Sinnessysteme Flashcards
Sinnessysteme
ermöglichen
- Umwelt
- Körper wahrzunehmen
Empfindungen der Sinnesmodalitäten, Schmerzwahrnehmung, Wahrnehmung der Haltung unserer Muskeln beruht auf der Tätigkeit der Sinnesorgane und der Aktivierung von Sinneszellen
-mögl Unterscheidung in primäre u sekundäre Sinneszellen / Sensoren
Primäre u sekundäre Sinneszellen
Primäre Sinneszellen:
Transformation des Sensorpotentials in Aktionspotential in ein und derselben Zelle
>sinnvolleres Unterscheidungskriterium als
histologische Kriterien
modifizierte Nervenzellen (z. B. Stäbchen, Zapfen der Retina), sekundäre sind keine Nervenzellen (z. B. Geschmackszellen)
“Sensoren”: “S., in denen die Umwandlung des Sensorpotentials in Aktionspotentiale (Transforma- tion) im S. selbst stattfindet, werden als primäre S. bezeichnet. S., bei denen das Sensorpotential nicht im S., sondern in einem synaptisch nachgeschalteten Neuron in Aktionspotentiale umgewandelt wird, werden sekundäre S. genannt. Zu den sekundären S. zählen Photorezeptoren, Haarzellen und Geschmackssinneszellen.”
“Handbuch Biopsychologie und Neurowissenschaften” (2002) von S. Gall, R. Kerschreiter und A. Mojzisch
adäquater Reiz
führt zum entsprechenden Sinneseindruck
Spezielle Sinne verfügen über ein eigenes Organ, andere teilen sich ein Organ
Einteilung der Sinne
Unterscheidung danach, wo die Reizung, die zu einer Sinnesempfindung führt stattfindet
- fern > Teleceptor
- nah > Exterozeptor
- innerhalb des Körpers > Propriozeption und Interozeption
Fernsinne - Telezeptoren
Fernsinne
- Hören
- Sehen
- Riechen
- Sinneszellen: Telezeptoren
Exterozeption
Hautsinne
- betreffen direkt die Haut
- liegen außerhalb des Körpers
Propriozeption und Interozeption
Sinne, die Reize innerhalb des Körpers wahrnehmen, viscerale Sinne
Propriozeption
-Empfindung der Körperhaltung durch Muskelspindeln und Golgi-Sehnenapparate
Interozeption
- Geschmackssinn
- Viszerozeption
- Ableitung der Zustände der Gefäße (z. B. Dehnung)
- bestimmte chemischer Zustände (z. B. Blutzuckerkonzentration)
Bedeutung der Aktivität der Sinneszellen
- kann unbewusst bleiben, z.B. viszerale Afferenzen
- sind bewußt, z.B. Propriozeption wie Biofeedback
- Verknüpfung mit Gelerntem u Erfahrungen
- Unterscheidung von
- Empfindung eines physikalisch oder chemisch definierbaren Reizes von der Wahrnehmung dieses Reizes, die von Verarbeitungs- und Bewertungsmechanismen bestimmt wird
Sehen / Auge
adäquater Reiz
adäquter Reiz
- Licht beziehungsweise Strahlungsenergie des Wellenlängenbereichs zw 380 nm u 760 nm
- Wellenlänge (bestimmt die Farbe)
- Intensität (Amplitude der Welle) (bestimmt die Helligkeit)
Farbe und Helligkeit sind Interpretationen bestimmter physikalischer Eigenschaften der Wellen
Selbstleuchter
- selten
- das Licht wird Beleuchtungsstärke (Illuminanz) genannt, Maßeinheit ist lumen/m2 oder lux
Reflektiertes Licht
-Intensität des Lichts, das von einer definierten Fläche zurückgeworfen wird, wird als Leuchtdichte (Luminanz) bezeichnet, die Einheit ist candela pro m2 (cd/m2)
Auge, Stäbchen und Zapfen
Sehen / Auge
Das Auge ist aus verschiedenen Bestandteilen zusammengesetzt, die die Aufnahme und Weiterleitung optischer Reize ermöglichen
- mechanisch-optischer Apparat, für die Ausrichtung des Sinnesorgans auf interessierende Objekte
