Biologie der Sinne - Vom Molekül zur Wahrnehmung

von: Stephan Frings, Frank Müller

Springer-Verlag, 2019

ISBN: 9783662583500

Sprache: Deutsch

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Biologie der Sinne - Vom Molekül zur Wahrnehmung

	Inhaltsverzeichnis	5
	1: Die Sinne – unsere Fenster zur Welt	11
	1.1 Wahrnehmung findet im Gehirn statt	12
	1.1.1 Gefangen in der Maskenwelt	12
	1.1.2 Das Gehirn, das rätselhafte Organ der Wahrnehmung	12
	1.2 Wie kommt die Welt in unseren Kopf?	14
	1.2.1 Von der Sinneszelle zur Wahrnehmung	14
	1.2.2 Wahrnehmung ist ein Urteilsakt des Gehirns	15
	1.3 Sinneswelten	16
	1.3.1 Sinneswelt, die erste!	16
	1.3.2 Sinneswelt, die zweite!	17
	1.3.3 Sinneswelt, die dritte!	19
	1.4 Vom Sinn der Sinne	19
	2: Die Evolution der Sinne	21
	2.1 Die Sinne des Menschen und wie er dazu kam	22
	2.1.1 Wie viele Sinne hat der Mensch?	22
	2.2 Die Evolution der Sinne	24
	2.2.1 Die Evolution ist der Motor für die Weiterentwicklung des Lebens	24
	2.2.2 Das Prinzip der Zucht – die künstliche Auswahl	26
	2.2.3 Das Prinzip der Evolution – die natürliche Auslese	27
	2.2.4 Die Eigenschaften unserer Sinnessysteme und die Verarbeitungsstrategien unseres Gehirns sind ein Produkt der Evolution	30
	2.2.5 Kinder der Evolution	34
	2.2.6 „Wer hat’s erfunden?“	36
	2.3 Jeder auf seine Art – die Leistungen unserer Sinne sind höchst unterschiedlich	37
	2.3.1 Zwei Sinne im Vergleich	37
	2.3.2 Vom Sinnesreiz zum Verhalten	39
	Weiterführende Literatur	41
	3: Die Sprache der Nervenzellen – und wie man sie versteht	42
	3.1 Labor eines Neurowissenschaftlers	44
	3.2 Labor 1: Die wunderbare Welt der Nervenzelle	46
	3.2.1 Nervenzellen sind die Funktionseinheiten des Gehirns	46
	3.2.2 Aufbau einer Nervenzelle	46
	3.2.3 Was macht die Nervenzelle zur Nervenzelle?	49
	3.2.4 Warum können Nervenzellen Signale übertragen?	53
	3.3 Labor 2: Von Ionen und Membranen – wie Nervenzellen eine elektrische Spannung aufbauen	54
	3.3.1 Ionen sind die Grundlage für elektrische Signale in Nervenzellen	54
	3.3.2 Ionenpumpen bauen Unterschiede zwischen dem Inneren der Zelle und ihrer Umgebung auf	56
	3.3.3 Ionenkanäle sind elektrische Schalter in der Zellmembran	57
	3.4 Labor 3: Aktionspotenziale sind die Sprache unseres Nervensystems	60
	3.4.1 Die Membranspannung spiegelt die Aktivität einer Nervenzelle wider	60
	3.4.2 Aktionspotenziale leiten Signale über lange Strecken	61
	3.5 Labor 4: Wie Nervenzellen Information austauschen	67
	3.5.1 Synapsen übertragen die Information chemisch	67
	3.6 Labor 5: Wie man mit Nervenzellen einen Hochleistungsrechner baut	70
	3.6.1 Die Grundlagen des neuronalen Rechnens: Konvergenz und Divergenz, Erregung und Hemmung	70
	3.6.2 Der Rechner in der Nervenzelle	73
	3.6.3 Die schreckhafte Maus oder die Rückwärtshemmung als Notbremse	75
	Weiterführende Literatur	76
	4: Von der Sinneszelle zum Gehirn	77
	4.1 Vom Reiz zum elektrischen Signal – die Signalwandlung	78
