Reizweiterleitung im sensorischen System: Grundlagen und Mechanismen

Die Reizweiterleitung im sensorischen System ist ein fundamentaler Prozess, der es uns ermöglicht, die Welt um uns herum wahrzunehmen und auf sie zu reagieren. Sie umfasst die Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung von Reizen durch spezialisierte Nervenzellen und Gehirnareale. Dieser Artikel beleuchtet die Grundlagen der Reizweiterleitung, ihre neurobiologischen Grundlagen, ihre Bedeutung in der medizinischen Ausbildung und gibt Einblicke in alltägliche Beispiele.

Was ist Reizverarbeitung?

Reizverarbeitung, auch bekannt als sensorische Verarbeitung, bezieht sich auf die Art und Weise, wie der Körper sensorische Informationen aufnimmt, interpretiert und darauf reagiert. Diese Reize können vielfältig sein, wie Geräusche, Licht, Geschmack oder Berührungen. Wenn man beispielsweise eine heiße Tasse Tee anfasst, senden die Nerven in der Hand ein Signal an das Gehirn, das signalisiert: "Heiß!". Das Gehirn interpretiert dieses Signal und erzeugt das Gefühl von Hitze, was dazu führen kann, dass man die Tasse loslässt.

Reiz bezeichnet jede Art von Information oder Einfluss, der auf den Körper einwirkt und eine Reizreaktion auslöst. Diese Reize können physikalischer, chemischer oder biologischer Natur sein und sind entscheidend für die Funktionsweise des Nervensystems. In der Neurologie, einer medizinischen Fachrichtung, die sich mit Erkrankungen des Nervensystems befasst, ist das Verständnis von Reizen und deren Reaktionen zentral für die Entwicklung von Therapieansätzen.

Reizverarbeitung einfach erklärt

Reizverarbeitung, also wie das Gehirn und der Körper auf Reize reagieren, ist ein faszinierender Prozess. Der Geschmackssinn ist direkt mit dem Geruchssinn verbunden. Bei einer verstopften Nase schmecken viele Speisen anders oder weniger intensiv. Ein lauter Knall führt dazu, dass die Ohren reagieren und ein Signal an das Gehirn senden, das den Lärm identifiziert und analysiert. Das Gehirn kann dann eine Reaktion auslösen, wie das Zusammenzucken oder Wegdrehen.

Reizverarbeitung im Nervensystem

Die Reizverarbeitung findet hauptsächlich im Nervensystem statt, das aus dem zentralen Nervensystem (Gehirn und Rückenmark) und dem peripheren Nervensystem (alle anderen Nerven im Körper) besteht.

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Ablauf der Reizverarbeitung im Nervensystem

1. Reizaufnahme: Ein Reiz wird durch spezialisierte Zellen, sogenannte Rezeptoren, wahrgenommen.
2. Signalumwandlung: Die Rezeptoren wandeln den Reiz in ein elektrisches Signal um.
3. Signalweiterleitung: Dieses Signal wird über Nervenbahnen zum Gehirn geleitet.
4. Signalverarbeitung: Das Gehirn interpretiert das Signal und leitet eine entsprechende Reaktion ein.

Manchmal können mehrdeutige Reize mehrere Interpretationen im Gehirn auslösen. Der 'Stroop-Effekt', ein Phänomen der Wahrnehmungspsychologie, zeigt, wie komplex und fein abgestimmt die Reizverarbeitung ist. Hierbei ist die Benennung der Farbe eines gedruckten Wortes schwieriger, wenn die Farbe des Wortes mit dem geschriebenen Wort selbst nicht übereinstimmt.

Reizverarbeitung im Gehirn

Die Reizverarbeitung im Gehirn ist ein entscheidender Prozess, der beeinflusst, wie wir die Welt um uns herum wahrnehmen und darauf reagieren.

Wie das Gehirn Reize verarbeitet

Das Gehirn empfängt kontinuierlich eine Flut von Reizen aus der Umgebung und dem Körper. Diese werden in spezifische Bereiche des Gehirns geleitet, die für die Interpretation und Reaktion auf die jeweiligen Reize zuständig sind.