- Membran, in der Sehrezeptoren sitzen, die Lichtmuster aufnehmen und weiterleiten
- kugelige Form
- von verschiedenen Häuten umgeben
- im Inneren Glaskörper, durchsichtige, gallertartige Masse
- kugelige Gestalt wird durch den Innendruck des Auges erreicht
- am vorderen Teil des Auges ist die Linse
- 6 Augenmuskeln
- Augenbewegungen mit dem Ziel interessierende Gegenstände zu fixieren (Sakkaden)
6 Augenmuskeln
Sehen / Auge
- setzen an den das Auge umgebenden Häuten an
- bewegen das Auge innerhalb der Augenhöhle
- Augenmuskeln werden durch
- Nervus oculomotorius
- Nervus trochlearis
- Nervus abducens innerviert
- bewegen das Auge in horizontaler, vertikaler oder rollender Richtung
Sakkaden
Sehen / Auge
-das Auge bewegt sich bewusst oder unbewusst von einem Fixpunkt zum nächsten, z.B. Lesen
Folgebewegungen
Sehen / Auge
interessierendes Objekt bewegt sich langsam
optokinetischen Nystagmus
Sehen / Auge
langames Objekt bewegt sich schneller, (langsame) Folgebewegungen wechseln mit Sakkaden
Oder bei schneller Bewegung, Zugfahren
Optokinetische Antworten
Sehen / Auge
gleichen Bewegungen des Kopfes aus, dazu werden Informationen aus dem Gleichgewichtsorgan herangezogen
Vergenzbewegungen
Konvergenz
Divergenz
Sehen / Auge
-Augen bewegen sich gegensinnig zueinander
Nähert sich ein Gegenstand den Augen
- bewegen sich die Linsen aufeinander zu (Konvergenz)
- voneinander weg, wenn er sich entfernt (Divergenz)
Muskeln innerhalb des Auges
Sehen / Auge
ringförmiger Ziliarmuskel
- wölbt durch Kontraktion die Linse stärker und verändert dadurch die Brechkraft der Linse
- naheliegende Gegenstände werden scharf gesehen
- durch parasympathische Fasern des 3. Hirnnervs (Nervus oculomotorius) versorgt
Akkomodation
Sehen / Auge
- Auge wird auf die jeweilige Sehentfernung “scharf” gestellt
- Mit dem Alter reduziert sich die Brech- kraft der Linse
Auge / optischer Apparat
Sehen / Auge
- durch die Pupille fällt Licht ins Auge
- Pupille ist von d Iris umschlossen
- sympathisch innervierter Musculus dilatator pupillae erweitert die Pupillenöffnung
- parasympathisch innervierte Musculus sphincter pupillae verengt sie (Intensität des Lichteinfalls ins Auge wird gesteuert)
Sinnesrezeptoren des Auges
Sehen / Auge
- Zapfen
- Stäbchen
- sitzen im hinteren Teil der Retina, der inneren Haut des Auges
- sind nicht gleichmäßig über die Retina verteilt
- In der Sehgrube (Fovea centralis), der Stelle des schärfsten Sehens, befinden sich ausschließlich Zapfen
- An der Stelle, an der der Sehnerv das Auge verlässt (Papille, Papilla nervus optici), fehlen die Lichtrezeptoren»_space; blinder Fleck
Stäbchen
Sehen / Auge
Sehen in der Dämmerung (skotopisches Sehen)
- Photorezeptor
- Sehpigment Rhodopsin
Zapfen
Sehen / Auge
Sehen am Tage (photopisches Sehen) sowie das Farbensehen
- Photorezeptor
- Sehpigment Iodopsin
- drei Typen von Zapfen
- unterschiedliche Empfindlichkeitsmaxima für verschiedene Wellenlängen
- Blau-Zapfen bei 440 nm
- Grünzapfen bei 535 nm
- Rotzapfen bei 565 nm
Elemente der Netzhaut und deren Verschaltungen > retinales Neuronennetzwerk
Sehen / Auge
- Über Bipolarzellen geben die Photorezeptoren ihre Informationen an Ganglienzellen
- deren Axon ist das erste Neuron der zentralen Sehbahn
- Horizontalzellen und amakrine Zellen verbinden Photorezeptoren beziehungsweise Bipolarzellen untereinander u mit Ganglienzellen
