Biologie für Mediziner WiSe 2011/12 Praktikumsteil: Sinneswahrnehmung Signaltransduktion Leitung: Dr. Carsten Heuer Prof. Dr. Joachim Schachtner Folien zum download: http://www.uni-marburg.de/fb20/cyto/lehre/medi1 >> 3. 3) Kurs Sinne
Kursinhalt 1. Vorlesung: Einführung ins visuelle und auditorische System 2. Vorbesprechung in den Gruppen 3. Praktischer Teil - Versuche zum visuellen System - Sehtest (rot-grün Schwäche) - farbige Nachbilder - optische Sinnestäuschungen - Farbenblindheit in Netzhautperipherie - Versuche zum auditorischen System - Richtungshören 4. Abschlussbesprechung in den Gruppen
Der optische Reiz: Licht Elektromagnetisches Spektrum Quelle: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/20/em-spektrum.svg/1000px-em-spektrum.svg
Augen Augen bündeln und fokussieren das Licht auf ein Photorezeptorepithel, die Retina = Netzhaut Bildquelle: http://www.ojodigital.com/foro/attachments/fotos-con-historia/13049d1196241197-fotos-con-historia-19-28-11-07-steve-mccurry-afghan-girl-0015slz1.jpg
Das Wirbeltierauge
Vom Licht zur Wahrnehmung Linse Quelle: Welsch, Liebmann (2006) Farben. Elsevier Verlag
Regulation des einfallenden Lichts
Vom Licht zur Wahrnehmung Linse Quelle: Welsch, Liebmann (2006) Farben. Elsevier Verlag
Nah- und Fernakkomodation
Vom Licht zur Wahrnehmung Linse Quelle: Welsch, Liebmann (2006) Farben. Elsevier Verlag
Die Retina
Die Retina Bildquellen: http://webvision.med.utah.edu/imageswv/husect.jpeg http://hubel.med.harvard.edu/book/38.jpg
Stäbchen und Zapfen Stäbchen skotopisches Sehen, empfindlich ca. 100x empfindlicher als Zapfen! 500 nm (blaugrün) 120 Mio Stäbchen (Mensch) Zapfen photopisches Sehen, hohe Sehschärfe 6 Mio Zapfen (Mensch) 3 Zapfentypen (Trichromatisches System) S-Zapfen (ca. 9%): 420 nm (blau) M-Zapfen: 530 nm (grün) L-Zapfen: 560 nm (rot)
Absorptionskurven Verteilung der drei Zapfentypen in der Retina Bildquellen: http://astro1.panet.utoledo.edu/~lsa/_color/18_retinamosaic.gif http://www.handprint.com/hp/wcl/color1.html
Verteilung von Stäbchen und Zapfen Retina des Menschen, rechtes Auge Bildquellen: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:righ_eye_retina.jpg http://www.eyedesignbook.com/ch3/fig3-61retinarods-conesbig.jpg
Verteilung von Stäbchen und Zapfen Verschaltung auf Bipolarzellen im Zentrum der Fovea 1:1 in der Peripherie der Netzhaut bis zu 1:1000 Quelle: Welsch, Liebmann (2006) Farben. Elsevier Verlag
Vom Licht zur Wahrnehmung Linse Quelle: Welsch, Liebmann (2006) Farben. Elsevier Verlag
Photoelektrische Transduktion Photorezeptorzellen absorbieren Licht Transduktion in molekulare Signale Hyperpolarisation Dunkelstrom Stopp der Transmitterausschüttung
Opsine in Stäbchen und Zapfen Disks dienen der Oberflächenvergrößerung. in Stäbchen ca. 100 Mio Rhodopsine Unterschiedl. Absorptionsspektren bedingt durch unterschiedliche Opsine. liegen für grün und rot auf X-Chromosom!
