Der Lichtsinn Lichtsinn |= Auge Lichtempfindliche Sinneszellen

Der Lichtsinn
Lichtsinn |= Auge
 Lichtempfindliche Sinneszellen = Lichtsinneszellen = Sehzellen nehmen den Reiz der Umwelt
auf
Lichtsinnesorgane: relativ einfach gebaute Organe zur Wahrnehmung optischer Reize
Auge: komplexer aufgebaute Organe, erst spät in der Evolution entstanden
2 Typen von Augen: Linsenaugen und Facettenaugen
Augentypen:
Flachauge: ungefähre Richtung des einfallenden Lichts bestimmen; Hell-Dunkel-Sehen (Bsp.:
Quallen)
Grubenauge: gutes Richtungssehen (Lichtquelle kann geortet werden)[Bsp.: Strudelwürmer,
Napfschnecken]
Blasenauge: Bild (jedoch Lichtschwach und unscharf): je enger das Sehloch, desto schärfer aber
auch lichtschwächer das Bild (Bsp.: Nautilus, primitive Tintenfische)
Linsenauge: Gleichzeitig scharfes und lichtstarkes Bild (Bsp.: Wirbeltiere [invers],
Weinbergschnecken, höhere Tintenfische [Envers])
Facettenauge: relativ räuml. + zeitl. Auflösungsvermögen (Abh. Von der Zahl der Ommatidien
=Einzelaugen) [Gliederfüßler (Arthropoden): Insekten, Spinnen, Krebse]
(Abbildungen von Augen)
Das Linsenauge:
Invers: Augen, bei denen die Licht absorbierende Schicht vom Licht abgewandt ist (Wirbeltiere) [vgl.
194.1]
Gegensatz: evers: Wirbellose Tiere: Sehnerv von Anfang an außen [vgl. 190.1]
Lupenversuch:
Lupe weit weg vors Auge halten
Lupe zwischen Kerze und weiße Wand halten
Beobachtung: Bild dreht sich um
Damit ein Bild auf der Netzhaut entstehen kann, müssen zwei Voraussetzungen erfüllt sein:
Richtige Lichtverhältnisse (Pupillenreflex)
Einstellung der schärfe (Akkommodation)
Die Regenbogenhaut (Irismuskel) stellt die richtigen Lichtverhältnisse im Auge her:
Abdunkelung bei Helligkeit
Mehr Lichteinfall bei Dunkelheit [vgl. 193.1]
Akkommodation:
Damit überhaupt scharf gesehen werden kann, muss die Linse ihre Brechkraft (Form) verändern
können.
Strahlengang und Linsenform im normalen Auge:
Fern-Akkommodation (Einstellung auf die Ferne)
Nah-Akkommodation (Einstellung auf die Nähe)
[vgl. 193.3]
Einstellung auf Nähe und Ferne
FERN: Linse flacher, Ziliarmuskel entspannt, Linsenbänder gespannt
NAH: Linse stärker gekrümmt, Ziliarmuskel gespannt, Linsenbänder entspannt
Kurzsichtiges Auge:
Fern-Akkommodationnur nahe Gegenstände werden scharf abgebildet
Nah-Akkommodationnur sehr nahe Gegenstände werden scharf abgebildet
Ursache: Augapfel verlängert
Korrektur: Zerstreuungslinse: bi-konkav
Weitsichtiges Auge:
Fern-Akkommodation: keine scharfe Abbildung
Nah-Akkommodation: nur ferne Gegenstände werden scharf abgebildet
Ursache: Augapfel zu kurz, Hornhautverkrümmung, Linse wird steif (Altersweitsichtigkeit)
Korrektur: Sammellinse: bi-konvex
Bau der Netzhaut
Sehzellen: bestehen aus Zellkörper und Außenglied [vgl. 195.2]
Stäbchen: Außenglieder lang und zylinderförmig, sehen in der Nacht; etwa 120Million
Zapfen: Außenglieder kegelförmig und kurz, Farbensehen am Tag; etwa 6 Millionen
Gelber Fleck: Sehzellen sind ungleichmäßig auf der Netzhaut verteilt:
gelber Fleck: nur Zapfen (Stellen des schärfsten Sehens)
Umgebung des gelben Flecks: Stäbchen und Zapfen
Randbereiche der Netzhaut: fast nur Stäbchen
Nervenzellen in der Netzhaut: Vorverarbeitung der Info
Links: eine Ganglienzelle erhält Info von vier Sehzellen
Rechts: eine Sehzelle gibt Info an zwei Ganglienzellen weiter [vgl. 194.1]
[Versuch zum blinden Fleck]
Lichtabsorption – Fotorezeption [vgl. 195.1]