- die verbindenden beziehungsweise weiterleiten- den Neurone liegen über den in die Haut eingebetteten Photorezeptoren liegen (also dem Glaskörper näher), daher Inversion der Retina
- Lichteinfall > in den Photorezeptoren eingelagerte Photopigmente werden umgewandelt und es erfolgt (über mehrere Zwischenschritte) eine Hyperpolari- sation
- Im Gegensatz zu bisher beschriebenen Prozessen entspricht die Aktivierung eines Photorezeptors einer Hyperpolarisierung, die erst bei der Weitergabe an das nächste Neuron die für ein Aktionspotential typischen Depolarisationen auslöst
- durch amakrine Zellen werden die Stäbchen während des photopischen Sehens gehemmt
Rezeptives Feld
Sehen / Auge
- Jede Ganglienzelle fasst die Informationen aus verschiedenen Sinneszellen zusammen, die über ein bestimmtes Netzhautareal, das rezeptive Feld, verteilt sind
- rezeptive Felder des Auges überlappen sich
- Ihre Ausdehnung auf der Netzhaut ist in der Sehgrube am geringsten, nach außen nimmt sie zu
- sind in Zentrum und Umfeld aufgeteilt
- On-/Off-Zentrum
Ganglienzellen
Sehen / Auge
drei Grundtypen
- M-Zellen (Zellen vom magnozellulären Typ)
- großen Zellkörper
- große rezeptive Felder
- kontrast- und bewegungsempfindlich
- P-Zellen (Zellen vom parvozellulären Typ)
- etwa 80% der Zellpopulation
- räumliche Auflösung
- Formwahrnehmung
- Farbwahrnehmung
- koniozelluläre Zellen
- blauempfindlich
- leiten Informationen weiter zu höheren Hirnregionen
- die u.a. visuelle Reflexe auslösen
On- / Off-Zentrum (rezeptive Felder)
Sehen / Auge
Ganglienzelle mit einem On-Zentrum
- Licht-Punkt im Zentrum des rezeptiven Feldes führt zu einer Erregung der Ganglienzelle führt
- Lichtpunkt im Umfeld, im äußeren Teil des rezeptiven Feldes, hemmt diese Ganglienzelle
Ganglienzelle mit einem Off-Zentrum
-Lichtpunkt im Umfeld des rezeptiven Feldes aktiviert diese Ganglienzelle
- Werden sowohl Umfeld als auch Zentrum des rezeptiven Feldes einer Ganglienzelle beleuchtet, erfolgt eine schwächere Aktivierung
- u.a. durch Horizontalzellen vermittelt
- Kontrastwahrnehmung
- Grundlage für die Sehschärfe, mit der Dichte der Photorezeptoren
Sehschärfe
Sehen / Auge
- räumliches Auflösungsvermögen des Auges
- bestimmt durch den Visus, Kehrbruch des minimalen Winkels, in dem das Auge zwei Lichtpunkte voneinander diskriminieren kann u nicht als einen Punkt wahrnimmt
- z.B. 2 Lichtpunkte, 10m entfernt, können noch diskriminiert werden, wenn sie nur einen Abstand von 2mm haben
- größte Sehschärfe in der Fovea
- nimmt rapide außerhalb der Fovea ab
- skotopische System (Stäbchen) eine höhere Leuchtdichteempfindlichkeit
- photopische (Zapfen) niedrige Leuchtdichteempfindlichkeit (besseres Sehen am Tage)
Beziehung zw Reizeigenschaften u Sehschärfe
Sehen / Auge
wichtige Reizeigenschaften
- Reizwellenlänge
- Reizintensität (Leuchtdichte)
- Reizdauer
- Reizgröße
- Reizkontrast
Reizkontrast
Sehen / Auge
-Verhältnis der Leuchtdichtedifferenz zwischen Hintergrund und Objekt
-∆L = Lh – Lo, zur Leuchtdichte des hel- leren Reizes L, also ∆L/L
-sehr hoch beim Verhältnis von Schwarz u Weiß
Größe des Reizes auf der Netzhaut gemeint. Diese Größe wird als retinale Bildgröße B bezeichnet, die die Größe der Projekktor b, die Bildweite, die beim menschli- chen Auge eine Konstante von 20 mm ist (= die Entfernung von der Linse zur Retina).
