Allgemeine SinnesphysiologieAllgemeine Sinnesphysiologie

Reiz Reiz Rezeptoren Rezeptoren Sinnesorgan Sinnesorgan ZNS ZNS

Afferenz: peripheres NS (Rezeption) Afferenz: peripheres NS (Rezeption) ZNS ZNS (Verarbeitung, Antwort) (Verarbeitung, Antwort)

Efferenz: peripheres NS (Erfolgsorgan) innerviert Efferenz: peripheres NS (Erfolgsorgan) innerviert MuskulaturMuskulatur

Eigenschaften von RezeptorenEigenschaften von Rezeptoren

Selektive Reizaufnahme: „adäquater Reiz“Selektive Reizaufnahme: „adäquater Reiz“

Reiz-Transduktion: Umsetzung des Reizes in ein Reiz-Transduktion: Umsetzung des Reizes in ein RezeptorpotentialRezeptorpotential

Reiz-Transformation: Umsetzung des Reiz-Transformation: Umsetzung des Rezeptorpotential in Aktionspotentiale (APs = Rezeptorpotential in Aktionspotentiale (APs = elektrische Impulse)elektrische Impulse)

Frequenzkodierung: Frequenzkodierung: Reizstärke ~ Rezeptorpotential ~ Anzahl APsReizstärke ~ Rezeptorpotential ~ Anzahl APs

RezeptortypenRezeptortypen

Mechanorezeptoren: Tast-, Gehör-, SchweresinnMechanorezeptoren: Tast-, Gehör-, Schweresinn

Photorezeptoren: optischer SinnPhotorezeptoren: optischer Sinn

Chemorezeptoren: Geruchs- u. GeschmacksinnChemorezeptoren: Geruchs- u. Geschmacksinn

Thermorezeptoren: TemperatursinnThermorezeptoren: Temperatursinn

Elektrorezeptoren: Elektrischer SinnElektrorezeptoren: Elektrischer Sinn

Primäre Sinneszellen:Primäre Sinneszellen: Rezeptor generiert RezeptorpotentialRezeptor generiert Rezeptorpotential Aps Aps entstehen in der selben Zelle (Riechrezeptoren,entstehen in der selben Zelle (Riechrezeptoren,

Sekundäre Sinneszellen:Sekundäre Sinneszellen:Rezeptor erzeugt Rezeptorpotential Rezeptor erzeugt Rezeptorpotential synaptische synaptische Übertragung Übertragung löst Aps in der der Nachbarzelle aus löst Aps in der der Nachbarzelle aus (Geschmacksrezeptoren, Cortisches Organ, (Geschmacksrezeptoren, Cortisches Organ, Photorezeptoren)Photorezeptoren)

Weber-Fechner-Gesetz: (aus der Psychophysik)Weber-Fechner-Gesetz: (aus der Psychophysik)E = K log S (E... Empfindungsstärke, S= E = K log S (E... Empfindungsstärke, S=

Stimulusstärke)Stimulusstärke)

Anatomie des AugesAnatomie des Auges

KugelförmigKugelförmig

Längsdurchmesser:2,4-2,5 cmLängsdurchmesser:2,4-2,5 cm

Querdurchmesser: 2,4 cmQuerdurchmesser: 2,4 cm

Volumen: 6,5 cmVolumen: 6,5 cm3 3

Cornea (Hornhaut)Cornea (Hornhaut)

äußere transparente Hautäußere transparente Haut

bedeckt Iris und Linsebedeckt Iris und Linse

avaskuläres Gewebe avaskuläres Gewebe (Ernährung erfolgt durch Tränenflüssigkeit)(Ernährung erfolgt durch Tränenflüssigkeit)

größter Brechungsindexgrößter Brechungsindex

Funktionen:Funktionen: UV-Filter, Fokusierung des Lichts, SchutzschildUV-Filter, Fokusierung des Lichts, Schutzschild

Sclera (Lederhaut)Sclera (Lederhaut)

• = „das Weiß“ des Auges = „das Weiß“ des Auges

• schließt an Cornea an, umschließt den Augapfel und schließt an Cornea an, umschließt den Augapfel und umkleidet den Sehnverv (ausgehend vom ZNS)umkleidet den Sehnverv (ausgehend vom ZNS)