	4.1.1 Eine komplizierte Aufgabe	78
	4.1.2 Sinneszellen besitzen ein spezialisiertes Außensegment	78
	4.1.3 Die einfachste Art der Signalwandlung: Rezeptor und Ionenkanal sind in einem Protein zusammengefasst	79
	4.1.4 Signalwandlung mit dem Baukastensystem – die G-Protein-gekoppelte Signalkaskade	80
	4.2 Adaptation	84
	4.2.1 Sinneszellen passen sich an die Umgebung an – sie adaptieren	84
	4.3 Codierung der Sinnesinformation	85
	4.3.1 Sinnesreize werden in der Abfolge von Aktionspotenzialen codiert und an das Gehirn geschickt	85
	4.4 Die geordnete Verschaltung der Sinnesinformation	86
	4.4.1 Ordnung im Strom der Sinnesinformation	86
	4.4.2 Ordnung auf höchster Ebene – die topografische Abbildung	89
	4.4.3 Die Sinnesinformation wird gefiltert	89
	Weiterführende Literatur	90
	5: Schmecken	91
	5.1 Vom Sinn des Schmeckens	92
	5.2 Geschmackszellen überprüfen die Nahrung	94
	5.3 Sauer und salzig: Ionenkanäle auf der Zunge	94
	5.4 Bittere Gifte	99
	5.5 Köstlicher Geschmack: Süß und umami	102
	5.6 Der „Scharfgeschmack“ ist eigentlich ein Schmerzreiz	104
	5.7 Die Geschmacksempfindung	106
	5.8 Andere Lösungen	107
	Weiterführende Literatur	108
	6: Riechen	109
	6.1 Die Vielfalt der Gerüche ist grenzenlos	110
	6.2 Riechzellen in der Nase detektieren Duftstoffe	111
	6.3 Im Gehirn entstehen Geruchsbilder	118
	6.4 Bleib jung! Das Riechsystem erneuert sich selbst	120
	6.5 Das Riechen mit Zilien	120
	6.6 Pheromone organisieren das Sozialleben	122
	6.7 Was uns an Gerüchen interessiert	127
	6.8 Leben, ohne zu riechen	131
	Weiterführende Literatur	131
	7: Sehen	132
	7.1 Augen auf – und dann?	135
	7.1.1 Ball, Satz und Sieg!	135
	7.1.2 Betrachten wir die Sache mit dem Sehen mal bei Licht …	135
	7.1.3 Was wir in diesem Kapitel sehen werden	137
	7.1.4 Was ist eigentlich Licht?	138
	7.2 Das Auge	139
	7.2.1 „Ich seh dir in die Augen, Kleines!“	139
	7.2.2 Auf den ersten Blick ähnelt unser Auge einer Kamera	141
	7.2.3 Nur im winzigen Zentrum unseres Bildfeldes sehen wir wirklich scharf	144
	7.2.4 Die Verteilung der Photorezeptoren erfolgt als Anpassung an die Lebensweise	149
	7.2.5 Wer hat die schärfsten Augen?	150
	7.3 Wie unsere Photorezeptoren Licht in die Sprache des Nervensystems übersetzen – die Phototransduktion	153
	7.3.1 Das Außensegment ist die lichtempfindliche Antenne des Photorezeptors	153
	7.3.2 Der erste Schritt beim Sehen: Ein Farbstoffmolekül im Photorezeptor absorbiert das Lichtquant	155
	7.3.3 Die elektrische Lichtantwort unserer Photorezeptoren ist außergewöhnlich	156
	7.3.4 Unsere Photorezeptoren – die etwas anderen Zellen	158
	7.3.5 Ein Stäbchen kann zwar auf ein Lichtquant reagieren, wahrnehmen können wir ein einzelnes Lichtquant aber nicht	161
	7.3.6 Besser als jeder fotografische Film: Die Anpassungsleistung der Netzhaut	161
	7.3.7 Immer in Bewegung bleiben – wie Mikrosakkaden unsere Wahrnehmung stabilisieren	164
	7.4 Farbensehen	165