Reizgröße
Sehen / Auge
Größe des Reizes auf der Netzhaut
- retinale Bildgröße B = Größe der Projektion des Reizobjektes G auf der Netzhaut
- Sehwinkel ist gleich der retinalen Bildgröße B bis auf einen Proportionalitätsfaktor b, die Bildweite, die beim menschlichen Auge eine Konstante von 20 mm ist (= die Entfernung von der Linse zur Retina)
Berechnung des Sehwinkels
Sehen / Auge
Bezeichnet man mit G die Größe des Reizobjektes und mit D die Distanz zw Auge u Reizobjekt, so ist der Sehwinkel definiert über die trigonometrische Beziehung:
Sehwinkel a = tan (a/2) = (G/2) / D = G/(2D)
Darstellung in Grad
Sehwinkel a° = (G/(2∏ D)) * 360°
Warum kann man die retinale Bildgröße B weitgehend mit dem Sehwinkel a gleichsetzen (bis auf den Proportionalitätsfaktor b)? Dies zeigt folgende Beziehungen an:
G/D = B/b, umgeformt: B = b * G/D
Farbensehen
Sehen / Auge
- durch retinale Vernetzung möglich
- die 3 Zapfentypen repräsentieren 3 Farbbereiche
- 2 Farbtheorien, wie durch diese drei Farben die integrierte Farbwahrnehmung des Menschen entsteht
- trichromatische Farbtheorie
- Mischung von drei Grundfarben
- je nach deren Intensität alle möglichen Farben herstellbar
- ein Farbeindruck entsteht durch die unterschiedliche Aktivität der beteiligten Zapfen
- Gegenfarbtheorie
- Farb-Gegensatzpaare Schwarz-Weiß, Rot-Grün u Gelb-Blau
- Farben eines Paars werden im Zentrum bzw im Umfeld d rezeptiven Feldes einer On- oder Off-Ganglienzelle abgebildet
- durch Verrechnung d Informationen aus den verschiedenen Varianten der farbempfindlichen Ganglienzellen kommt die Farbempfindung zustande
- Kries- Zonentheorie
- vereint beide Farbtheorien
- in zentralen Bereichen des Sehens (an der Sehgrube) wird eher gegenfarblich organisiertes, in der Peripherie eher trichromatisches Farbensehen angenommen
Sehbahn
Sehen / Auge
Nachdem bereits auf der Ebene der Retina einfache Verarbeitungsschritte visueller Reize stattgefunden haben, werden visuelle Reize in die höheren Regionen des Gehirns geleitet und dort weiterverarbeitet
- Axone der Ganglienzellen der Retina bilden die Axone des Sehnerven (Nervus opticus), der an der den blinden Fleck erzeugenden Stelle (Papille, Papilla nervus optici) das Auge verlässt
- Der blinde Fleck entsteht im Gesichtsfeld, weil sich an der Papille keine Lichtrezeptoren befinden
- Im Chiasma opticum kreuzen jeweils die Hälfte der Nervenfasern auf die andere Seite, und zwar jeweils die Fasern, die von der der Nase zugewandten Hälfte der Retina stammen
- Danach ziehen die Fasern als Tractus opticus weiter
- Ein Teil der Fasern zieht in den Nucleus suprachiasmaticus des Hypothalamus und stellt eine Verbindung zur Epiphyse her
- Ein von den M-Zellen stammender Teil der Ganglienzellaxone zweigt zu den Colliculi superiores im Mittelhirn ab
- Bewegungen
- stimmen die visuelle mit somatosensitiven und akustischen Signale ab
- Einfluss auf Blickmotorik
- hier werden Reflexe ausgelöst, mit denen die Augen durch Sakkaden auf neuartige Reize fokussiert werden
- Der größte Teil der Fasern des Tractus opticus (circa zwei Drittel) zieht in das Corpus geniculatum laterale im Thalamus
- synaptische Schaltstelle zw Retina und visuellem Kortex
- Projektion von der Retina in das Corpus geniculatum laterale (sowie auch weiter in den visuellen Kortex) erfolgt retinotop
- Aufgabenteilung zwischen magnozellulärem u parvozellulärem System bleibt erhalten
