Vorlesung Prof. Dr. Adrian Schwaninger 135

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1 Vorlesung Prof. Dr. Adrian Schwaninger 135

2 Überblick Einleitung Psychophysik Wahrnehmung: Sinnesorgane Prozesse und Grundprinzipien Sehen Hören Propriozeption Tastsinn Geschmackssinn Geruchssinn Wahrnehmungsorganisation Wahrnehmungsinterpretation Aufmerksamkeit Auditive Aufmerksamkeit Visuelle Aufmerksamkeit Zentrale Aufmerksamkeit Objekterkennung Anwendungsbeispiel Luftsicherheit 2015 Prof. Dr. Adrian Schwaninger 136

3 Mechanorezeptoren in der Haut (Aus Goldstein, 2008) 2015 Prof. Dr. Adrian Schwaninger 137

4 2015 Prof. Dr. Adrian Schwaninger (Aus Goldstein, 2008) 138

5 Homunculus Somatosensorischer Cortex S1 und S2 (Aus Goldstein, 2008) 2015 Prof. Dr. Adrian Schwaninger 139

6 (Stellung der Gliedmassen und Berührung) (Temperatur & Schmerz) 2015 Prof. Dr. Adrian Schwaninger (Aus Goldstein, 2008) 140

7 2015 Prof. Dr. Adrian Schwaninger (Aus Goldstein, 2008) 141

8 Rezeptive Felder und Detailauflösung Das rezeptive Feld einer Nervenzelle (Neuron) im somatosensorischen Sinnessystem ist das Areal auf der Haut, dessen Stimulation die Aktivität der Nervenzelle beeinflusst. Die Detailauflösung für Hautreize ist unterschiedlich je nach Körperregion (Verteilung der Zweipunktschwelle). Die hervorragende Detailauflösung an bestimmten Körperstellen (z.b. an den Fingern) wird dadurch erreicht, dass die Finger durch eine grosse Anzahl kortikaler Neuronen repräsentiert werden und jedes dieser Neuronen nur Information aus einem sehr kleinen Bereich auf der Haut erhält. (Aus Goldstein, 2008) 2015 Prof. Dr. Adrian Schwaninger 142

9 Rezeptive Felder und Detailauflösung (Aus Goldstein, 2015) Stimulation von zwei Punkten auf dem Finger führt zu Aktivierung von getrennten Stellen im Fingerareal des Cortex. Stimulation gleich naher Punkte auf dem Arm aktiviert überlappende Stellen des Armareals im Cortex Prof. Dr. Adrian Schwaninger 143

10 Tastsinn Der Tastsinn besteht eigentlich aus 4 verschiedenen Sinnen: dem Drucksinn, dem Wärme- und Kältesinn und dem Schmerzsinn. Andere Hautempfindungen sind Abwandlungen der 4 Grundqualitäten (Druck, Wärme [entweder sehr niedrige oder sehr hohe Temperaturen] und Schmerz). Benachbarte Druckstellen zu streicheln, lässt ein Kitzeln aufkommen. Wiederholtes sanftes Streicheln eines Schmerzpunktes führt zu Juckgefühl. Berühren von benachbarten kälte- und druckempfindlichen Punkten löst ein Gefühl von Nässe aus, das man spüren kann, wenn man trockenes, kaltes Metall anfasst. Durch Stimulation von benachbarten kälte- und wärmeempfindlichen Punkten wird eine Empfindung von heiss erzeugt (Abbildung) Prof. Dr. Adrian Schwaninger 144

11 Gummihandtäuschung Wenn die Versuchsleiterin gleichzeitig die wirkliche und die nachgebaute Hand einer Versuchsteilnehmerin berührt, hat diese das Gefühl, als wäre die sichtbare nachgebaute Hand ihre eigene Prof. Dr. Adrian Schwaninger 145

12 Schmerzwahrnehmung Die Gate-Control-Theorie besagt, dass das Rückenmark über ein neurologisches»tor«(»gate«) verfügt, das Schmerzsignale aufhält oder zum Gehirn durchlässt. Das»Tor«wird geöffnet durch die Aktivität von Schmerzsignalen, die über feine Nervenfasern nach oben steigen und geschlossen durch die Aktivität in dickeren Fasern oder durch vom Gehirn kommende Informationen. Beeinflussung durch die Aktivität in dickeren Fasern, Beispiele: Behandlung von chronischen Schmerzen durch Stimulation der dickeren Fasern (Massage, elektrische Stimulation, Akkupunktur). Reiben der Umgebung der Zehe, welche man angestossen hat, führt zu einer konkurrierenden Stimulation, die einen Teil der Schmerzsignale blockiert. Beeinflussung durch vom Gehirn kommende Informationen, Beispiele: Endorphinausschüttung: Es kann z.b. bei Sportverletzungen vorkommen, dass sie bis zur Dusche nach dem Spiel unbemerkt bleiben. Soziale Einflüsse: In den 80er Jahren litten plötzlich ganze Gruppen von Sekretärinnen in Australien unter starken Schmerzen beim Schreibmaschineschreiben oder anderen sich ständig wiederholenden Arbeiten Prof. Dr. Adrian Schwaninger 146