Außenglieder der Stäbchen enthalten in der Zellmembran Rhodopsin (rötlicher Sehfarbstoff;
Sehpurpur: Retinal (Aldehyd des Vitamin A) + Opsin (Protein)
Licht:
11-cis-Retinal (geknickt) All- trans- Retinal (gestreckt)
Abspaltung des Retinals vom Opsin
Aktivierung einer Signalkette: Schließen der Na+ Kanäle
[Die Fotorezeption im Detail]
Unerregter Zustand:
Viele Na+ Kanäle offen
 Depolarisation
 AP
 An Synapsen werden Transmitter freigesetzt
 Nachgeschaltete Nervenzelle gehemmt
 Dunkelheit
Erregung:
Na+Kanäle geschlossen
 Kein Ap
 Es werden keine Transmitter freigesetzt
 Nachgeschaltete Nervenzelle aktiviert
 Licht
 Hyperpolarisation
Typischer Verstärkungseffekt der Signalkette
Die Spaltung eines einzigen Rhodopsinmoleküls bewirkt die Schließung sehr vieler Natriumkanäle
[vgl. Arbeitsblatt: Animation der der Signalkette im Details]
Farbensehen: Spektrum des sichtbaren Lichts: Spektralfarben (400nm-700nm)
Subtraktive Farbmischung (Maler)
Additive Farbmischung
Grundfarben = Primärfarben: Rot, Grün, Blau
Komplementärfarben: Zwei Farben, die sich zu weiß ergänzen
Durch Mischung der drei Grundfarben lässt sich jeder Farbton erstellen
Anwendung: Farbfernseher
Theorien zum Farbensehen von:
YOUNG(1801): Auge setzt alle Farbempfindungen aus drei Grundfarben zusammen
HELMHOLTZ(1852):Netzhaut besitzt drei verschiedene Sorten von Zapfen. Außerdem sind dreierlei
Farbstoffe vorhanden, die bei Belichtung zerfallen (sitzen in Zapfen)
HERING(1874): Gegenfarbentheorie: antagonistisch organisierte Vorgänge: beschreibt Vorgänge in
nachgeschalteten Neuronen
Menschen können dank der drei Zapfentypen etwa 7. Mio. Farben unterscheiden: trichromatisches
Farbensehen
Zusammenfassung der Sehzellen:
Stäbchen: Retinal + Opsin = Rhodopsin
Zapfen: Retinal + unterschiedliche Proteine
Probleme des Farbensehens:
Bsp.: Rot-Grün- Blindheit/Schwäche
Info:
 Mehr als 8% der Westeuropäer betroffen (8% der Männer, 0,4% der Frauen)
 Betroffene verwechseln Rot, Gelb, Orange, Grün

Ursache:
Männer haben nur ein X-Chromosom, Frauen zwei. Da es rezessiv ist, kann das kaputte durch ein
gesundes ersetzt werdenSehpigment fehlt
Blindheit: Gen für Sehpigment L oder M fehlt/mutiert
Schwäche: statt Sehpigment L oder M eines mit Eigenschaften dazwischen
Vererbung: chromosomal rezessiv
Bildverarbeitung in der Netzhaut:
Rezeptive Felder helfen bei der Verarbeitung:
Info: Rezeptives Feld:
 Viele Sehzellen
 Eine Ganglienzelle (konvergente Verschaltung: 130 Mio. Sehzellen 1Mio. Ganglienzellen)
 Manchmal bestehen rezeptive Felder aus sehr wenigen Zapfen, manchmal auch aus sehr
vielen
 Kleine Felder ermöglichen eine hohe Bildauflösung, haben aber eine geringe
Lichtempfindlichkeit (gelber Fleck)
Info: am seitlichen Rand der Netzhaut bilden mehrere 1000 Stäbchen ein rezeptives Feld (bis
2mm Durchmesser):extrem lichtempfindlich, dafür aber unscharf
[AB rezeptive Felder]
Gliederung und Aufbau des NS:
Gliederung:
 Nach Lage:
- Peripheres NS
- Zentrales NS (ZNS): Rückenmark und Gehirn
 Nach Funktion:
- Somatisches NS (z.B. an Skelettmuskeln, willentlich)
- Vegetatives NS (z.B. innere Organe, nicht willentlich)
Aufbau:
Je nach Komplexivität unterscheidet man
- Nervennetz (Hohltieren: z.B. Polypen, Qualle)
- Strickleiternervensysteme (Gliederfüßer: z.B. Insekten, Spinnen, Krebse) mit „Gehirn“
Ursache: Konzentration von Sinnesorganen am Kopf