- Aufgabe des Corpus geniculatum laterale, Verstärkung der komplexen retinalen Reize
- Corpus geniculatum erreichen laterale Projektionen aus anderen Hirnarealen, z B aus dem Hirnstamm (Anpassung d visuellen Signalübertragung, visuellen Kortex zur selektiven Beeinflussung der Übertragung aus bestimmten Hirnregionen)
- In der Sehstrahlung (Radiatio optica) werden die Informationen vom Corpus geniculatum laterale zum visuellen Kortex gebracht
Retinotop
Sehen / Auge
- nebeneinander liegende Retinaareale werden auch in nebeneinander liegende Areale projiziert
- Bereich um die Sehgrube wird disproportional groß repräsentiert
Visueller Kortex / Sehrinde
Sehen / Auge
Im Okzipitallappen der Hirnrinde befindet sich der primäre visuelle Kortex (Sehrinde)
- retinotop aufgebaut
- rezeptiven Felder der visuellen Kortexneurone reagieren auf komplexe Muster oder bestimmte Anordnungen (nicht auf (Nicht-)Vorhandensein von Lichtreizen)
- erhält Afferenzen aus anderen Hirnarealen als dem Corpus geniculatum laterale
- Orientierung eines visuellen Reizes im Raum, auf den orientierungsspezifische Kortexneuronen reagieren
- primärer visueller Kortex (V1) besteht (wie die anderen Kortexareale) aus 6 übereinanderliegenden Schichten
- übereinanderliegende Neuronen jeweils den gleichen Bereich der Netzhaut repräsentieren, werden als Säule bezeichnet
- Zellen in okularen Dominanzsäulen werden vorzugsweise durch ein Auge (rechtes oder linkes) aktiviert
- innerhalb der okularen Dominanzsäulen sind Orientierungssäulen, mit orientierungsspezifischen Neuronen
- Zwischen je zwei Dominanzsäulen sind ebenfalls säulenförmige farbempfindliche Blobs
- beide okulare Dominanzsäulen (rechtes, linkes Au- ge) werden zu Hypersäulen zusammengefasst
- okulare Dominanzsäulen, Orientierungssäulen u Blobs könnten ein kortikales Modul bilden
Ein 2 Kubikmillimeter großer „Würfel“ aus V1 sei notwendig und hinreichend, um das Abbild eines punktförmigen Objektes im Raum zu verarbeiten, so Hubel und Wiesel (nach Bear, Conners und Paradiso, 2007, S. 332). Notwendig deswegen, weil der Ausfall eines kortikalen Moduls zu einem blinden Fleck im Gesichtsfeld führen würde und hinreichend, weil er alle neuronalen Korrelate zur visuellen Analyse enthalte.
-Im primären visuellen Kortex erfolgt eine Parallelverarbeitung von Form, Farbe, Tiefe und Bewegung. Dann trennen sich die Wege in Was- und Wo-System
orientierungsspezifische Kortexneuronen
Sehen / Auge
- Bewegungs- oder richtungsspezifische Neuronen bei Bewegungen spezifischer Richtung
- längenspezifische Neuronen Identifikation von Ecken und Konturen, sie werden gehemmt, wenn ein Objekt eine bestimmte Länge überschreitet
Was-System
Wo-System
Sehen / Auge
„Was- System“
- inferotemporal
- Farbe, Form und Details
„Wo-System“
- parietal
- Ort, Bewegung und Tiefe
Dabei werden neben den visuellen Kortexarealen auch andere beteiligt, was sich in der Namensgebung der beiden System abbildet
Verarbeitungsmechanismen im visuellen System
Sehen / Auge
- Farbkonstanz
- räumliches Sehen
- Querdisparation
Auf der Ebene der kortikalen Bearbeitung visueller Reize können weitere Fähigkeiten bzw. Eigenschaften des visuellen Systems verortet werden. Hierbei werden neben den unmittelbaren Empfindungen auch o. g. Erfahrungen herangezogen, um visuelle Empfindungen wahrzunehmen.