News: Flinke Finger
Unsere Fingerspitzen sind nicht nur sehr feinsinnig, sie reagieren auch äußerst schnell - schneller als nach der Geschwindigkeit des Nervensystems eigentlich zu erwarten wäre.
© Roland Johansson, Ingvars Birznieks / Nature Neuroscience (Ausschnitt)
Stellen Sie sich vor, Sie stehen entspannt auf einer Party, ein Glas Rotwein in der Hand, andächtig den mehr oder weniger interessanten Ausführungen Ihres Gegenübers lauschend, als Sie plötzlich jemand anrempelt. Ihr Körper, der gerade mit ganz anderen Dingen beschäftigt war – schließlich will das reichhaltige Büfett verdaut, der Alkohol verbrannt sein, und auch mit der zu lauten Musik, die ein hintergründiges Gespräch fast unmöglich macht, muss Ihr Hirn irgendwie fertig werden –, wird schlagartig gefordert: Das Rotweinglas rutscht bedrohlich aus den Fingern.
In diesem Moment geschieht Folgendes: Die Berührungsrezeptoren Ihrer Fingerspitzen übersetzen den Tasteindruck des rutschenden Glases in elektrische Impulse, die als Aktionspotenziale vom Nervensystem ans Gehirn weitergeleitet werden; das Gehirn verarbeitet den Sinneseindruck und verwandelt es in Befehle für die Fingermuskulatur, sendet diese, wiederum codiert in Aktionspotenziale, zurück zum Finger, wo das Kommando "zugreifen" schließlich erfolgreich ausgeführt wird. Glück gehabt! Kein Rotweinfleck auf dem kostbaren Teppich, die entsprechenden Blicke des Gastgebers bleiben aus.
Das Ganze läuft in vielleicht 65 Millisekunden ab – und damit schneller als das Nervensystem die komplette Information überhaupt weiterleiten, verarbeiten und beantworten kann. Denn das Gehirn braucht, um die richtigen Maßnahmen in die Wege leiten zu können, Informationen über Art und Stärke des eintreffenden Reizes. Die Art des Sinneseindrucks erfährt es über die verschiedenen Mechanosensoren der Fingerspitzen, die in schnelle Berührungsrezeptoren – wie die Meißner- oder die Vater-Pacini-Körperchen – und langsame Druckrezeptoren – wie die Merkel- oder die Ruffini-Körperchen – unterteilt werden. Die Stärke wiederum wird verschlüsselt in der Frequenz der Aktionspotenziale: Je stärker der Reiz, desto kürzer wird der zeitliche Abstand zwischen den Signalen. Die Leitungsgeschwindigkeit stößt dabei an natürliche Grenzen, denn die Nervenzelle braucht eine gewisse Mindestzeit, um sich wieder zu regenerieren – zu lang, um ein rutschendes Glas aufzufangen.
Dieser Widerspruch ließ Roland Johansson und Ingvars Birznieks keine Ruhe, schließlich lassen wir nicht ständig etwas fallen. Das Gehirn muss irgendwie einen Weg gefunden haben, schneller an die notwendigen Informationen zu kommen.
Die beiden Wissenschaftler von der schwedischen Universität Umeå ließen daher 33 Versuchspersonen kleine Fingerübungen durchführen: Sie stimulierten die Fingerspitzen ihrer Probanden mit sanften Berührungsreizen und maßen dabei die elektrischen Aktivitäten der verschiedenen Nervenfasern.
Dabei stellte sich heraus, dass die Tastsinneszellen ihre Informationen nicht gleichzeitig losschickten. Vielmehr hing die Reihenfolge der gesendeten Signale systematisch von der Art des Reizes ab. Die Wissenschaftler konnten also aus der zeitlichen Reihenfolge der verschiedenen Nervenimpulse Rückschlüsse auf die Oberflächenform des von den Versuchspersonen ertasteten Gegenstandes sowie auf die Stärke der ausgeübten Kraft ziehen.