Phototransduktion primäre photochemische Reaktion: 2 x 10-14 sec
Photoelektrische Transduktion gemessen: ~ 250.000 cgmp / Photon werden hydrolisiert
Photoelektrische Transduktion
Verarbeitung in der Retina 1. Farbverechnung Umcodierung der 3 frequenzabhängigen Zapfensignale zu Helligkeitskanal Rot-Grün Kanal Blau-Gelb (rot grün) Kanal 2. Datenreduktion durch Verschaltung vieler Rezeptorzellen auf weniger Bipolarzellen 3. Kontrastverstärkung durch rezeptive Felder und laterale Inhibition
Sehbahn Parallele Verarbeitung in zumindest drei Kanälen Farbe Form Bewegung Retinotope Organisation in CGL und im visuellen Cortex Mehr als 50% der Großhirnrinde beteiligt an Repräsentationen der Retina
Der akustische Reiz: Schall Schallwellen entstehen wenn ein schwingender Körper benachbarte Teilchen eines Mediums (z.b. Luftmoleküle) zum Mitschwingen anregt. Mensch: 20 Hz - 20 khz Quellen: http://mmem.spschools.org/grade3science/3.sound/musicnoise.jpeg http://www.isvr.soton.ac.uk/spcg/tutorial/tutorial/tutorial_files/longituddots1.gif
Das Hörsystem des Menschen Quelle: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1c/anatomy_of_the_human_ear_de.svg/1000px-anatomy_of_the_human_ear_de.svg.png
Schallübertragung im Mittelohr Der Schalldruck muss von der Luft auf ein wäßriges Medium (Perilymphe) übertragen werden. Steigbügel (Stapes) des Menschen Bildquellen: http://www.neuroreille.com/promenade/english/cochlea/fcochlea.htm http://de.academic.ru/pictures/dewiki/115/stapes_human_ear.jpg
Das Innenohr 2¾ Windungen, Umgeben von Knochen Schnitt durch die Cochlea
Cochlea und Cortisches Organ Transduktion: mechanische Auslenkung der Haare führt zum Öffnen von Ionenkanälen (K + ) in den Haarzellen, was zu Depolarisation führt. Latenzzeit: 40 µs. Bildquelle: http://www.sevensidedcube.net/wp-content/uploads/inner_ear.jpg
Codierung in der Cochlea Codierung Lautstärke: Amplitude der Welle - äußere Haarzellen Tonhöhe (Frequenz): Ort auf der Basilarmembran, Tonotopie - innere Haarzellen Im Gehirn: tonotope Organisation. Film!
Die auditorische Bahn Delcomyn (1998) Foundations of Neurobiology. Freeman and Company parallele Verarbeitung (Orts- und Frequenzinformation) kontralaterale Verschaltung Purves (2001) Neuroscience. Sinauer Associates
Richtungshören und Geräuschlokalisation Jeffress-Model zur Laufzeitdifferenz Purves (2001) Neuroscience. Sinauer Associates
Literatur und Ressourcen im Internet Literatur Campbell NA, Reece JB. 2006. Biologie. 6te Auflage. Hg. Markl J. Kapitel 49: Mechanismen der Sensorik und Motorik. Welsch N, Liebmann CCh. 2006. Farben. 2te Auflage. Elsevier Verlag ISBN 3-8274-1566-7 Silbernagl S, Despopoulos A. 2007. Taschenatlas der Physiologie. 7. Auflage. Thieme Verlag. ISBN 3-1356-7707-9 Delcomyn F. 1998. Foundations of Neurobiology. Freeman and Company. ISBN 0-7167-2627-0 (sehr gute Begleit-CD inkl. Übungen) Internet Sehen WEBVISION: Alles zum Sehsystem OnLine: http://webvision.med.utah.edu/ Eine gute Seite zu optischen Täuschungen: http://www.michaelbach.de/ot/index-de.html Hören http://www.learn-line.nrw.de/angebote/sinus/projektnw/unterrichtsbeispiele/ohr/