• undurchsichtigundurchsichtig

Funktion: Funktion: • Unterstützt Augeninnendruck und den Zug der Unterstützt Augeninnendruck und den Zug der

MuskelnMuskeln

hält dadurch die Form des Auges aufrechthält dadurch die Form des Auges aufrecht

Iris (Regenbogenhaut) & PupilleIris (Regenbogenhaut) & Pupille

Gefärbter MuskelGefärbter Muskel

Iris bildet vor der Linse Iris bildet vor der Linse eine Lochblende (Pupille) eine Lochblende (Pupille)

Pupille ist rot (Komplementärfarbe zu rot)Pupille ist rot (Komplementärfarbe zu rot)

Muskel reguliert Beleuchtungsintensität der Muskel reguliert Beleuchtungsintensität der NetzhautNetzhaut

Irisfarbe: durch PigmentierungIrisfarbe: durch Pigmentierung Eumelanin (braun-schwarz)Eumelanin (braun-schwarz) Phaemelanin (rot-gelb)Phaemelanin (rot-gelb)

Choroidea (Aderhaut)Choroidea (Aderhaut)

0,2 mm dick0,2 mm dick

Ist der Sclera innen aufgelagertIst der Sclera innen aufgelagert

Enthält viele BlutgefäßeEnthält viele Blutgefäße

Funktion:Funktion:Ernährung angrenzender Schichten (insbesondere Ernährung angrenzender Schichten (insbesondere der gefäßfreien Netzhaut)der gefäßfreien Netzhaut)

Retina (Netzhaut)Retina (Netzhaut)

gewöhnlich 3-schichtiggewöhnlich 3-schichtig

oberhalb von oberhalb von Pigmentepithel Pigmentepithel (lichtabschirmend) (lichtabschirmend) SehzellenSehzellen

inverses Auge – inverses Auge – lichtabsorbierende lichtabsorbierende Strukturen sind Strukturen sind lichtabgewandtlichtabgewandt

Erregungen durchlaufen Erregungen durchlaufen bereits innerhalb der bereits innerhalb der Retina eine aus 3 Zellen Retina eine aus 3 Zellen bestehende Neuronkette: bestehende Neuronkette: Rezeptorzelle- bipolares Rezeptorzelle- bipolares Schaltneuron- ableitende Schaltneuron- ableitende GanglionzelleGanglionzelle

Amakrine und horizontale Amakrine und horizontale Zellen Zellen für für Querverbindungen Querverbindungen

Konvergenz der Konvergenz der Erregungsleitung Erregungsleitung beobachtbarbeobachtbar

Sie enthalten weniger Sie enthalten weniger MembranstapelMembranstapel

Photorezeptoren (=Sehzellen)Photorezeptoren (=Sehzellen)

Stäbchen und Zapfen bestehen aus Stäbchen und Zapfen bestehen aus Außen- u. InnengliedAußen- u. Innenglied

Erstere sind lichtabsorbierendErstere sind lichtabsorbierend

In Außenglieder: Scheibchen od. In Außenglieder: Scheibchen od. discs (durch Einstülpungen der discs (durch Einstülpungen der Membran hervorgegangen)Membran hervorgegangen)

Bei Stäbchen: Einstülpungen Bei Stäbchen: Einstülpungen vollkommen von Membran gelöst vollkommen von Membran gelöst (bei Zapfen nicht)(bei Zapfen nicht)

In der Membran der Scheibchen In der Membran der Scheibchen SehfarbstoffSehfarbstoff

Neue Scheibchen am proximalen Neue Scheibchen am proximalen Ende d. Außenglieds nachgebildet Ende d. Außenglieds nachgebildet (bei Anura 30 / d)(bei Anura 30 / d)

Zapfen und Stäbchen im VergleichZapfen und Stäbchen im Vergleich

FarbensehenFarbensehen Zapfen sind weniger Zapfen sind weniger

lichtempfindlichlichtempfindlich

Warum ?Warum ?

enthalten weniger enthalten weniger MembranstapelMembranstapel

lichtempfindlicherlichtempfindlicher

DämmerungssehenDämmerungssehen

Hell-DunkelsehenHell-Dunkelsehen

Unterscheidet sich das Verhältnis von Stäbchen zu Zapfen bei tagaktiven und nachtaktiven Tieren ???

...ein paar ...ein paar Fakten....Fakten....