	7.4.1 Drei Sehpigmente in den Zapfen ermöglichen uns das Farbensehen	165
	7.4.2 Die trichromatische Theorie der Farbwahrnehmung	169
	7.4.3 Farbsehstörungen	169
	7.4.4 Die Evolution des Farbensehens	170
	7.5 Die Retina – der Rechner im Auge	173
	7.5.1 Die Netzhaut besteht nicht nur aus Photorezeptoren	173
	7.5.2 Die Information wird im retinalen Netzwerk weiterverarbeitet	174
	7.5.3 Die Sprache der Ganglienzellen	176
	7.5.4 Vorteil eins: Objekttrennung durch Kontrastverschärfung!	178
	7.5.5 Vorteil zwei: Die Informationsflut wird reduziert	180
	7.5.6 Vorteil drei: Unabhängig werden von der Beleuchtung	181
	7.5.7 Wie die Antwort im Zentrum des rezeptiven Feldes erzeugt wird	185
	7.5.8 Wie die Retina durch laterale Hemmung rezeptive Felder erzeugt	185
	7.5.9 Ganglienzellen sind neuronale Filter	187
	7.5.10 Auf ins Gehirn!	191
	7.6 Eine Reise durch das Sehsystem	191
	7.6.1 Von der Retina bis zur primären Sehrinde	191
	7.6.2 Die Sehrinde ist hochorganisiert	194
	7.6.3 Die meisten rezeptiven Felder in der primären Sehrinde reagieren auf Kanten und Linien	195
	7.6.4 Jenseits der primären Sehrinde	199
	7.6.5 Der dorsale Pfad: Die Wo-wie-wohin-Bahn	200
	7.6.6 Der ventrale Pfad: die Was-Bahn	201
	7.6.7 Wo, bitte, geht’s zur Großmutterzelle?	203
	7.6.8 Andere Lösungen: Komplexaugen	205
	Weiterführende Literatur	208
	8: Hören	209
	8.1 Bei Nacht im Kreidewald	210
	8.2 Schall hören	211
	8.2.1 Von der Schallquelle in das Ohr	211
	8.2.2 Die Vielfalt des Hörens: Töne, Klänge, Geräusche	213
	8.3 Cochlea – die tonotope Hörschnecke	214
	8.3.1 Resonanz und Wanderwellen	214
	8.3.2 Aufbau der Cochlea	215
	8.3.3 Der Verstärker des Corti-Organs	217
	8.3.4 Innere Haarzellen – empfindlicher geht es nicht	219
	8.3.5 Die mechanoelektrische Transduktion	223
	8.3.6 Haarzellen übertragen ihr Signal auf Nervenfasern	225
	8.4 Unsere Hörwelt	227
	8.4.1 Schallortung	227
	8.4.2 Die Wahrnehmung von Sprache	231
	8.4.3 Musik – der direkte Weg zur Emotion	235
	8.5 Die Hörwelt der anderen: Echoortung	238
	8.5.1 „Sehen mit den Ohren“	238
	8.5.2 Die Kunst der Echoortung	240
	8.5.3 Angewandte Physik – die Fledermaus nutzt den Dopplereffekt	244
	8.6 Andere Lösungen: Mit den Knochen hören	246
	Weiterführende Literatur	249
	9: Orientierung und Navigation	250
	9.1 Wo bin ich?	251
	9.2 Die Orientierung an chemischen Signalen	252
	9.3 Visuelle Orientierung	255
	9.3.1 Sonne und Polarstern dienen als Orientierungshilfe	255
	9.3.2 Die Detektion von polarisiertem Licht	257
	9.4 Der magnetische Kartensinn	260
	9.4.1 Das Magnetfeld der Erde	260
	9.4.2 Magnetsinn bei Vögeln	264
	Weiterführende Literatur	271
	10: Tasten und Fühlen	272
	10.1 Unsere Haut	273
	10.2 Tasthaare	276
	10.3 Schmerz – Warnung und Leid	278
	10.4 Kälte, Wärme, Infrarot	288
	Weiterführende Literatur	292
	11: Unsere Innenwelt	294
	11.1 Regelkreise organisieren den Körper	295
	11.2 Muskelspindeln	297
	11.3 Der Gleichgewichtssinn	298
