Allgemeine Sinnesphysiologie

Sinnesorgane

• Sensorische Rezeptoren

  • spezialisierte Körperteile, die als Umweltfilter nur auf bestimmte Ereignisse reagieren und Infoa ans ZNS weitergeben

Stimulus

• Reiz, der Sinnesorgan beeinflusst

Sinnesmodalität

• wahrgenommene Art der Empfindung

  • z.B. Sehen, Hören, Riechen, Schmecken, Fühlen

Sinnesqualität

• differenzierte Emfpindungen innerhalb einer Modalität

  • z.B. “Tonhöhe” beim Hören

objektive Sinnesphysiologie

• Analyse der durch Sinnesreize ausgelösten physiologischen Prozesse

Wahrnehmungspsychologie (subjektiv)

• Beschäftigung mit Gesetzesmäßigkeiten zwischen Sinnesreizen und den durch diese ausgelösten Empfindungen und Verhaltensweisen

Adäquater Stimulus

• auf das Organ spezifisch angepasster Stimulus mit optimaler Reaktion

Nichadäquarter Stimulus

• Erregbarkeit auch durch andere Reize

  • elektrischer Strom

  • starke Druckänderung

• Merkel-Zellen: präzise Berührung und Druck auf kleiner Fläche

• Ruffini-Körperchen: Dehnung der Haut, Gelenkbewegungen (liefern Informationen über Volumen)

• Vater-Pacini-Körperchen: Berührung und Vibrationen (ohne Präszise Lokalitation; liefern Informationen über Material)

• Freue Nervenendigungen (nicht in Struktur eingebettet): Schmerz, Temperatur

• im Unterhautgewebe

• Eintritt ins Rückenmark über Hinterwurzel (durchlaufen Spinalganglienzelle)

• Stimulation einer sensorischen Zelle durch adäquaten Stimulus / passive Öffnung von Kanälen durch Dehnung

• Öffnung mechanosensitiver / spannungsabhängiger Kationenkanäle

  • Einstrom von Na-Ionen

  • Depolarisierung

  • gestuftes elektrisches Potential

• Rezeptor / Generatorpotential, Weiterleitung durch APs

• Transduktion + Transformation in einer Sinneszelle = Primärer Sensor, spezialisierte Neuronen

  • Geruchssystem, somatosensorisches System

• Transduktion in Reptorpotential, Weiterleitung auf Neuron, dann Transformation in AP = Sekundäre Sensoren

  • visuelles, akustisches, gustatorischen und vestibuläres System

• bei Überschreitung des Schwellenwertes

  • bei starken Stimuli

• Umkodierend von Rezeptorpotential in Aktionspotentiale im Axon der sensorischen Zelle

Primäre Sensoren

• Transduktion und Transformation in einer Sinneszelle

  • “spezialisierte Neurone”

• somatosensorisches System und olfaktorisches System

Sekundäre Sensoren

• Transduktion in Rezeptorpotential in Sinneszelle

• Weiterleitung auf Neuron (primäres sensorisches Neuron)

  • Transformation in AP

• visuelles, akustisch, gustatorisches und vestibuläres System

• Variation durch Frequenz und Rhythmus

Frequenzkodierung

• einzelnes Neuron repräsentiert Stimulusintensität durch Veränderung der AP-Frequenz

  • Begrenzung durch Refraktärphase

    • einzelne Rezeptoren können gesamtes Wahrnehmungsspektrum nicht repräsentieren

Range fraction

• verschiedene Rezeptorzellen sind auf verschiedene Stimulisintensitäten spezialisiert (kodiert) und haben unterschiedliche Schwellenwert

• Kodierung erfolgt über mehrere Rezeptoren mit unterschiedlicher Sensibilität

• “stärkerer Stimulus” = mehr aktivierte Nervenzellen

• höchste Reizintensitität bei Aktivierung aller Neurone

Adaption / Habituation

• Abnahme Empfindungsintensität bei länger andauernden, gleichbleibenden Reizen

  • Verringerung der AP-Frequenz

• Adaption: zunehmende Verlagerung der neuronale Aktivität weg von einer akkuraten Repräsentation anhaltender physikalischer Ereignisse

• Betonung von Veränderungen in der Umwelt (signifikant für das Überleben)

• Schutz vor sensorischer Überladung / Überstimulation

• Geschwindigkeit abhängig vom Rezeptor

  • phasische Rezeptoren: schnell-adaptierend

    • Berührungsrezeptoren der Haut

  • tonische Rezeptoren: langsame oder gar keine Adaption

    • Nozirezeptoren

• Rezeptives Feld = Bereich aller Sinnesrezeptoren (=Gesamtheit aller Sinneszellen), der an ein einziges nachgeschaltetes Neuron Informationen weiterleitet

  • Stimulation / Hemmung

• Zentrum-Umfeld-Antagonismus = Umfeldhemmung (laterale Inhibiton) förder räumliches Unterscheidungsvermögen

  • hoher Kontrast: Lokalisierung von Reiz, höhere räumliche Auflösung

• unterschiedliche Größe rezeptiver Felder

• Hautsinne

  • Tastsinn

    • Empfindung von Druck, Berührung, Vibration und Kitzeln

    • bestimmt durch Art der Reizoberfläch, Berührungsintensität und zeitlichem Verlauf

