Das Fühlende Gehirn: Entdecke die Geheimnisse des somatosensorischen Systems

Das somatosensorische System ist ein komplexes und lebenswichtiges System, das es uns ermöglicht, unsere Umwelt und unseren eigenen Körper wahrzunehmen. Es umfasst alle Sinnesempfindungen abseits von Sehen, Hören, Riechen und Schmecken. Tastsinn, Temperatursinn, Schmerzsinn liefern Informationen über den Kontakt des Körpers mit der Außenwelt und sind für angenehme Sinneserfahrungen verantwortlich.

Einführung in das somatosensorische System

Das somatosensorische System umfasst alle Sinnesempfindungen des Körpers, die über die Haut, Muskeln und Gelenke vermittelt werden. Es ist ein wesentlicher Bestandteil des menschlichen Nervensystems und ermöglicht es uns, unsere Umgebung und unseren eigenen Körper effektiv wahrzunehmen. Diese Wahrnehmungen umfassen Berührungen, Druck, Temperatur, Schmerz und Körperbewegungen, auch bekannt als Propriozeption.

Die Komponenten des somatosensorischen Systems

Das somatosensorische System besteht aus einer Vielzahl von spezialisierten Rezeptoren, die in verschiedenen Teilen des Körpers verteilt sind. Diese Rezeptoren sind darauf spezialisiert, unterschiedliche Arten von Reizen aufzunehmen und an das Gehirn weiterzuleiten. Zu den Haupttypen von Rezeptoren gehören:

Mechanorezeptoren: Diese Rezeptoren reagieren auf mechanische Veränderungen wie Druck, Berührung und Vibration. Sie ermöglichen es uns, die Textur und Form von Objekten zu fühlen.
Thermorezeptoren: Diese Rezeptoren detektieren Temperaturveränderungen, also Wärme und Kälte. Sie helfen uns, zwischen heiß und kalt zu unterscheiden.
Nozizeptoren: Diese Rezeptoren sind für die Schmerzempfindung verantwortlich. Sie schützen uns vor Verletzungen, indem sie uns warnen, wenn wir uns in einer gefährlichen Situation befinden.
Propriozeptoren: Diese Rezeptoren geben Informationen über die Lage von Körperteilen und deren Bewegung im Raum. Sie sind für komplexe Bewegungen notwendig und helfen uns, das Gleichgewicht zu halten.

Zusätzlich zu diesen Rezeptoren gibt es auch noch andere Arten von Sinneszellen im somatosensorischen System, wie z. B. Haarfollikel-Rezeptoren, die bei einer Berührung reagieren.

Rezeptive Felder: Der Schlüssel zur räumlichen Wahrnehmung

In der Neurobiologie spielt das Konzept des rezeptiven Feldes eine zentrale Rolle für das Verständnis, wie das Nervensystem Sinnesreize verarbeitet. Die Struktur und Organisation rezeptiver Felder sind entscheidend für die Fähigkeit, die Umwelt differenziert wahrzunehmen, wie beim Tasten, Sehen, Hören oder Riechen.

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Ein rezeptives Feld ist das Areal, das von einer Sinneszelle aktiviert wird. Die Funktion rezeptiver Felder besteht darin, die räumliche und qualitative Organisation sensorischer Informationen im Nervensystem zu ermöglichen. Rezeptive Felder ermöglichen es, genau zu bestimmen, wo ein Reiz auftritt. Die Größe und Dichte der rezeptiven Felder bestimmen, wie fein Reize unterschieden werden können. Große rezeptive Felder haben ein geringes Auflösungsvermögen, weil viele sensorische Nervenfasern ein zentrales Neuron erreichen und dieses nicht mehr unterscheiden kann, wo genau der Reiz aufgetreten ist. Dagegen haben kleinere rezeptive Felder ein besseres Auflösungsvermögen, da weniger afferente Neurone auf ein zentrales treffen. Rezeptive Felder sind vor allem bei Sinnen zu betrachten, die eine räumliche Darstellung der Außenwelt erlauben.

Die Sinneszellen der Retina (Netzhaut) sind Zapfen und Stäbchen. Sie sind konvergent mit einer nachfolgenden Ganglienzelle verbunden. Alle Zapfen und Stäbchen, die mit genau einer Ganglienzelle verbunden sind, repräsentieren ein rezeptives Feld der Retina. Am genauesten ist die Verschaltung in der Fovea centralis, weil dort eine Sinneszelle direkt mit einer Ganglienzelle verbunden ist. Das ergibt eine sehr genau Auflösung und ist der Grund, warum die Fovea centralis der schärfste Ort des Sehens ist.