13 Realer vs. hypnoseinduzierter Schmerz Experiment von Derbyshire et al. (2004) Physisch induzierter Schmerz durch Wärmestimulator in der Hand. Aktivierung: Abbildung (a) Hypnoseinduzierter Schmerz: Wärmestimulator abgeschaltet aber über Hypnose wurde suggeriert, dass er eingeschaltet ist und Schmerzen verursacht. Abbildung (b) Proband mit dem am stärksten berichteten Schmerzerleben. Abbildung (c) Proband mit dem am geringsten berichteten Schmerzerleben. (Aus Goldstein, 2015) 2015 Prof. Dr. Adrian Schwaninger 147

14 Hypnose und Schmerzreduktion Hypnose kann Schmerzen vermindern. Legen nicht hypnotisierte Menschen ihre Arme in eisiges Wasser, so verspüren sie nach ca. 25 Sekunden intensive Schmerzen. Durch Hypnose kann die Schmerzempfindung eliminiert werden. Es gibt Zahnärzte, welche leichte Hypnose verwenden, um Angst und Überempfindlichkeit gegenüber Schmerzen zu reduzieren. Fast 10% der Menschen kann so stark hypnotisiert werden, dass sie ohne Anästhesie operiert werden könnten. Prof. Dr. Adrian Schwaninger 148

15 Biopsychosozialer Ansatz 2015 Prof. Dr. Adrian Schwaninger 149

17 Geschmackssinn Der Geschmackssinn, ein chemischer Sinn, setzt sich verschiedenen Grundempfindungen zusammen (süss, sauer, salzig, bitter,»umami«und evt. fettig) sowie aus den Aromen, die mit den Informationen der Geschmacksknospen interagieren. Umami hat eine geschmackliche Ähnlichkeit zu Fleisch, Brühe, und Bohnenkraut und wird oft mit den geschmacksverstärkenden Eigenschaften von Mononatriumglutamat assoziiert wurde ein neuer Rezeptor für Fett entdeckt. Noch nicht eindeutig bewiesen ist, ob die Signale dieser Rezeptoren über spezialisierte Geschmackszellen und nachgeschaltete Nervenbahnen ans Gehirn weitergeleitet werden. Auf der Zunge befinden sich vier Arten von Papillen (Wall-, Folien, Faden- und Pilzpapillen). Ausser den Fadenpapillen enthalten alle anderen Papillen Geschmacksknospen (insgesamt ca ). Eine Geschmacksknospe enthält Geschmacksinneszellen. Mit jeder Sinneszellen sind eine oder mehrere Nervenfasern assoziiert. Rezeptoren auf den Mikrovilli der Geschmackssinneszellen reagieren auf unterschiedliche Substanzen (bitter, süss, sauer, salzig, etc., siehe nächste Folie). Die in den Geschmackssinneszellen erzeugten elektrischen Signale werden von der Zunge über den Thalamus zum Frontalhirn weitergeleitet (zur Insula und zum frontalen Operculum). Für die Geschmacksempfindung spielt auch das über viele Neurone verteilte Aktivierungsmuster eine wichtige Rolle Prof. Dr. Adrian Schwaninger 151

18 Neu (2011): Rezeptor für Fett (Nach Goldstein, 2015) 2015 Prof. Dr. Adrian Schwaninger 152

19 (Aus Goldstein, 2015) 2015 Prof. Dr. Adrian Schwaninger 153

20 Wissenswertes zum Geschmackssinn Geschmacksrezeptoren erneuern sich alle 1-2 Wochen. Wenn Sie also mit heissem Essen Ihre Zunge verbrennen, dann ist das nicht so schlimm. Mit dem Alter nehmen die Anzahl der Geschmacksknospen und die Geschmacksempfindung ab. Deshalb ist es nicht überraschend, dass Erwachsene gerne kräftig schmeckende Speisen zu sich nehmen, die Kinder nicht so gerne mögen. Rauchen und Alkohol beschleunigen die Verringerung der Geschmacksknospen und ihre Sensibilität. Unsere emotionalen Reaktionen auf Geschmack sind grösstenteils genetisch determiniert (ähnliche Reaktionen von Zunge und Gehirn auf süsse oder bittere Substanzen bei Neugeborenen wie bei Erwachsenen). Menschen ohne Zunge können trotzdem schmecken, und zwar über Rezeptoren im Rachenbereich und am Gaumen. Wenn Sie die Geschmacksempfindung auf einer Seite der Zunge verlieren, merken Sie es wahrscheinlich gar nicht. Denn die andere Zungenseite wird daraufhin entsprechend sensibler. Hinzu kommt, dass das Gehirn der Ort des Geschmackes auf der Zunge nicht gut lokalisieren kann. Obwohl sich in der Mitte der Zunge nur wenige Geschmacksrezeptoren befinden, nehmen wir Geschmack wahr, als würde er von der gesamten Zunge aufgenommen Prof. Dr. Adrian Schwaninger 154