  • Temperatur

  • Schmerz

• Propriozeption (Eigenwahrnehmung des Körpers)

• Sensoren der inneren Organe (Enterozeption)

• Verteilung der Rezeptoren über den ganzen Körper verteilt

Schnelle Reaktion - Geschwindigkeitssensoren

• Reaktion bei Änderung der mechanischen Hauteinwirkung

• Bewegung der Haut über einen Gegenstand, Vibration, Kitzeln

• Pacini

  • Vibration

  • großes, undeutliches rezeptives Feld

  • schnelle Reaktion / Adaption

• Meissner

  • Berührung

  • kleines, definiertes rezeptives Feld (präzise Lokation)

  • schnelle Reaktion / Adaption

  • z.B. beim Streichen über raue Oberfläche

    • kleine Hautdeformierungen

    • Impulsfogle abhängig von der Nähe der Unebenheiten

    • Frequenz der Impulse kodiert Rauigkeit der Oberfläche

Langsame Reaktion - Intensitätssensoren

• kurzzeitig erhöhte Feuerrate; Einpendeln auf konstante Feuerrate bei gleichbleibenden Reiz

• Merkel

  • Berührung

  • kleines, definiertes rezeptives Feld (präzise Lokation)

  • langsame Reaktion / Adaption (Wahrnehmung gleichbleibender Reize)

  • z.B. beim Streichen über glatte Oberfläche

    • Fehlende Aktivität der Meissner Körperchen

    • langsam-adaptierende Merkel-Scheiben signalisieren konstanten Druck

    • Kombination der Informationen signalisiert glatte Oberfläche

  • z.B. beim Lesen von Blindenschrift

    • vorteilhaftes klares, kleines rezeptives Feld und langsame Adaption (“Musterbildung”)

• Ruffini

  • Berührung

  • großes, undeutliches rezeptives Feld

  • langsame Reaktion / Adaption

• minimaler räumlicher Abstand zwei taktiker Reize, bei dem diese gerade noch als getrennt wahrgenommen werden können

• variiert in verschiedenen Körperregionen (da unterschiedliche Dichte und größe von rezeptiven Feldern)

• Fingerkuppen haben höchste Auflösung

• Informationen aus der Peripherie

1.Neuron

• Rezeptoren an sensorischen Endigungen der Nervenfasern erfassen Stimulation

• Weiterleitung Informationen über APs

• Afferente Axone treten durch Hinterwurzel in die ipsilaterale Hinterstrangbahn (gleichseitig) des Rückenmarks ein

2.Neuron

• synaptische Verschaltung im Hinterstrangkern zwischen Rückenmark und Medulla oblangata

• Kreuzung auf kontrolaterale Seite und Aufstieg im Lemniscus medialis

• durch Medulla, Pons und Mittelhirn

3.Neuron

• synaptische Verschaltung auf Lemnicus medialis im Thalamus auf Neuronen des Nucleus ventralis posterior (VP-Kern)

• Projektion in spezifische Regionen des primären somatosensorischen Cortex (+ chem. Synapsen mit nachfolgenden Neuronen für Projektion in weitere Rindenregionen)

• Somatosensorische Informationen aus dem Gesicht

  • Umschaltung erfolgt nicht über da Rückenmark

• Informationsübertragung über Trigeminusnerv (V), aber auch VII, IX und X

• Ablauf:

  • Trigeminusnerv tritt über den Trigeminushauptkern/Nucleus principalis (in der Pons) ins ZNS ein

    • synaptische Verschaltung

  • Kreuzung auf kontralaterale Seite

  • Projektion in VP-Kernregion im Thalamus

    • synaptische Verschaltung

  • Informationsweiterleitung zum S1

• an der sulcus centralis

• selektive und sehr gute Reaktion auf somatosensorische Reize, v.a. Signale aus thalamischen VP-Kern

• Läsionen beeinträchtigen somatosensorische Wahrnehmung

• elektrische Stimulation kann somatosensorische Wahrnehmung hervorrufen

• Weiterverarbeitung und Interaktionen mit anderen Hirnarealen über Projektion in posterior Partietal-cortex

Schichtstruktur (siehe Funktionelle Neuroanatomie)

• räumliche Trennung und parallele Verarbeitung von schnell und langsam adaptierenden Neuronen

• Eingang hauptsächlich in Schicht IV + Weiterleitung in andere Schichten (und andere Regionen)

• Schicht VI sendet zurück zum Thalamus (Feedbackschleife)

= geordnete Abbildung von Orten der Körperoberfläche auf bestimmte Hirnstrukturen

• spezifische Bereiche der Gorßhirnrinde für bestimmte Körperteile

• relative Größe der zuständigen Cortexareale korreliert mit Rezeptordichte und Wichtigkeit der Signale aus dem entsprechenden Körperbereich

• Plastizität

• Homunculus als repräsentative Vorstellung vom Mensch entsprechend der Somatotopie

• Hautareal, das von bestimmte Spinalnerven innerviert wird

  • dementsprechend 31 Dermatome