Einige der Hauptbereiche, die an der Reizverarbeitung beteiligt sind, umfassen:

• Thalamus: Dient als Umschaltzentrale für sensorische Informationen.
• Hippocampus: Spielt eine Schlüsselrolle beim Erinnern und Verarbeiten neuer Informationen.
• Hypothalamus: Regelt grundlegende Körperfunktionen wie Hunger, Durst und Temperatur.
• Neokortex: Verantwortlich für höher entwickelte kognitive Funktionen.

Wenn man beispielsweise einen Ball sieht, registrieren die Augen das Bild und senden es an den Thalamus. Der Thalamus leitet die Information an den visuellen Kortex weiter, wo das Bild interpretiert wird. Die motorischen Zentren im Gehirn aktivieren dann die Muskeln, um den Ball zu fangen.

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Interessanterweise kann das Gehirn irrelevante oder sich wiederholende Reize ausfiltern. Dies wird als sensorische Anpassung bezeichnet. Ein Beispiel dafür ist das Tragen einer Uhr: Nach einer Weile nimmt man das Gefühl der Uhr auf der Haut nicht mehr wahr, weil das Gehirn diese Information als unwichtig einstuft.

Neurobiologische Grundlagen der Reizverarbeitung

Die neurobiologischen Grundlagen der Reizverarbeitung sind komplex und beinhalten ein Netzwerk aus Neuronen, die durch synaptische Verbindungen miteinander kommunizieren.

Wichtige Komponenten

• Neuronen: Basiszellen des Nervensystems, die elektrische Signale übertragen.
• Dendriten: Verzweigte Ausstülpungen eines Neurons, die Signale empfangen.
• Axon: Langer Fortsatz eines Neurons, der Signale weiterleitet.
• Synapse: Verbindungsstelle zwischen zwei Neuronen, an der die Signalübertragung stattfindet.

Reize erzeugen elektrische Impulse, die über Axone an Synapsen weitergeleitet werden. An den Synapsen werden chemische Neurotransmitter freigesetzt, die Signale an das nächste Neuron weitergeben. Dieser Prozess wiederholt sich, bis der Reiz im Gehirn verarbeitet wird.

Manche Neurotransmitter wie Dopamin spielen eine Rolle bei der Belohnungswahrnehmung und Motivation. Die Geschwindigkeit der Reizweiterleitung kann durch die Myelinscheiden um die Axone erhöht werden. Diese Fettschichten wirken wie eine Isolierung und ermöglichen eine schnellere Signalübertragung durch den Prozess der saltatorischen Erregungsleitung. Bei Erkrankungen wie Multipler Sklerose sind diese Myelinscheiden beschädigt, was zu einer verlangsamten Signalübertragung und verschiedenen neurologischen Symptomen führt.

Neuronen: Die Bausteine des Nervensystems

Neuronen sind Nervenzellen. Während Dendriten maximal einige hundert Mikrometer kurz sind, können Axone beim Menschen zwischen 0,1 Millimeter und über einem Meter (oder sogar bis zu 4 Meter) lang sein. Das Axoplasma innerhalb des Axons umfasst mehr als 90 % des Zytosols. Der Axonhügel ist der Ursprung des elektrischen Signals der Nervenzelle und verbindet Zellkern und Axon. Am Ende eines Axons befinden sich Terminale, die die Information der präsynaptischen Zelle über chemische Synapsen an postsynaptische Zellen weitergeben. Axone können eine Myelinscheide aus Schwannzellen haben. Diese “isoliert” die elektrische Leitung des Axons und bewirkt mittels der Schnürringe, an denen die Isolierung unterbrochen ist, eine regelmäßige Verstärkung des weiterzuleitenden elektrischen Signals. Docken genug Neurotransmitter an die exzitatorischen Rezeptoren eines Neurons und wenig genug an inhibitorische Rezeptoren, wird ein Aktionspotenzial ausgelöst. Das menschliche Gehirn hat ca. glutamaterg - ca. GABAerg - ca. serotonerg - ca. dopaminerg - ca. noradrenerg - ca. Entgegen früherer Annahmen sind Neuronen nicht strick auf einzelne Neurotransmitter beschränkt.

