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Sinnesphysiologie

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Sinnesphysiologie

Olfaktorisches System

Unterabschnitte

Allgemeine Sinnesphysiologie

Als Sinnesmodalitäten bezeichnet man im Allgemeinen die ,, Sinne`` wie Sehen, Riechen, Tasten, Hören, Fühlen, SChmecken und Gleichgewicht. Jede dieser Modalitäten läst sich in unterschiedliche Qualitäten einteilen. Beim Schmecken wären diese z.B. süß, sauer, salzig, etc.. Für jedes Sinnesorgan gibt es einen adäquaten Reiz. Für das Auge wäre dies z.B. Licht. Trotzdem reagieren die meisten Sinnesorgane, wie in 5.10 erläutert, auch auf nicht adäquate Reize (das Sehen von Sternen bei einem Schlag aufs Auge). Durch die adäquaten Reize lassen sich die Rezeptoren wie folgt unterteilen:

Lichtrezeptoren
Mechanorezeptoren
Wärmerezeptoren
Chemorezeptoren
Elektrorezeptoren
Magnetorezeptoren

Die Rezeptorzelle reagiert auf einen Reiz mit der Änderung ihrer Leitfähigkeit proportional der Reizstärke. Die niedrigste wahrnehmbare Reizstärke wird als Reizschwelle bezeichnet.

Man unterscheidet sekundäre Sinneszellen, die sich ontogentisch von Epidermiszellen ableiten von den primären Sinneszellen, bei denen es sich um Nervenzellen handelt, die die Rezeptoren zumeist in der Membran der Dendriten tragen. Bei diesen findet teilweise direkt eine Transformation der Reizstärke in eine eine Frequenz von Aktionspotentialen statt.

Man kann - analog zu der Übertragungsrate eines technischen Gerätes - die Kanalkapazität C in Bit pro Sekunde angeben. Dieser Wert errechnet sich aus der Anzahl der pro zeiteinheit übertragenen Zeichen k und dem Informationsgehalt pro Zeichen n: $C = k \cdot n$ . Die Kanalkapazität des menschlichen Ohrs beträgt z.B. $4\cdot 10^4$ bit/s, die des Auges $3\cdot 10^6$ bit/s.

Auf einer höheren Ebene geschieht immer eine Verrechnung der Sinneseindrücke zu einem idealisierten, konstanten Bild. Dies wird in 7.5 z.B. bei der Farbkonstanz bei unterschiedliccher Beleuchtung nächer erläutert.

Häufig findet man dabei eine Quotientenbildung, die auf Grund der logarithmischen Skalierung der meisten Sinneseindrücke druch eine einfache Substraktion gebildet werden kann.

Ein anderer häufig auftretender Mechanismus ist der der lateralen Inhibition. Dabei inhibieren sich benachbarte Bereiche wechselseitig. Geht man von einer Reizintensität I am Rezeptor j und der Erregung r der nachgeschalteten Neurone p aus, so berechnet sich die laterale Inhibition als:

$r_P = I_P \cdot \frac{I_PK}{sum_{j=1}^{n} I_J \cdot k_{pj}}$

Dabei ist K der excitatorische Koeffizient des Rezeptors j auf Neuron p=j und k der inhibitorische Koeffizient des Rezeptors j auf die Neurone p.

Aufbau des sensorischen Systems

Der Verlauf der Information beginnt in einem rezeptiven Feld mit der Aufnahme über einen spezifischen Rezeptor. Dabei kann es sich um eine primäre oder ein sekundäre Sinneszelle handeln. Der Rezeptor reagiert normalerweise auf einen adäquaten Reiz innerhalb seiner Tuningkurve, eines sehr engen hochsensitiven Bereichs.

Die Information wird in den Relaiskernen des Thalamus verschaltet. Dabei liegen die Submodalitäten, wie z.B. bei der Modalität Sehen die Farbe und die Form parallel zueinander.

Bei diesem Verlauf wird die Information mehrmals verändert und in modifizierter Form weitergegeben. Zunächst depolarisiert der Rezeptor durch einen Reiz. Wenn dieser die Triggerzone erreicht, beginnt die Zelle oder ein nachgeschaltetes Neuron, Aktionspotentiale abzugeben. Die Reizintensität wird dabei in der Frequenz der Aktionspotentiale kodiert. Da die Maximalfrequenz eines einzelnen Neurons zumeist nicht ausreicht, ume die maxinale Reizintensität zu kodieren, wird ein Reiz zumeist durch mehrere Neurone in einem Populationscode veschlüsselt.

In weiteren Zentren findet man dann einfache Verrechnungen, wie die lateralte Inhibition, die Quotientenbildung, die Feedback-Inhibition (Hemmung wenig aktiver Nachbarneuone), die Feedforward-Inhibition (gegenseitige Hemmung mehrerer Gruppen von Neuronen, die dazu führt, dass nur eine von mehreren konkurrierenden Antworten weitergegeben wird) oder die Distale Inhibition, bei der der Cortex oder der Hirnstamm die Eingänge des Thalamus kontrolliert.

Subjektive Sinnesphysiologie

Die Subjektive Sinnesphysiologie untersucht den Zusammenhang zwischen einer Wahrnehmung und deren Empfindung.

Weber-Gesetz

Das Weber-Gesetz definiert, wann der Unterschied zwischen zwei Reizen erkannt wird:

$\frac{\Delta I}{I} = C$

Dies bedeutet, dass ein Abweichen der Reizintensität $\Delta I$ von einer Reizintensität I immer mit einem konstanten Prozentsatz C erkannt wird. Hierbei gilt es, die Schwellenwerte der minimalen und maximalen Reizintensität zu beachten. So ist beispielsweise der Unterschied zwischen einem und zwei Kilogramm feststellbar, der zwischen 50 und 51 hingegen nur schwer.

Der minimale Abstand, bei dem zwei Reize noch voneinander ,, getrennt`` werden können, wird als Zweipunktschwelle bezeichnet.

Die absolute Empfindlichkeit liegt immer niedriger als die absolute Unterschiedsempfindlichkeit.

Fechner-Gesetz

Das aus dem Weber-Gesetz abgeleitet Fechner-Gesetz besagt, dass die Empfingunsintensität unterhalb einer Schwelle I_S gleich Null ist und darüber die gleiche Differenz $\Delta E$ zu einer Verwechslung führt. Bei k ahndelt es sich um eine Konstante:

$E = k \cdot \log (\frac{I}{I_S})$

Thurstone-Gesetz

Das Thursttone-Gesetz beschreibt mittels statistischer Parameter den subjektiven Unterschied zweier Empfingungen E_i und E_j:

$E_i - E_j = z_{ij} \cdot \sqrt{\sigma_i^2 + \sigma_j^2 + 2r_{ij} \sigma_i \sigma_j}$

Dies bedeutet, dass der Subjektive Unterschied E_i - E_J von dem Wert z(P), der durch den Prozentsatz P der richtigen Wahlen charakterisiert ist, der Standartabweichung $\sigma$ entsprechend der Fluktuation und dem Korelationskoeffizienten r, der das Mass, mit dem die Merkmale korelieren bestimmt, definiert ist.