DIE SPRACHE DER NERVENZELLEN ADAPTATION
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Computational Neuroscience DER MENSCHLICHE TASTSINN - DAS FÜHLEN Jutta Kretzberg, Friederice Pirschel, Till Sacher AG Computational Neuroscience, Universität Oldenburg TASTSENSOREN DER MENSCHLICHEN HAUT • Nervenzellen bauen eine elektrische Spannung zwischen dem Inneren der Zelle und der extrazellulären Flüssigkeit auf. • Rezeptorzellen können durch äußere Reize (z.B. Druck oder Licht) erregt werden. • Die meisten Nervenzellen antworten auf Erregung mit Folgen von “Aktionspotentialen”. • Die Haut der menschlichen Fingerkuppe enthält fünf Typen von Rezeptorzellen, die am Tastsinn beteiligt sind: Auf ein binäres Signal reduzierte neuronale Antwort (Aktionspotential ja oder nein) ja / nein 1ms } Spannung DIE SPRACHE DER NERVENZELLEN Meissner Körperchen Pacini Körperchen Zeit • Aktionspotentiale sind stereotype, schnelle Änderungen der Membranspannung, die durch das Öffnen und Schließen von Ionenkanälen der Zellmembran bewirkt werden. • Aktionspotentiale wandern entlang der Zellmembran zur Ausgangsregion der Nervenzelle, der Synapse. Dort lösen sie die Ausschüttung von Transmitter aus, der wiederum nachgeschaltete Neurone erregt. • Im Gehirn empfängt jede Nervenzelle die Signale mehrerer anderer Nervenzellen und kombiniert die eingehenden Informationen. • Es ist noch nicht abschließend geklärt welche Eigenschaften der Aktionspotentialfolgen (z.B. Anzahl, zeitliche Struktur, Muster) entscheidend für die Informationsübertragung sind. Mit dieser Frage beschäftigt sich die AG Computational Neuroscience. Ruffini Körperchen freie Nervenenden • Ihre Antworten werden im Gehirn im somatosensorischen Kortex zu einem Gesamteindruck zusammengeführt. • Freie Nervenenden dienen der Wahrnehmung von Temperatur und Schmerz. von • Die anderen vier Rezeptortypen dienen der Wahrnehmung Purves et al., Kandel et al., Oberflächenstruktur, Form, Größe und Gewicht von Objekten: 2000 Rezeptorzellen Meissner Körperchen Merkel Zellkomplex Pacini Körperchen Ruffini Körperchen Rezeptive Felder klein ADAPTATION • Nervenzellen antworten grundsätzlich am stärksten wenn die Reizstärke erhöht wird. Bei länger andauernder konstanter Reizung nimmt die Rate der ausgelösten Aktionspotentiale ab. Diesen Vorgang nennt man “Adaptation”. • Durch Adaptation passen Sinnessysteme ihre Empfindlichkeitsschwellen an die vorliegende Reizstärke an. • Verschiedene Rezeptortypen adaptieren unterschiedlich schnell: Schnell adaptierende (“phasische”) Rezeptorzellen sind darauf spezialisiert Reizänderungen zu melden, langsam adaptierende (“tonische”) Zellen vermitteln einen lang andauernden Eindruck. Merkel Zellkomplex klein groß groß Aktionspotentiale bei Druckreiz Reaktion auf Funktion Druckänderung Druck Druckänderung Ertasten von Wahrnehmen Spüren von von Form OberflächenVibration, und Oberstruktur beim Bewegung Überstreichen fläche eines eines Objekts eines Objekts Objekts Hautspannung Wahrnehmen von Form, Gewicht und Größe eines gehaltenen Objekts • Das aktive Betasten ermöglicht die optimale Nutzung und Kombination aller Rezeptortypen. ABBILDUNGEN MODIFIZIERT NACH • Reichert: Neurobiologie, Thieme 1990 • Kandel et al.: Principles of Neuroschience 4th Ed., Mc Graw Hill, 2001 • Purves et al.: Neuroscience 3rd Ed., Sinauer 2004
