Der Lichtsinn Lichtsinn |= Auge Lichtempfindliche Sinneszellen
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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-Akkommodationnur nahe Gegenstände werden scharf abgebildet Nah-Akkommodationnur 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 werdenSehpigment 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 Neuronenbest. Begriff
