Spannungssunabhängiger Na+ und K+ Kanäle wird ein Aktionspotenzial (nach der alles oder nichts Reaktion) ausgelöst.

3. Weiterleitung des Aktionspotenzials über den afferenten Nerven zum ZNS

• R

• wird die Sensorenmembran gedehnt, öffnen sich mechanosensitive Kationskanäle und es kommt vorwiegend zum Na + Einstrom, der die Membran depolarisiert = Sensor- oder Generatorpotenzial

In der Physiologie wird das dynamische Antwortverhalten mit dem Begriff Adaption belegt. Dieser Begriff wird in der Physiologie allgemein in dem Sinne gebraucht i dass die Reaktion eines Systems ( Ausgangssignal) auf ein Lang anhaltenden Konstanten Reiz (eigangssignal) mit der Zeit nachlässt. In diesem Sinne ist

• ein Sensor mit P-Antwort ein nicht-adaptierender Sensor und

• Ein Sensor mit D oder PD-Antwort ein adaptierender Sensor

Funktionelle Bedeutung:

• Adaption kommt in allen Sinnensystemen vor!

• Ohne Adaption käme es zur einer Reizüberflutung im Nervensystem: oft ist die Information einen Konstanten Reiz weniger wichtig (z.B Muskellänge, CO2-Gehalt im Blut)

• Häaufig ist es wichtig Änderungen festzustellen (Berühren einer heißen Herdplatte), das klappt mit D- oder PD-Sensoren besser. Differenzielles Verhalten ermöglicht die schnelle Reaktion auf Veränderungen im Ragmen von Reflexen.

• Nicht adaptierende Sensoren neigen bei wiederholt ansteigender Reizstärke eher zur Sättigung als adaptierende: ein adaptierender Sensor (D,PD) kehrt nach einem Reizanstieg immer wieder zu einem weniger erhöhtem Niveau zurück. Dadurch können adaptierende Sensoren jede Erhöhung der Reizstärke wieder durch eine Aktivitätssteigerung anzeigen.

• Adaption ist die Voraussetzung, dass im ZNS bewusste Konstrukte wie etwa Berührung, Druck Geschwindigkeit oder Vibration erzeugt werden können.

Sensoren:

1. Kaltsensor

2. Warmsensor

• jedem sensorischen Neuron ist in der Peripherie ein rezeptives Feld zugeordnet. Bei der Oberflächensensibilität handelt es sich um das gesamte Hautareal, das von den sensorischen Enden eines einzigen Neuron versorgt wird.

• Einzelne Bereiche eines rezeptiven Feldes können empfindlicher reagieren

• Rezeptive Felder überlappen partiell

• Aussagen zu rezeptiven Feldern erhält man z.B. über Einzelfaserableitungen an sensorischen Neuronen.

Beispiel (Tastsinn):

• die Größe der primären rezeptiven Felder hängt auch von der Lage der Sensoren ab: bei den oberflächlichen gelegenen Merkel-Zellen, die statische Durckreiz messen, sind sie viel kleiner als bei den tiefer gelegenen Vater-Pacini-Körperchen, die Vibrationen erfassen

• Im ZNS entstehen aus den primären die sekundären rezeptiven Felder. Diese können bei entsprechender neuronaler Verschaltung auch größer sein.

Rot: Bahnen und Kerne des Hinterstrangsystems (lemniskales System):

• assoziiert mit der Mechanorezeption der Haut und der Propriozeption.

• Anatomisch gut definierte Bahn zu den Arealen SI und SII des somatosensorischen Kortex (= Hauptzielgebiet) und anderen Arealen im Kortex. Kette von 4 Neuronen mit dazwischen liegenden synaptischen Umschaltungen:

• 1. von den Sensoren zu den Hinterstrangkernen

• 2. von den Hinterstrangkernen zum ventrobasalen Thalamus

• 3. vom Thalamus zu SI

• 4. innerhalb SII

• Das 2. Neuron kreuzt in der Medulla oblongata (verlängertes Rückenmark, Teil des Hirnstamms) auf die kontralaterale Seite.