	11.4 Ausleuchtung der Innenwelt: Die Endorezeptoren	301
	Weiterführende Literatur	304
	12: Wahrnehmung	305
	12.1 Was ist Wahrnehmung?	307
	12.1.1 Der erste Schritt: Wahrnehmung ist indirekt – unser Gehirn muss die Umwelt deshalb rekonstruieren	308
	12.1.2 Der zweite Schritt zur Wahrnehmung: Die Rekonstruktion unserer Umwelt erfolgt nicht „wertfrei“ – unser Gehirn stellt eine Hypothese über die Umwelt auf	309
	12.2 Prinzipien der Objekterkennung	312
	12.2.1 Das Gehirn nutzt zur Wahrnehmung von Objekten einfache Prinzipien	312
	12.3 Trennung von Objekt und Hintergrund	317
	12.3.1 Unser Gehirn „übertreibt“ beim Trennen von Objekt und Hintergrund	317
	12.3.2 Wettstreit der Strategien	318
	12.3.3 Scheinkonturen – wir sehen etwas, das gar nicht ist	319
	12.4 Wahrnehmung von Bewegung	320
	12.4.1 Bewegung ist einer der wichtigsten Parameter in einer belebten Umwelt	320
	12.4.2 Wer bewegt sich – du oder ich?	321
	12.5 Wahrnehmung von Tiefe	324
	12.5.1 Wie erzeugt unser Gehirn eine dreidimensionale Wahrnehmung aus einem zweidimensionalen Retinabild?	324
	12.5.2 Auch ein zweidimensionales Bild kann Tiefeninformation enthalten	324
	12.5.3 Erst das Sehen mit zwei Augen erlaubt die optimale Tiefenwahrnehmung	325
	12.5.4 Die Wunderwelt des Stereogramms	327
	12.5.5 Zufallspunktbilder – Tiefe aus dem Rauschen	329
	12.5.6 Das Pulfrich-Pendel – oder: Täuschung ist die Wahrnehmung einer falschen Hypothese	330
	12.6 Wahrnehmung von Größe	333
	12.6.1 Das Prinzip der Größenkonstanz – damit aus Riesen keine Zwerge werden	333
	12.6.2 Wenn Kugeln wachsen und schrumpfen – Größenkonstanz beim Pulfrich-Pendel	336
	12.7 Wettstreit der Sinne, Körpertausch, Magie und andere Illusionen	337
	12.7.1 Das Gehirn sucht aktiv nach Information	337
	12.7.2 Wahrnehmung ist ein Erinnerungsprozess	338
	12.7.3 Zur lückenlosen, geordneten Wahrnehmung muss das Gehirn unser Zeitempfinden bei der Wahrnehmung manipulieren	339
	12.7.4 Unser Gedächtnis ist die tragende Säule unserer Wahrnehmung	340
	12.7.5 „Blinde hören besser als Sehende“ – Mythos oder Wirklichkeit?	343
	12.7.6 Ist die Wahrnehmung des eigenen Körpers auch nur ein Konstrukt unseres Gehirns?	344
	12.7.7 Wahrnehmung ist abhängig von unserer Aufmerksamkeit	345
	12.7.8 Selektive Aufmerksamkeit führt zur Blindheit für andere Reize	347
	12.7.9 Aufmerksamkeit verändert die Physiologie des Gehirns	348
	12.7.10 Wahrnehmungsexperten der besonderen Art	350
	12.7.11 Im Gleichschritt zur Wahrnehmung	351
	12.7.12 Was wir von Patienten mit Wahrnehmungsstörungen lernen können	353
	Weiterführende Literatur	355
	13: Anhang	356
	13.1 Herstellung von Masken	357
	13.2 Die versteckte Maus	357
	13.3 Die Täuschung nach Koffka	358
	13.4 Suchbilder	358
	13.5 Gedankenlesen aus der Ferne	358
	Glossar	365
	Stichwortverzeichnis	373

Biologie der Sinne - Vom Molekül zur Wahrnehmung

von: Stephan Frings, Frank Müller

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