- ZNS (mit Gehirn & Rückenmark) u. peripheres NS (Wirbeltiere)
[Aufbau des Gehirns]
Stammhirn: Steuerung der Organtätigkeit
Großhirn: aus zwei Hemisphären (links und rechts), durch Balken verbunden, stark gefurcht,
bestimmte Regionen mit bestimmten Funktionen [Abb.212.1]
- Gedächtnis , Lernen (Denken)
- Bewegungen (Handeln)
- Gefühle (Fühlen)
- Steuerung der Organe
- Wahrnehmung: Infoverarbeitung aus Sinnesorganen
Zwischenhirn: mit Thalamus und Hypothalamus
- Konstanthaltung der inneren Bedingungen (Homöostase), z.B. Körpertemperatur
- Abstimmung von Hormonsystem und NS
Mittelhirn:
- Hauptumschaltstelle zw. Sinnesorganen und Muskulatur
- Vermittlung zw. Großhirn und Kleinhirn
Kleinhirn:
- Bewegungsabläufe und –Programme
- Feinkoordination (Korrekturen)
- Gleichgewicht: im 3D groß (keine standfeste Körperhaltung: Fische, Vögel)
Nachhirn:
-
Lebenswichtige Reflexe (Schlucken, Kauen, Husten, …)
-
Kreislaufzentrum (Blutdruck, Herzfrequenz)
-
Atmungszentrum
-
Ähnlich Zwischenhirn

Graue Substanz in der Großhirnrinde und im Zentrum des Rückenmarks , dort liegen die
Zellkörper
 Weiße Substanz in der Peripherie des Rückenmarks und im Hirnmark, dort sind die Axone mit
Myelinscheiden
Im Gehirn gibt es bestimmte Areale für bestimmte Funktionen (Rindenfelder)
Linke Großhirnhemisphäre ist zuständig für die Steuerung der rechten Körperteile, außerdem noch
für Sprechen, Schreiben und Rechnen  daher mehr Rechtshänder
Rechts Hemisphäre ist für die linke Körperhälfte zuständig (Bewegung, Sensorik), außerdem für die
Fantasie, räuml. Und bildl. Vorstellung und Musikalität.
Erforschung der Hirnfunktion:



Erforschung von Läsionen (Gehirnschädigungen): Untersuchung des Gehirns nach dem Tod
von Patienten. Sprachfehler  Schädigung im linken Stirnlappen (Sprachsteuerung)
Röntgentomographie: lebendes Gewebe durch Röntgenstrahlung sichtbar gemacht.
Durchleuchtung aus vielen Richtungen einer Ebene  3D-Bild (Computertomogramm)
PET (Positronen-Emissions-Tomographie): baut auf Röntgentomographie auf. Untersucht die
Stoffwechselaktivität, also die Funktion einer Hirnschicht. Blut wir mit Marker versetzt und
dann an Tomographen angeschlossen. Zuerst im Ruhezustand, dann während Erledigung von
Aufgaben  Erforschung von Hirnbereichen/-Funktionen
Sprache:
Split-Brain- Versuche mit Epileptikern, denen der Balken durchtrennt worden war:
a) – linke Seite: Projektion „Apfel“
- Rechte Netzhauthälften, rechte Hirnhälfte
- Aufgabe: Gegenstand ertasten und benennen
- Ergebnis: erstasten mit rechts nicht möglich, nur mit links; benennen nicht möglich, da
der linken Goßhirnhälfte der Gegenstand nicht bekannt war (Sprache links)
b) – auf beide Seiten wurden Wörter von Gegenständen projiziert (links: „Apfel“, rechts
„Banane“)
- Aufgabe: Gegenstände ernennen und betasten
- Benennung des rechten Gegenstandes (Banane)
- Ergreifen des linken Gegenstandes (Apfel) mit der linken Hand, Benennung dieses
Gegenstandes nicht möglich
-
Das Rückenmark:
Reflexe: Auf manche Reize kann der Körper ungewöhnlich schnell reagieren. Hier spricht man von
einem Reflex. Dabei wird der aufgenommene Reiz (z.B. die Berührung der Fußunterseite mit einer
Nagelspitze) über einen sogenannten Reflexbogen zum Rückenmark geleitet. Dort wird sofort ein
Befehl an ein Motoneuron weitergegeben, welches bestimmte Muskeln (z.B. Hüft- und Kniebeuger)
aktiviert. Es erfolgt keine bzw. erst später eine Weiterleitung ans Gehirn.