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Unipolare, bipolare und multipolare Neuronen

Bei unipolaren Neuronen ist das Axon ein Zweig des Dendriten. Bipolare Neuronen haben ein ovales Soma, aus dem auf der einen Seite der Dendritenbaum und auf der anderen das Axon entspringen. Bei multipolaren Neuronen entspringen dem Soma eine Vielzahl von Dendriten sowie ein Axon.

Gliazellen: Unterstützende Zellen im Nervensystem

Im Nervensystem von Wirbeltieren finden sich 2- bis 10-mal so viele Gliazellen wie Neuronen.

Astrozyten

Die sternförmigen Astrozyten sind die größten Gliazellen. Sie ernähren die Neuronen über Kontakte zu Blutgefäßen. Astrozyten (Astroglia) ist der Name dieser Zellen im zentralen Nervensystem. Astrozyten und die von ihnen abgesonderten Faktoren (u.a.

Oligodendrozyten

Bilden im ZNS die Myelinscheiden um Axone.

Mikroglia

Mikroglia sind Immuneffektorzellen im ZNS. Sie zählen lediglich formal zur Familie der Gliazellen. Sie werden bei Krankheiten oder Verletzungen aktiv. Dann vermehren sie sich und verschlingen tote oder absterbende Neuronen.

Synaptische Integration

Synaptische Plastizität bezeichnet die Fähigkeit des Gehirns, neue Verbindungen zwischen Nervenzellen zu erstellen, was im Ergebnis Wissen und Erfahrung repräsentiert, und diese wieder zu entfernen. Die Signalabschwächung wird von einem angrenzenden modulierenden Interneuron gesteuert und ist nicht von der Aktivität des präsynaptischen oder postsynaptischen Neurons abhängig. Z.B. Langsame Selbsthemmung (SSI) ist ein Prozess, der die neuronale Erregbarkeit unterdrückt.

Neurotransmitter: Chemische Botenstoffe

Neurotransmitter sind Botenstoffe, die Informationen an chemischen Synapsen zwischen Nerven übertragen. Beispiele sind Dopamin, Noradrenalin, Serotonin, Acetylcholin, GABA und Glutamat. Neurotransmitter bewirken durch ihre Ausschüttung an den Synapsen eine chemische Reizweiterleitung bzw. Andere Botenstoffe, die Hormone, vermitteln ihre Wirkung langsam über die Blutbahn an weiter entfernte Zielorgane (z.B. Manche Stoffe wirken zugleich als Neurotransmitter wie als Hormone (z.B. Noradrenalin, Serotonin, Histamin).Manche Stoffe wirken zugleich als Neurotransmitter als auch als Hormone (z.B.

Neurotransmitter werden idR im Cytosol des Zellkerns synthetisiert, in Vesikel verpackt und über die Mikrotubuli durch die Axone zu den Nerventerminalen transportiert, wo sich die sendenden Synapsen befinden. Die Transportgeschwindigkeit in den Axonen ist je nach Substanz unterschiedlich und beträgt bis zu 5 µm/Sekunde = ca. 40 cm / Tag. Manche Neurotransmitter werden auch erst auf Anforderung an den Axon-Endigungen synthetisiert (z.B. Die Freisetzung von Neurotransmittern wird durch einen Anstieg des intrazellulären Ca2+ ausgelöst. Auf das Aktionspotenzial hin werden die Neurotransmitter aus den Nerventerminalen in den synaptischen Spalt ausgeschüttet, indem sich die Vesikel mit der Membran verbinden. Im synaptischen Spalt docken sie an postsynaptischen (selten auch “retrograd” an präsynaptischen, wie z.B.

Danach lösen sich die Neurotransmitter wieder von den postsynaptischen Rezeptoren und werden im oder am Rande des synaptischen Spalts durch präsynaptische Transporter in die sendende Zelle wiederaufgenommen. In der Zelle werden sie entweder erneut in Vesikel eingelagert bis zur nächsten Ausschüttung, oder durch abbauende Enzyme verstoffwechselt (z.B. Eine optimale Informationsübertragung erfordert - jedenfalls bei Katecholaminen (wie Dopamin, Noradrenalin, Adrenalin) - einen optimalen Neurotransmitterspiegel. Ein verringerter wie ein erhöhter Spiegel beeinträchtigt die Signalübertragung. Eine optimale Informationsübertragung zwischen Gehirnsynapsen erfordert einen optimalen Pegel der beteiligten Neurotransmitter. Neurotransmitter wirken je nach Rezeptor, an den sie andocken, exzitatorisch (aktivierend) oder inhibierend (hemmend) auf die nachfolgende Nervenzelle.