• Somatotopie!

• Das Hinterstrangsystem ist bei Primaten besonders gut entwickelt und zeigt nur wenig Konvergenz —> hohe taktile Sensibiltät und gute Propriozeption (aufrechter Gang und guter Werkzeugmacher )

Blau: Bahnen und Kerne des Vorderseitenstrangsystems (spinothalamisches System)

• Assoziiert mit der Thermorezeption, Schmerz und der Viszerorezeption

• Kette von vier Neuronen, die ebenfalls bis zum primärsomato sensorischen Kortex reichen.

• Die Umschaltung auf das 2. Neuron erfolgt häufig schon im Hinterhorn des Eintrittsegmentes auf die kontralaterale Seite

• Schon im Hirnstamm und im Thalamus erfolgt eine Verteiltung auf viele weitere Gebiete des Gehirns

• Keine ausgeprägte Somatotopie, da im RM viele somatosensorische Afferenzen auf das 2. Neuron projizieren, auch solche aud dem Tastsinn. Man nennt diese Neurone dann multimodale Neurone.

• Die über dem Gehrinquerschnitt eingezeichneten Symbole und die Beschriftung verdeutlichen die räumliche Zuordnung zwischen Körperoberfläche und Kortex

• Somatotopie!

• Finger, Hand und Gesicht sind überproportional stark repräsentiert, also Regionen, mit einer hohen peripheren Innervationsdichte und niedergerungen Zweipunktschwelle

• Es existiert ein kausaler Zusammenhang zwischen peripherer Innervationsdichte, zentraler Neuronendichte und räumlichem Auflösungsvermögen, der so ähnlich auch für andere Sinnessysteme gilt.

• Es existieren auch thermosensitive und nozisensitive Neurone in SI und SII, allerdings sehr viel seltener

• Unterbrechung des rechten Hinterstrangsystems führt auf der gleichen Körperseite (ipsilateral) unterhalb der Läsion zu einer Beeinträchtigung der Propriozeption und des Tastsinnes (kein Komplettausfall, sondern nur Minderung der taktilen Sensibilität, Erklärung erfolgt)

• Unterbrechung des rechten Vorderseitenstrangsystems führt unterhalb der Unterbrechung kontralateral zu einem Ausfall der Schmerz- und der Thermosensibilität

• Motorische Lähmung der rechtsseitigen Körpersegmente, deren Motorneurone unterhalb der Läsionsstelle das Rückenmark verlassen. Diesen fehlt der Input von höheren Zentren.

• eine Dematom ist ein Hautbereich, der von den sensiblen Fasern einer Spinalnervenwurzel autonom versorgt wird.

• Sensorische Nerven leiten z.B. Informationen über Schmerz, Temperatur und Erschütterungen von der Haut an das Rückrnmark weiter

• Mittels sensorischer Nervenfasern übermittelt ein bestimmtes Dermatom sensorische Informationen von einem Hautstreifen über die Innenseite der Unterschenkel mittels sensorischer Nervenfasern an die 2. Nervenwurzel der Kreuzbein (SII) übermittelt.

1. Durchtrennung eines Hautnervens bewirkt einen sensorischen Ausfall.

2. Durchtrennung einer Hinterwurzel führt zur Ausdünnung der sensorischen Information. Deshalb erfolgt bei halbseitiger Rückenmarksläsion unterhalb der Läsion kein vollständiger Verlust von sensorischer Information.

• übertragener Schmerz ist das Phänomen, bei dem schmerzen an einer anderen Stelle als ihrem Entstehungsort beschrieben werden.

• Das ZNS kann den Ursprungsort einer Erregung in einer afferenten Nervenfasern nicht erkennen, da der Informationsgehalt der Aktionspotenziale nur die Erregung, aber nicht den Ort der Entstehung enthält

• Als Folge projiziert das ZNS die Erregung immer auf die peripheren Nervenendigungen

• Head-Zonen, Bereiche der Haut, deren Nervenversorgung jeweils einen Rückrnmarkssegment zugeordnet ist.