Reflex
Kniesehnenreflex
Klammerreflex
Beugereflex
Lidschlussreflex
Husten
Kurzbeschreibung
Nach einem Schlag auf die Kniesehne oder
einem Stolpern durch Hängenbleiben mit
dem Fuß zieht sich der Streckmuskel im
Oberschenkel zusammen und bewirkt das
Anheben des Unterschenkels
Legt man einem Säugling die Finger auf die
Innenfläche der Hand, fasst er sofort fest zu.
Der Reflex ist so stark, dass sich der Säugling
an einer Stange oder Leine hängend einige
Zeit ohne Unterstützung selbsthalten kann.
Bei schmerzhafter Berührung der
Fußunterseite zieht sich der
Unterschenkelmuskel zusammen und der
Fuß wird angehoben.
Beim schnellen Annähern eines
Gegenstandes zum Auge schließen sich
unmittelbar die Augenlider.
Gelangt ein Fremdkörper in die Luftröhre,
setzt unmittelbar starker Husten ein.
Funktion
Verhinderung des Stürzens
durch Stolpern
Ein Säugling kann sich, wenn er
von seinen Eltern getragen
wird, einige Zeit – z.B. bei
eiliger Flucht in
Gefahrensituationen selbst
festhalten, ohne zu fallen.
Schutz vor starken
Verletzungen der Füße.
Schutz der Augen vor
Verletzungen.
Befreien der Luftröhre von
Fremdkörpern.
[Rückenmark, Nerven und Reflexe]
Reflexbogen beim Quadrizepsdehnungsreflex:
Schlag auf Sehne unterhalb der Kniescheibe  Oberschenkel wird leicht gedehnt. Im Muskel:
- Sinnesorgane, die die Muskellänge messen (Muskelspindel)
- Registrieren Muskeldehnung Meldung über sensible (afferente) Bahn zum
Rückenmark  Axon führt über das Hinterhorn in die graue Substanz; Im Vorderhon
Umschaltung auf ein motorisches (efferentes) Neuron  Axon zieht zum selben Muskel
zurück  Folge: Kontraktion des Oberschenkelmuskels  Unterschenkel schnellt aus.
- D.h. Dehnung des Muskels durch Schlag auf die Sehne wird durch Kontraktion des selben
Muskels beantwortet (reflektiert): REFLEX
Prinzip: Rezeptoren – sensorische Nerven – ZNS – motorische Nerven – Kontraktion
Bedeutung (Biologische Funktion):
Zur Konstanthaltung von Muskelspannungen und Gelenkstellungen; Körper reagiert durch Reflexe
unbewusst und schnell auf Störungen (z.B. Stolpern).
Die reflektorische Konstanthaltung der Muskellänge durch sofortige Kontraktion bei Dehnung ist
eine wichtige Grundvoraussetzung für die normale Funktion der Stützmotorik.
 Reflexe sind genetisch bedingt nicht erlernt.
Rezeptor und Effektor liegen im gleichen Organ = Eigenreflex
Rezeptor und Effektor liegen in unterschiedlichen Organen = Fremdreflex (z.B. Hustenreflex)
Reflexe stellen aber nicht nur Reaktionen auf von außen kommende Reize dar, sondern tragen auch
ständig zur Aufrechterhaltung der Körperfunktionen bei. (Herzfrequenz, Darmtätigkeit, Atmung,…)
Der Effekt kann teilweise willentlich beeinflusst, d.h. gehemmt oder verändert werden, läuft aber
sofort wieder in typischer Weise ab, wenn die Person entspannt oder zumindest durch andere
Tätigkeiten abgelenkt ist.
Viele Reflexe (Atmung, Kreislauf, Verdauung,…) bleiben weitgehend unbewusst.
Auf Grund ihrer Komplexität werden sie von Reflexzentren gesteuert. Sie liegen im verlängerten
Rückenmark.