Rezeptoren: Andockstellen für Botenstoffe

Rezeptoren sind empfangende Andockstellen für Botenstoffe. Biased ligands sind Liganden, die bei Rezeptoren die Signalisierung nur über bestimmte Signalpfade auslösen. G-Protein gekoppelte Rezeptoren vermitteln ihr Signal über verschiedene G-Proteine (GTPasen; 20 trimere und mehr als hundert “kleine” G-Proteine). Inverser Agonist: Bindet an spontanaktiven Rezeptor und verringert dessen Aktivität. Antagonist: bindet an Rezeptor ohne eigene Wirkung. Irreversibler Antagonist: Löst sich nicht mehr von Rezeptor, weil er eine stabile, dauerhafte oder nahezu dauerhafte chemische Verbindung bildet (z.B. Nicht-kompetitiver Antagonist: kann gleichzeitig Agonist und Antagonist binden. Reversibler kompetitiver Antagonist: Agonist und Antagonist gehen kurzzeitige Bindungen mit dem Rezeptor ein. Beispiel: Der Opioidrezeptorantagonist Naloxon, kurz vor dem Agonisten Morphin gegeben, blockiert die Wirkung des Agonisten Morphin. Beispiel: Pentazocin aktiviert Opioidrezeptoren und blockiert zugleich deren Aktivierung durch andere Opioide.

Zahlreiche GPC-Rezeptoren (z.B. Rezeptoren befinden sich im Gleichgewicht zwischen dem aktiven und dem inaktiven Zustand. Rezeptoren können verschiedene Bindungsstellen haben. An der orthosterischen Bindungsstelle binden Agonisten (aktivieren Rezeptor) und Antagonisten (hemmen Rezeptor). Ein allosterischer Modulator verändert somit die Effekte eines orthosterischen Liganden (z.B. eines Agonisten oder inversen Agonisten) an einem Zielprotein (in der Regel einem Rezeptor) indem er an eine andere (allosterische) Bindungsstelle als die orthosterische Agonistenbindungsstelle binden. Ago-allosterischer Modulator: wirkt als allosterischer Agonist (Aktivator) wie auch als allosterischer Modulator. Off-target Allosterisierung: Modulator bindet an ein Partner-Protein. Unter anderem die Rezeptoren für Dopamin, Noradrenalin, Cannabinoide, Adenosin, Serotonin und Opioid sind Mitglieder der GPCR-Familie. Agonisten können eine zeit- und temperaturabhängige Endozytose (Internalisierung) auslösen. Der Rezeptor, der einen Liganden gebunden hat, wird durch eine Kinase (G-Protein-gekoppelte Rezeptorkinase, GRK) phosphoryliert. Diese Phosphorylierung stabilisiert die Bindung zwischen dem Rezeptor und Arrestinen. Die Signalkette eines Rezeptors wird (unabhängig von der Ligandenbindung) aufgrund einer Aktivierung anderer Rezeptoren auf der Zelloberfläche unterbrochen bzw. verringert. Die aktivierten Rezeptoren aktivieren über Second-Messenger-Kinasen (z.B.