Die Zwei-Punkte-Diskrimination beschreibt die Fähigkeit, zwei gleichzeitig gesetzte Reize auf der Haut als zwei getrennte Punkte wahrzunehmen. In Körperregionen mit kleinen und dicht beieinanderliegenden rezeptiven Feldern (z. B. an den Fingerkuppen) reicht ein sehr geringer Abstand, damit zwei Reize verschiedene Neuronen aktivieren und somit als zwei Punkte erkannt werden. In Bereichen mit größeren rezeptiven Feldern (z. B. am Rücken) liegt eine niedrigere Rezeptordichte vor. Hier werden zwei nahe Punkte oft vom gleichen Neuron verarbeitet, wodurch sie als ein einziger Reiz wahrgenommen werden. In Regionen wie den Fingerkuppen, den Lippen oder der Zungenspitze sind die rezeptiven Felder sehr klein und dicht angeordnet. Dadurch kann das Nervensystem dort Reize besonders präzise lokalisieren und auch sehr nahe beieinanderliegende Reize unterscheiden.

Die Haut: Das größte Sinnesorgan

Die Haut ist mit einer Fläche von etwa 2 m² das größte Organ des Menschen. Sie ist reich an Mechanorezeptoren, die für die Funktionsfähigkeit des Tastsinns maßgeblich sind. Je mehr Mechanorezeptoren in einem Körperbereich vorhanden sind, desto größer ist die taktile Wahrnehmung. In den einzelnen Körperbereichen ist die Verteilung der sich in der Haut befindenden Mechanorezeptoren sehr unterschiedlich. So findet man an den Füßen, den Fingerkuppen, den Lippen und der Zunge eine hohe Dichte an Mechanorezeptoren. Am Rücken und Oberschenkel ist diese dagegen gering.

Mit Hilfe der Haut können physikalische Reize wie Vibrationen, Druck und Temperatur wahrgenommen werden. Diese werden zunächst in bioelektrische Signale umgewandelt und anschließend an die sensorische Rinde im Gehirn weitergeleitet. Somit kann die Haut auch unmittelbar Einfluss auf unser Wohlbefinden nehmen. Selbst über die Haare der Haut besteht eine Wahrnehmungsfähigkeit. So dehnt sich der Haarfollikel-Rezeptor bei einer Berührung.

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Die Zellen unserer obersten Hautschicht erneuern sich etwa alle 27 Tage vollständig. Dabei werden täglich ein bis zwei Gramm Hautschuppen von unserer Oberhaut (Epidermis) abgestoßen. Die Zellen der fünf Hautschichten werden in der zuunterst liegenden Basalzellschicht gebildet. Anschließend bewegen sie sich von dort zur Hautoberfläche. Auf ihrem Weg dorthin sterben sie indes allmählich ab. Ehe die Hautzellen abgestoßen werden, verkleben sie untereinander zu sogenannten Hornplättchen. Damit können sie noch eine äußerst effektive Schutzschicht bilden. Diese Wirkung wird durch eine, von den Talg- und Schweißdrüsen gebildete Wasser-Fett-Schicht verstärkt, die gegen Pilze sowie Bakterien schützt.

Die verschiedenen Arten von Mechanorezeptoren

Der Mensch verfügt über etwa 300 bis 600 Millionen Mechanorezeptoren für den Tastsinn. Damit bilden die Mechanorezeptoren anteilmäßig die größte Gruppe von Rezeptoren in den Hautschichten und reagieren dort auf Verformungen infolge von Berührungen. Die Mechanorezeptoren befinden sich nicht nur in der Haut, sondern ebenfalls in den Muskeln, Sehnen und Gelenken. Somit ist es uns möglich, unsere Position im Raum bestimmen zu können. Dabei unterscheiden sich die Rezeptoren für den Tastsinn in ihrer Funktion und Form.