• Die einzelnen Head-Zonenund bestimmte Bereiche der inneren Organe, die über dieselben Rückenmarkssegmente versorgt werden, stehen in Zusammenhang.

• So können Schmerzempfindungen, die von inneren Organen ausgehen, aufgrund der Verschaltung im Rückrnmark auf die entsprechenden Hautareale projiziert werden.

• Entstehung :

• Da somatische und viszerale Afferenzen von Schmerzsensoren konvergieren im Hinterhorn auf gemeinsame Projektionsneurone, die über das Vorderseitenstrangsystem zu höheren Zentren ziehen, geht die Trennung zwischen den Sensoren verloren.

• Deshalb kann die Großhirnrinde die Aktivität spinaler Projektionsneuronen nicht mehr eindeutige den somatischen oder viszeralen Afferenzen zuordnen.

• das Gehirn steuert durch absteigenden Hemmung die Empfindlichkeit der aufsteigenden sensorischen Informationsübertragung

• Dazu wird die in das Rückenmark hereinkommende und zum Gehirn aufsteigende sensorische Information an synaptischen Umschaltungen durch absteigende Hemmung moduliert

1. Grenzwertmethode (method of limits) : Hierbei werden im Wechsel Sequenzen mit langsam zu- und abnehmender Reizintensität geboten und je Sequenz ein Schwellenreiz ermittelt. Das ganze wird mehrfach wiederholt. Die erfassten Schwellenreize werden dann ermittelt

2. Konstantreizmethode (method of limits): Hierbei werden unterschiedlich starke Reize mehrfach und randomisiert geboten. Die Häufigkeit, mit der ein und der selbe Reiz eine wahrnehmbare Empfindung erzeugt, wird über der Reizstärke dargestellt. Der Schwellwert ist dann die Reizstärke, die in 50% der Fälle erkannt wird. Man erhält dann die Reizstärke, die in der Regel eine Sigmunde Funktion. Die Darstellung ist ein typisches Beispiel für eine so genannte psychometrische Funktion.

1. Differenzlimen:

   • Darunter versteht man den Betrag, um den ein Reiz stärker sein muss als ein Vergleichsreiz, damit er merklich stärker empfunden wird.

2. Weber-Gesetz:

   • besagt, dass eine Reizintensitätsänderung, die gerade noch wahrgenommen werden kann, immer ein konstanter Bruchteil der Ausgangsreizintensität sein muss. Der Bruchteil hängt von der Sinnesmodalität ab. Nur bei Überschwelligen Reizen gilt Bruchteil(c) = const. In der Nähe der Absolutschwelle steigt c häufig an.

   • Der Weber-Quotient erlaubt es unterschiedliche Sinnesmodalitäten zu vergleichen: das Auge ist bzgl. Der Unterscheidungsfähigkeit von Lichtstärken etwas leistungsfähiger als das Ohr hinsichtlich der Unterscheidung von Schallintensitäten.

Weber-Fechner-Gesetz

• Fechner entwickelt auf der Basis der Weber-Gesetzes einen Zusammenhang zwischen Empfindungsstärke/-intensität (E) und Reizintensität (R). Dabei setzte er voraus, dass die minimale mögliche Veränderung der Empfindungsstärke (dE) genau dann auftritt wenn ein Differenzlimen überschritten wird, d.h. Dass dE quasi die Grundeinheit der Empfindungsstärke ist, unabhängig von der Höhe des Reizes.

Stevenson Verfahren beruht nicht auf die Unterschiedssschellen, sondern auf feiner direkten Schätzung der subjektiven Wahrnehmungsintensität. Darauf basierend ermittelte er einen Zusammenhang zwischen Wahrnehmungsintensität und Reizstärke, der auf einer Potenzfunktion beruht.