Ruhemembranpotential und Aktionspotential

Neuronen enthalten im Ruhezustand in ihrem Inneren eine um durchschnittlich 65 mV (je nach Zellart zwischen 45 und 90 mV) niedrigere Spannung als der extrazelluläre Raum. Dieser Spannungsunterschied entsteht, indem die sogenannte Natrium-Kalium-Pumpe (Natrium-Kalium-ATPase, ein Membranprotein), Natriumionen aus dem Zellinneren gegen Kaliumionen aus dem Extrazellulärraum tauscht. In den Zellen befinden sich dann im Ruhezustand rund 1/10 an Natriumionen und das 20-fache an Kaliumionen wie extrazellulär. Das extrazelluläre Natrium- und Kaliumionenniveau wird durch die Nieren und die Astrozyten aufrechterhalten. Ein Aktionspotential (ein schneller Spannungsanstieg um +10 mV, z.B. von -65 auf -55 mV) macht die Zellmembran durchlässiger für Natriumionen als für Kaliumionen. Der dadurch gesteigerte Eintritt von Natriumionen erhöht die Zellwanddurchlässigkeit für Natriumionen weiter, sodass immer mehr Natriumionen eintreten. Dadurch verringert sich die negative Spannung schlagartig und verkehrt sich sogar kurzfristig (für rund 1 ms) ins Positive auf + 40 mV (“Overshoot”).

Das Aktionspotential ist eine Alles-oder-Nichts-Entscheidung. Das Aktionspotential bleibt über die gesamte Strecke im Axon konstant. Dabei wird die Membranspannung zunächst noch negativer, als das ursprüngliche Ruhepotential war (Hyperpolarisation). Spannung steigt (langsam oder schnell) in Richtung Schwellenpotenzial, z.B. Absolute Refraktärphase: Zeitspanne kurz nach dem Overshoot, vor Abschluss der Repolarisation. Rezeptorsignale werden beispielsweise durch periphere sensorische Reize ausgelöst. Ein Rezeptorsignal entspricht in Dauer und Stärke der Intensität des Reizes, ist aber insgesamt relativ schwach. Es reicht innerhalb des Neurons nur wenige Millimeter weit. Nach einem Millimeter hat es bereits zwei Drittel seiner Energie verloren. Synaptische Signale werden durch Neurotransmitterbindung an empfangenden Synapsen an Dendriten ausgelöst. Sie sind, wie das Rezeptorsignal, graduell je nach Menge der aktivierten Rezeptoren. Synaptische Signale werden am Axonhügel des Neurons aufsummiert. Auch wenn ein Aktionspotential immer gleich stark ist, kann es durch die Häufigkeit und Frequenz seiner Abfolge eine graduell abgestufte Neurotransmitterausschüttung bewirken und so wieder unterschiedlich starke Signale an die postsynaptisch verbundenen Zellen weitergeben. Wird ein Aktionspotential nur einmal ausgelöst.

Blut-Hirn-Schranke

Nur fettlösliche Substanzen mit einem Molekulargewicht unter 500 Da können durch die Blut-Hirn-Schranke diffundieren, wie z.B. Nikotin, Alkohol, Blutgase oder Narkotika wie Halothan, nicht aber Ionen oder polare Substanzen wie Glucose.

Gehirnbereiche und ihre Funktionen

Das menschliche Gehirn besteht aus verschiedenen Bereichen, die jeweils spezifische Funktionen erfüllen.

Afferente und efferente Nerven

Afferente Nerven leiten sensorische Signale z.B. Jedes autonome Erfolgsorgan erhält aktivierenden sympathischen und beruhigenden parasympathischen Input.

Gehirnstruktur

Das Gehirn enthält rund 1629 oder 19 (bei Frauen) bis 23 Milliarden bei Männern. Allocortex (älter; z.B. Hippocampus): 3 Schichten. Isocortex (jünger, Neokortex; 90 % des menschlichen Cortex): 6 Schichten.

Reizverarbeitung in der medizinischen Ausbildung

Die Reizverarbeitung spielt eine zentrale Rolle in der medizinischen Ausbildung. Das Verständnis, wie der Körper auf verschiedene Reize reagiert, ist essenziell für angehende Mediziner.

Bedeutung der Reizverarbeitung im Medizinstudium

Im Medizinstudium lernt man, wie der Körper Reize verarbeitet und welche Auswirkungen Störungen in diesem Prozess haben können. Dieses Wissen hilft, besser zu verstehen, wie Krankheiten diagnostiziert und behandelt werden können.

Die Reizverarbeitung umfasst verschiedene Bereiche der Medizin:

• Neurologie: Untersuchung von Störungen des Nervensystems.
• Pädiatrie: Erkennen von Entwicklungsstörungen bei Kindern.
• Psychiatrie: Behandlung von psychischen Erkrankungen, die durch gestörte Reizverarbeitung verursacht werden können.