Und genauso sollte nach Ansicht der Forscher auch das Gehirn arbeiten: Bereits aus den allerersten eintreffenden Nervenimpulsen – also bevor sämtliche Signale komplett übermittelt sind – gewinnt es die wesentlichen Informationen und kann sofort entsprechend reagieren.
Der Beweis für die Hypothese von Johansson und Birznieks steht noch aus. Wenn sie jedoch zutrifft, dann hätte das Nervensystem eine elegante Methode gefunden, seine eigenen Grenzen zu überspringen – und kann damit so manchen verschütteten Rotwein vermeiden.
In diesem Moment geschieht Folgendes: Die Berührungsrezeptoren Ihrer Fingerspitzen übersetzen den Tasteindruck des rutschenden Glases in elektrische Impulse, die als Aktionspotenziale vom Nervensystem ans Gehirn weitergeleitet werden; das Gehirn verarbeitet den Sinneseindruck und verwandelt es in Befehle für die Fingermuskulatur, sendet diese, wiederum codiert in Aktionspotenziale, zurück zum Finger, wo das Kommando "zugreifen" schließlich erfolgreich ausgeführt wird. Glück gehabt! Kein Rotweinfleck auf dem kostbaren Teppich, die entsprechenden Blicke des Gastgebers bleiben aus.
Das Ganze läuft in vielleicht 65 Millisekunden ab – und damit schneller als das Nervensystem die komplette Information überhaupt weiterleiten, verarbeiten und beantworten kann. Denn das Gehirn braucht, um die richtigen Maßnahmen in die Wege leiten zu können, Informationen über Art und Stärke des eintreffenden Reizes. Die Art des Sinneseindrucks erfährt es über die verschiedenen Mechanosensoren der Fingerspitzen, die in schnelle Berührungsrezeptoren – wie die Meißner- oder die Vater-Pacini-Körperchen – und langsame Druckrezeptoren – wie die Merkel- oder die Ruffini-Körperchen – unterteilt werden. Die Stärke wiederum wird verschlüsselt in der Frequenz der Aktionspotenziale: Je stärker der Reiz, desto kürzer wird der zeitliche Abstand zwischen den Signalen. Die Leitungsgeschwindigkeit stößt dabei an natürliche Grenzen, denn die Nervenzelle braucht eine gewisse Mindestzeit, um sich wieder zu regenerieren – zu lang, um ein rutschendes Glas aufzufangen.
Dieser Widerspruch ließ Roland Johansson und Ingvars Birznieks keine Ruhe, schließlich lassen wir nicht ständig etwas fallen. Das Gehirn muss irgendwie einen Weg gefunden haben, schneller an die notwendigen Informationen zu kommen.
Die beiden Wissenschaftler von der schwedischen Universität Umeå ließen daher 33 Versuchspersonen kleine Fingerübungen durchführen: Sie stimulierten die Fingerspitzen ihrer Probanden mit sanften Berührungsreizen und maßen dabei die elektrischen Aktivitäten der verschiedenen Nervenfasern.
Dabei stellte sich heraus, dass die Tastsinneszellen ihre Informationen nicht gleichzeitig losschickten. Vielmehr hing die Reihenfolge der gesendeten Signale systematisch von der Art des Reizes ab. Die Wissenschaftler konnten also aus der zeitlichen Reihenfolge der verschiedenen Nervenimpulse Rückschlüsse auf die Oberflächenform des von den Versuchspersonen ertasteten Gegenstandes sowie auf die Stärke der ausgeübten Kraft ziehen.
Und genauso sollte nach Ansicht der Forscher auch das Gehirn arbeiten: Bereits aus den allerersten eintreffenden Nervenimpulsen – also bevor sämtliche Signale komplett übermittelt sind – gewinnt es die wesentlichen Informationen und kann sofort entsprechend reagieren.
Der Beweis für die Hypothese von Johansson und Birznieks steht noch aus. Wenn sie jedoch zutrifft, dann hätte das Nervensystem eine elegante Methode gefunden, seine eigenen Grenzen zu überspringen – und kann damit so manchen verschütteten Rotwein vermeiden.
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