Bei den Mechanorezeptoren kann man zwischen verschiedenen Arten unterscheiden, die spezielle Aufgaben zu erfüllen haben. Zu diesen Arten gehören:

Meissner-Körperchen: Die Meissner-Körperchen (Tastrezeptoren) findet man unter der Haut. Sie haben eine Länge von ca. 100 bis 150 Mikrometer und eine Breite von ca. 40 Mikrometern. Eine hohe Konzentration der Meissner-Körperchen findet man an den Fingerkuppen. In der Regel sind hier auf 1 mm² bis zu 24 derartige Rezeptoren angeordnet. Dies gestattet uns, Unterschiede von 4 Mikrometern Größe der Oberflächenstrukturen wahrzunehmen. Weiterhin findet man diese Rezeptoren beispielsweise in der Haut von unbehaarter Haut, Handflächen, Fußsohlen, Lidern, Lippen, Brustwarzen und äußeren Genitalien. Sie nehmen die Geschwindigkeit wahr, in welcher die Verformung an der Hautoberfläche durch eine Berührung erfolgt.
Merkel-Zellen: Der Durchmesser von Merkel-Zellen (Tastrezeptoren) beträgt etwa 10 Mikrometer. Ihre Aufgabe besteht darin, eine zeitlich anhaltende Berührung zu registrieren. Die Merkel-Zellen befinden sich beispielsweise in der Haut von Fußsohlen, Fingerspitzen, Handflächen, Brustwarzen, äußeren Geschlechtsorganen, Lippen, behaarter Haut und unbehaarter Haut.
Vater-Pacini-Körperchen: Die Vater-Pacini-Körperchen (Druckrezeptoren) sind in der Unterhaut, der Bauchspeicheldrüse, der Harnblase, den Sehnen und den Muskeln anzutreffen. Sie können eine Länge von bis zu 4 mm und einen Durchmesser von etwa 1 mm erreichen. Ihre Aufgabe besteht in der Wahrnehmung von Vibrationen und Druckveränderungen.
Ruffini-Körperchen: Die Ruffini-Körperchen verfügen über eine Länge von ca. 2 mm. Sie sind für die Messung der Stärke einer Dehnung verantwortlich. Diese findet man in der Haut (Lederhaut) auf der gesamten Körperoberfläche. Darüber hinaus sind diese Rezeptoren in den Wänden von Gefäßen, Bändern und Gelenken anzutreffen, wo sie für die Wahrnehmung von Dehnungsreizen verantwortlich sind.

Die Verarbeitung von Sinnesreizen im Gehirn

Der Sinnesreiz für das Tasten ist das Fühlen. Darüber erfolgt die Wahrnehmung von mechanischen Reizen, wie beispielsweise Vibrationen, Dehnungen oder Druck. Bei Verletzungen erfährt die Wahrnehmung des Sinnesreizes in Form von Kälte, Wärme und Schmerz eine deutliche Steigerung. Verantwortlich für die Aufnahme dieser Reize sind die in der Haut vorhandenen Sinnesrezeptoren, die sich je nach ihrer spezifischen Funktion in Tast-, Druck-, Thermo- und Schmerzrezeptoren einteilen lassen.

Diese Rezeptoren wandeln die Sinnesreize in bioelektrische Signale um. Die bioelektrischen Signale werden anschließend über die Nervenbahnen zum Gehirn weitergeleitet. Dort werden die Sinnesreize letztlich in einem speziellen Gehirnbereich, der sogenannten somatosensorische Rinde (somatosensorisches System), verarbeitet und treten in unser Bewusstsein.

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Die Aufgabe des somatosensorischen Systems besteht in der bewussten Empfindung von Sinneseindrücken aus der Haut, den inneren Organen und des Bewegungsapparates sowie des motorischen und vegetativen Nervensystems. Zudem dient es der Erhaltung des Wachzustandes des Gehirns.

Der somatosensorische Cortex: Die Landkarte des Körpers im Gehirn

Die Sinneseindrücke von verschiedenen Körperarealen haben im somatosensorischen Cortex festgelegte Verarbeitungsareale, die sich wie eine Karte lesen lassen. Die so genannten somatotopen Karten sind äußerst flexibel und lassen sich verändern, etwa durch regelmäßiges Üben eines Musikinstruments. Nach Amputationen übernimmt das Areal, das dem abgetrennten Körperteil zugeordnet war, neue Aufgaben. Gleichzeitig besteht ein Ungleichgewicht von hemmenden und Mechanismen und erleichterter Reizleitung im Cortex. Möglicherweise entstehen so auch Phantomschmerzen.

Im somatosensorischen Cortex sind nicht alle Körperregionen gleich stark repräsentiert. Je größer die Dichte an Rezeptoren in einem bestimmten Körperteil, desto größer ist auch der Bereich des somatosensorischen Cortex, der sich mit ihren Informationen beschäftigt. Die Fingerspitzen nehmen daher den größten Teil dieses landkartenähnlich organisierten Systems in der Hirnrinde ein, gefolgt von Lippen, Gesicht und Mund.