Ein grundlegendes Verständnis der Reizverarbeitung hilft, komplexe Krankheitsbilder besser zu erfassen. Neurologie spielt eine entscheidende Rolle in der Diagnose und Therapie von Erkrankungen, die die Funktion des Nervensystems beeinträchtigen.

Praktische Übungen zur Reizverarbeitung

Praktische Übungen sind ein wesentlicher Bestandteil des Medizinstudiums. Sie helfen, theoretisches Wissen in die Praxis umzusetzen. Einige Beispiele für praktische Übungen zur Reizverarbeitung sind:

• Die Reaktion des Knies auf einen Schlag mit einem Reflexhammer testen. Das Studium des Reflexbogens bietet Einblick, wie schnell und präzise das Nervensystem Reize verarbeitet.
• In fortgeschrittenen Kursen EEG-Messungen (Elektroenzephalographie) durchführen, um die elektrische Aktivität im Gehirn zu analysieren. Dies ist besonders nützlich zur Diagnose von Epilepsie und anderen neurologischen Störungen. EEGs zeigen, wie unterschiedliche Teile des Gehirns auf verschiedene Reize reagieren und ermöglichen eine detaillierte Untersuchung von Reizverarbeitungsprozessen.

Durchführung der Reizverarbeitung: Schritt für Schritt

Reizverarbeitung ist ein komplexer Prozess, bei dem verschiedene Schritte nacheinander ablaufen.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

Um die Reizverarbeitung besser zu verstehen, ist es hilfreich, die einzelnen Schritte im Detail kennenzulernen.

1. Reizaufnahme: Spezialzellen oder Rezeptoren im Körper nehmen den Reiz wahr.
2. Signalumwandlung: Die Rezeptoren verwandeln den Reiz in elektrische Signale.
3. Signalweiterleitung: Diese Signale werden über Nervenbahnen ans Gehirn weitergeleitet.
4. Signalverarbeitung: Das Gehirn interpretiert die Signale und leitet eine Reaktion ein.
5. Reaktion: Die Reaktion erfolgt über entsprechende Muskel- oder Drüsenaktivität.

Ein faszinierendes Phänomen der Reizverarbeitung ist die 'bottom-up' und 'top-down' Verarbeitung. Bei der 'bottom-up' Verarbeitung werden sensorische Informationen gesammelt und zum Gehirn gesendet, wo sie analysiert werden. Umgekehrt beginnt die 'top-down' Verarbeitung mit kognitiven Prozessen im Gehirn, die dann die Wahrnehmung und Interpretation sensorischer Informationen beeinflussen. Beide Prozesse arbeiten häufig gemeinsam, um eine präzise Wahrnehmung zu gewährleisten. Die Reizverarbeitung kann durch psychologische Faktoren wie Aufmerksamkeit und Erwartung beeinflusst werden, was zur 'top-down' Verarbeitung beiträgt.

Reizverarbeitung: Beispiele im Alltag

Reizverarbeitung findet ständig und überall im Alltag statt.

Beispiele

• Den Duft einer heißen Tasse Tee wahrnehmen: Nase und Gehirn durchlaufen eine Serie von Schritten, um den Geruch zu identifizieren und Durst auszulösen.
• Das Hören eines Weckers am Morgen, was den Körper dazu veranlasst, aufzuwachen.
• Das Sehen von rotem Licht an einer Ampel, wodurch man anhält.
• Das Fühlen von kaltem Wind, was dazu bringt, eine Jacke anzuziehen.

In sozialen Situationen spielt die Reizverarbeitung eine wichtige Rolle. Das Gehirn muss mehrere Reize gleichzeitig verarbeiten, wie Gesichtsausdrücke, Tonfall und Körperhaltung, um soziale Interaktionen erfolgreich zu meistern.