Monosynaptischer Reflexbogen = Vorteil, da schneller
Polysynaptischer Reflexbogen = langsamer
Sympathikus und Parasympathikus(vegetatives Nervensystem)
Einteilung des NS nach:

Lage: ZNS, peripheres NS

Funktion: somatisches NS (Skelettmuskeln),
vegetatives NS (innere
Organe)
S+
Selbstständigkeit: willentlich beeinflussbares NS,
autonomes NS
P
- Sympathikus: Abwehr- und Fluchtverhalten (Fight or flight reaction), erhöhte körperliche
Leistungsbereitschaft
- Parasympathikus: Unterstützung der Verdauungsorgane und Erholung des Körpers
- Sympathische Transmitter: Die ersten Neuronen schütten Acetylcholin als Transmitter
aus, die zweiten nur Adrenalin
- Parasympathische Transmitter: die ersten und zweiten Neuronen entlassen Acetylcholin
- Wirken antagonistisch (gegensätzliche Wirkung)
- Vegetatives Nervensystem, das es nicht gesteuert werden kann (z.B. Herzklopfen)
- Grenzstrang des Sympathikus = Verzweigungen an der Wirbelsäule

Lernen und Gedächtnis:
Lernen = Erwerb neuen Wissens oder Verhaltens
Gedächtnis = Fähigkeit Wissen abrufbar zu speichern
Verschiedene Lernformen:
-
Kognitives/explizites Lernen: alles Lernen, das eine bewusste Anteilnahme erfordert.
Charakteristisch für diese Lernform ist unter anderem das gleichzeitige Abrufen von zwei
Begriffen oder Ereignissen  logische Verknüpfungen
-
Nichtkognitives/ implizites Lernen: keine bewusste Anteilnahme erforderlich, eher
einüben. Typisch: Erlernen einer Abfolge von Ereignissen
-
Abfolge an Neuronen folgen bei beiden Formen dem gleichen Prinzip: Wirksamkeit von
Synapsen zwischen zwei Neuronen erhöht sich (gleiche Erregung mehr Transmitter)
-
Klassische Konditionierung: neutraler Reiz wird zu einem reaktionsauslösenden
(konditionierenden) Reiz (Bsp. Für impliziertes Lernen): Bei einem neutralen Reiz für die
Erregung im sensorischen Nerv nur zur Ausschüttung von wenig Transmitter an der
Synapse zum Mononeuron. Das postsynaptische Potenzial ist daher nicht groß genug, um
im Motoneuron Aktionspotenziale entstehen zu lassen. Ist die Synapse aber noch aktiv,
während gleichzeitig ein weiterer Reiz über eine andere Synapse zu Aktionspotenzialen
im Motoneuron führt, verstärkt sich die Wirksamkeit der ersten Synapse.
Wiederholung führt zu mehr Transmittern bei gleicher Erregung
Aktivitätsabhängige Bahnung, da die Verstärkung der Synapsenwirksamkeit nur eintritt,
wenn sie gerade aktiv war
-
Explizites Lernen durch Langzeitpotenzierung: Serie rasch aufeinander folgender APs in
der präsynaptischen Zelle bewirkt, dass die Membran der postsynaptischen Zelle stark
und anhaltend depolarisiert wird. Dieses Zustand wird durch ein Signal der
postsynaptischen Zelle –vermutlich Stickstoffmonooxid- an die präsynaptische Zelle
aufrechterhalten. Für dauerhafte Speicherung werden in den Synapsen bestimmter
Neuronen verstärkt Kanalproteine und Transmitter synthetisiert.
Gedächtnisebenen:
Man unterscheidet Kurzzeit- und Langzeitgedächtnis mit weiter untergliederten Gedächtnisebenen:
- Sensorisches Gedächtnis: speichert Informationen der Sinnesorgane nicht länger als eine
Sekunde, wichtige Informationen werden für Speicherung ausgewählt und codiert
- Primäre Gedächtnis: beschränkt sich auf bewusst gewordene, verbal codierte
Informationen, von denen es gleichzeitig nur etwa 7 Einheiten für Sekunden oder
Minuten behält, werden ständig durch neue überdeckt, können jedoch durch
Wiederholung ins Langzeitgedächtnis gelangen
- Langzeitgedächtnis: hier können Infos aus dem primären Gedächtnis zu dauerhaft
verankerten Gedächtnisinhalten oder Engrammen werden.
Ort der Speicherung: Überführung von Infos in das Langzeitgedächtnis geschieht im Mandelkern und
im Hippocampus (Beide limbisches System) Schädigung führt zu Störung oder Ausfall dieser
Konsolidierung genannten Fähigkeit
Übung macht den Meister:
Impliziertes Lernen: nur Basalganglien und Kleinhirn beteiligt. Durch Übung vergrößern sich
somatosensorische Rindenfelder häufig gebrauchter Körperteile.
Erinnern: = Protokoll eines neuronalen Aktivitätsmusters, Neuronen an der Repräsentation
verschiedener Begriffe beteiligt. Je nach Abfolge der Neuronenbest. Begriff