Die Anpassungsfähigkeit des Gehirns kann aber auch einen Nachteil mit sich bringen: Menschen, denen Gliedmaßen amputiert wurden, berichten in etwa der Hälfte aller Fälle von Schmerzen, die sich anfühlen, als kämen sie von dem abgetrennten Körperteil.

Die Bedeutung des Tastsinns für die Entwicklung

Der Tastsinn hat für den Menschen in jeder seiner Lebensphase eine große Bedeutung. Es beginnt nachweislich bereits schon während seiner Embryonalentwicklung. So kann beispielsweise ein wenige Wochen alter Fötus (ab 7. Schwangerschaftswoche) Greifbewegungen ausführen. Das heißt, dass der Tastsinn bereits vor dem Seh- und Hörsinn funktioniert. Damit kann der Tastsinn als eine Art Grundlage für die Entwicklung der anderen Sinne gedeutet werden.

Neugeborene benötigen für ihre Entwicklung Berührungsreize. Es ist allgemein bekannt, dass ein Entzug zu schwerwiegenden Entwicklungsstörungen führt. Durch das Berühren von Gegenständen erlernen Säuglinge und Kleinkinder ihre Umwelt zu verstehen und Zusammenhänge zu erkennen. Dies bedeutet für sie, später leichter komplexe Denkmuster entwickeln und abstrakte Inhalte erfassen zu können. In diesem Zusammenhang plädieren Experten für eine stärkere Förderung des Tastsinnes, insbesondere in der Schule.

Die Bedeutung des Tastsinns für soziale Interaktion

Über Berührung bestärken wir soziale Kontakte: In den Arm genommen zu werden, beruhigt in Notsituationen mehr als tausend Worte. Körperkontakt ist in verschiedenen Situationen für die meisten von uns normal.

Fühlen ist für uns viel existenzieller und wichtiger als das Sehen, Riechen oder Hören. Berührungsmangel ist daher für viele Menschen schwer zu ertragen. Es ist empirisch gut belegt, dass Berührungen uns glücklich machen und sogar das Immunsystem stärken. Kuscheln respektive Körperkontakt ist ja ein Coping-Mechanismus und hilft, Stress zu bewältigen. Für Babys ist Körperkontakt überlebenswichtig. Kein Säugling entwickelt sich gut ohne körperliche Stimulation. Es ist die erste Sprache, die wir lernen und eine elementare Form der Kommunikation. Ein in den Arm nehmen schenkt uns das Gefühl der Zugehörigkeit und Trost. Wenn uns das fehlt, dann kann das wie eine kleine seelische Folter empfunden werden, oder ein ungestilltes Bedürfnis, das uns schmerzt.

Haptische Informationen: Was eignet sich für die Aufnahme?

Für die Aufnahme haptischer Informationen gibt es verschiedene Möglichkeiten, die sich für die Finger, den Blindenlangstock und die Füße eignen:

Für die Finger: Braille- und Profilschriften, erhabene Strukturen für Bildzeichen (Piktogramme) und Reliefs, variierende Oberflächen- und Materialstrukturen, unterschiedliche Materialkombinationen wie Seide, Samt, Holz oder Pappmachee.
Für den Blindenlangstock und die Füße: Feste und widerstandsfähige Absperrsicherungen für Gefahrenstellen, ein Wechsel von Bodenbelägen (Innenbereich: Fließen, Holz und Textilbeläge - Außenbereich: Stein, Holz, Bodenindikatoren), Wechsel von Oberflächenstrukturen der Beläge (z. B. von glatten und fugenarmen Strukturen zu Rippen und Noppen).

Haptische Informationen: Was eignet sich nicht für die Aufnahme?

Für die Aufnahme haptischer Informationen gibt es auch einige Dinge, die sich nicht eignen:

Für die Finger: Eingravierungen, Materialien die eine hohe Haftung aufweisen, Sensortasten und Touch-Screens.
Für den Blindenlangstock und die Füße: Gefahrenstellen, die lediglich mit Flatterleinen oder Ketten gesichert sind, Ausstattungselemente, die nur in Brust- und Kopfhöhe angeordnet sind und somit die Gefahr eines Unterlaufens besteht, Bodenindikatoren.

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