Störungen der Reizverarbeitung

Störungen bei der Reizverarbeitung können sensorische Überempfindlichkeit, sensorische Unterempfindlichkeit, auditive Verarbeitungsstörungen und taktile Abwehr umfassen. Um deine Reizverarbeitung zu verbessern, kannst du regelmäßig Achtsamkeits- und Entspannungsübungen wie Meditation oder Yoga praktizieren. Auch körperliche Bewegung, ausreichend Schlaf und eine gesunde Ernährung tragen dazu bei.

Analoge und digitale Codierung im Nervensystem

Informationen über die Lautstärke von Tönen und Geräuschen werden zwischen den Nervenzellen des Nervensystems weitergeleitet, wobei es zu einem ständigen Wechsel zwischen analoger und digitaler Codierung kommt.

Analoge Codierung

Wird ein Reiz von den Sinnesorganen aufgenommen, so verändert sich das Membranpotenzial an den Nervenzellen, die den entsprechende Sinneszellen nachgeschaltet sind. Die elektrische Spannung an der Membran der Nervenzelle wird verändert. Sie wird erregt. In den Dendriten und dem Zellkörper der Nervenzelle kommt es noch nicht zu einem Aktionspotenzial. Es kommt nur zu einer passiven Potenzialverschiebung. Die Information über den Reiz wird analog codiert: D.h. Die Reizstärke wird in Form der Amplitude der Potenzialverschiebung codiert. Diese Veränderung in der elektrischen Spannung setzt sich fort bis zum Axonhügel, welcher in das Axon übergeht. Ein bestimmter Amplitudenwert muss dabei überschritten werden, damit der Reiz überhaupt wahr genommen wird, denn die Entstehung von Aktionspotentialen erfolgt nach dem “Alles oder Nichts Prinzip”. Der zu überschreitende Wert nennt sich Schwellenpotential. Töne, welche sehr leise sind verursachen also im Soma der Nervenzelle keine ausreichende Potenzialverschiebung, sodass kein Aktionspotential wahrgenommen werden kann.

Digitale Codierung

Im Axon werden diese Aktionspotentiale dann weitergeleitet. Da es sich nun um Aktionspotentiale handelt, welche stets eine gleich große Amplitude aufweisen, kann die Codierung nun nicht mehr analog erfolgen. Es erfolgt die Codierung digital. Demnach erfolgt die Abfolge der Aktionspotentiale bei einem starken Reiz schneller. Die Frequenz ist also größer.

Räumliche und zeitliche Summation

Es ist aber möglich, dass an den Dendriten einer Nervenzelle mehrere Synapsen aktiv sind oder dass eine Synapse in sehr kurzen Abständen immer wieder Impulse sendet. Mehrere schwache Signale können zusammen dann ein Aktionspotenzial auslösen. Eine räumliche Summation liegt vor, wenn mehrere Synapsen schwache Signale senden, die dann im Soma aufgerechnet werden. Von zeitliche Summation spricht man dann, wenn eine Synapse in kurzen Abständen schwache Signale sendet, die addiert werden. So ist es beispielsweise auch möglich sehr leise Töne überhaupt wahrzunehmen.

Umcodierung von Informationen

Eine aufgenommene Information wird im Nervensystem mehrfach umcodiert. Eine Information wird zunächst von den Sinneszellen in elektrische Erregung umgewandelt. Danach wird die Information abwechselnd analog und digital codiert. Im Axon erfolgt die Codierung digital in Form von Aktionspotenzialen. So kann das Gehirn die Stärke eines Reizes ermitteln und die entsprechenden Signale für eine Reaktion senden.

Reflexe und bewusste Handlungen

Bei der Wahrnehmung eines äußeren Reizes antwortet der Körper mit einer Reaktion. Bewusste Handlungen sind Reaktionen, die man mit seinem Willen steuert. Man nimmt den Reiz also bewusst wahr und wählt daraufhin eine Handlungsoption aus. Reflexe sind Reaktionen, die unbewusst passieren, also automatisch ablaufen. Reflexe haben die Aufgabe, vor Gefahren zu schützen und müssen möglichst schnell ausgelöst werden.

Beispiele für Reflexe und bewusste Handlungen

• Reflex: Ein Staubkorn fliegt ins Auge, man blinzelt.
• Bewusste Handlung: Ein Ball kommt zugeflogen, man fängt ihn.

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