21 Sensorische Interaktion und Synästhesie Sensorische Interaktion ist das Prinzip der gegenseitigen Beeinflussung verschiedener Sinne, wie beispielsweise der Geruch von Essen seinen Geschmack beeinflusst. Um einen Geschmack auszukosten, atmen wir normalerweise das Aroma über die Nase ein. Ohne Geruch ist die Geschmacksempfindung stark beeinträchtigt. Bsp. 1: Bei starker Erkältung ist Geruch und damit auch Geschmack beeinträchtigt. Bsp. 2: Halten Sie sich einmal die Nase zu, schliessen die Augen, und lassen Sie sich dann von jemand anderem füttern. Ein Stück Apfel erscheint Ihnen dann kaum unterscheidbar von einem Stück roher Kartoffel. Ein Stück Steak kann wie Pappe schmecken. Ohne Geruch (Aus Zimbardo & Gerrig, 2008) kann eine Tasse Kaffee schwer von einem Glas Rotwein zu unterscheiden sein. Synästhesie: Ist ein Extremfall von sensorischer Interaktion und kommt sehr selten vor. Dabei erzeugt eine Art von Empfindung (z.b. ein Ton hören) eine andere Empfindung (z.b. die Farbe rot). Oder wenn man die Zahl 3 sieht, so kann das bei einem Synästhetiker eine Geschmacksempfindung auslösen Prof. Dr. Adrian Schwaninger 155

23 Geruchssinn Moleküle von Geruchsstoffen gelangen mit dem Luftstrom in die Nase und kommen mit der Riechschleimhaut in Kontakt, in der sich die olfaktorische Rezeptorzellen (Riechsinneszellen) befinden. Die Zilien der Riechsinneszellen, die in den Luftstrom hinausragen, enthalten die Geruchsrezeptoren. Der Kontakt von Geruchsstoffen mit den Geruchsrezeptoren führt zur Transduktion, die elektrische Signale in den Riechsinneszellen hervorruft. Die elektrischen Signale werden durch zusammenlaufende Axone im Bulbus olfactorius (Riechkolben) weitergeleitet, der ein Teil des Gehirns ist. Von dort werden die Signale über die Riechbahn in den primären olfaktorischen Kortex (piriformer Kortex) und den sekundären olfaktorischen Kortex (orbitofrontal Kortex) weitergeleitet. Olfaktorische Signale gelangen auch an die Amygdala, eine Struktur tief im Kortex, die an der Steuerung emotionaler Reaktionen beteiligt ist Prof. Dr. Adrian Schwaninger 157

24 Geruchssinn Nächste Folie 2015 Prof. Dr. Adrian Schwaninger 158

25 2015 Prof. Dr. Adrian Schwaninger 159

26 vorne hinten (Aus Goldstein, 2008) 2015 Prof. Dr. Adrian Schwaninger 160

27 Kodierung von Gerüchen Der Mensch besitzt ca. 350 verschiedene Arten von Geruchsrezeptoren. Der Mensch kann Tausende von Gerüchen unterscheiden. Ein Geruch wird vermutlich durch das Aktivierungsmuster von Geruchsrezeptoren der Riechsinneszellen kodiert. Abbildung: Jeder Geruchsstoff ruft ein unterschiedliches Muster von Rezeptoraktivitäten hervor. Ein bestimmter Rezeptor reagiert auf mehrere Gerüche. (Nach Goldstein, 2008) Geruchsstoffe Rezeptoren 2015 Prof. Dr. Adrian Schwaninger 161

28 Kodierung von Gerüchen Molekülstruktur (Nach Goldstein, 2015) 2015 Prof. Dr. Adrian Schwaninger 162

29 Weitere Merkmale des Geruchssinns Gerüche können zwar relativ gut unterschieden werden aber man kann sie schlecht beschreiben. Laboruntersuchungen haben gezeigt, dass wir uns schwer an Namen und Bezeichnungen von Gerüchen erinnern können. Aber lange vergessene Gerüche und damit assoziierte persönliche Erlebnisse können gut wiedererkannt werden. Gerüche können intensive Erinnerungen und Gefühle hervorrufen (durch Verbindungen zum limbischen System). Ähnlich wie bei den Geschmackssinneszellen gilt auch für die Riechsinneszellen, dass sie einen ständigen Zyklus des Entstehens, Reifens und Absterbens durchlaufen. Bei den Riechsinneszellen dauert dieser Zyklus ca. 5-7 Wochen. Riechsinneszellen des Menschen sind nicht weniger empfindlich als die irgendeiner Tierart. Allerdings sind z.b. Hunde viel empfindlicher für Gerüche als Menschen weil sie viel mehr Geruchsrezeptoren besitzen. Menschen haben ca. 10 Mio Riechsinneszellen, während Hunde ca. 500 Mio besitzen Prof. Dr. Adrian Schwaninger 163

30 Alter, Geschlecht und Geruchssinn Ergebnisse eines Riechtests mit 1.2 Mio Personen, bei welchem 6 Geruchsproben identifiziert werden mussten. Frauen schnitten besser als Männer ab. Mit zunehmenden Alter, sowie bei Rauchern und regelmässigen Alkoholkonsumenten war der Geruchssinn herabgesetzt Prof. Dr. Adrian Schwaninger 164