In der Regel In der Regel # Stäbchen > # Zapfen# Stäbchen > # Zapfen

Reine Stäbchenretina bei:Reine Stäbchenretina bei:Gymnophione, Tiefseefische, Fledermäuse, Geckos, Gymnophione, Tiefseefische, Fledermäuse, Geckos, Maulwurf,Maulwurf,

Maus: 3% ZapfenMaus: 3% ZapfenRatte: 1% ZapfenRatte: 1% ZapfenKatze: 2 % ZapfenKatze: 2 % ZapfenMensch: 5 % ZapfenMensch: 5 % Zapfen

Reine Zapfenretina: Reine Zapfenretina: Ringelnatter (Ringelnatter (Natrix natrixNatrix natrix), Vögel, ), Vögel, Schildkröten Schildkröten

Verteilung der Sehzellen innerhalb Verteilung der Sehzellen innerhalb der Retinader Retina

Mensch 126 Mio Photorezeptoren (120 Mio Mensch 126 Mio Photorezeptoren (120 Mio Stäbchen, 6 Mio Zapfen)Stäbchen, 6 Mio Zapfen)

Im Zentrum (gelber Fleck= Ort des schärfsten Im Zentrum (gelber Fleck= Ort des schärfsten Sehens) ausschließlich ZapfenSehens) ausschließlich Zapfen

Netzhautperipherie: nur StäbchenNetzhautperipherie: nur Stäbchen

Nachtblindheit (Retinis pigmentosa): Degeneration Nachtblindheit (Retinis pigmentosa): Degeneration der Stäbchender Stäbchen

Macula lutea & Blinder FleckMacula lutea & Blinder Fleck

Blinder Fleck: ableitende Axone bilden den Sehnerv

Gelber Fleck: Ort des schärfsten Sehens

0,1 mm0,5 mm

Entwicklung des AugesEntwicklung des Auges

Retina ist Teil vom ZNSRetina ist Teil vom ZNS Entwickelt sich ausgehend vom ZentralrohrEntwickelt sich ausgehend vom Zentralrohr An beiden Seiten des Neuralrohrs bilden sich An beiden Seiten des Neuralrohrs bilden sich

optische Vesikeloptische Vesikel AustülpungAustülpung Augenbecher Augenbecher In der 5. Schwangerschaftswoche sind die meisten In der 5. Schwangerschaftswoche sind die meisten

grundlegenden Verbindungen der Retina aufgebaut grundlegenden Verbindungen der Retina aufgebaut ... ...

ABB von augenmappe

Hilfseinrichtungen des AugesHilfseinrichtungen des Auges

AugenliderAugenlider

TränenapparatTränenapparat

äußere Augenmuskeln (mgl. Abb ? )äußere Augenmuskeln (mgl. Abb ? )

AkkommodationAkkommodation

Anpassung des Auges an die Entfernung;

ZiliarmuskelZiliarmuskel ZonulafasernZonulafasern LinseLinse BrechkraftBrechkraft AkkommodationAkkommodation

kontrahiertkontrahiert schlaffschlaff gewölbtgewölbt nimmt zunimmt zu NäheNähe

relaxiertrelaxiert gespanntgespannt abgeflachtabgeflacht nimmt abnimmt ab FerneFerne

Akkommodation bei versch. Tieren im Vgl.Akkommodation bei versch. Tieren im Vgl.

PhototransduktionPhototransduktion

Transduktionsprozess umfasst alle Vorgänge zw. Transduktionsprozess umfasst alle Vorgänge zw. Photonenabsorption durch das Sehpigment der Photonenabsorption durch das Sehpigment der Entstehung von Aktionspotentialen (elektrischen Entstehung von Aktionspotentialen (elektrischen Signalen)Signalen)

Die für die Photonenabsorption notwendigen Die für die Photonenabsorption notwendigen Sehpigmente sind in spezielen Strukturen den Sehpigmente sind in spezielen Strukturen den Photorezeptoren untergebrachtPhotorezeptoren untergebracht

SehpigmenteSehpigmente

Sehpigment: Rhodopsin (178 von Kühne entdeckt)

Es ist ein Chromoproteid

Chromophor: 11-cis Retinal

Glykoprotein: Opsin

Pro Außensegment 2x109

Rhodopsindmoleküle

PhotostereoisometrisierungPhotostereoisometrisierung

Abnahme des Dunkelstroms G nimmt ab Rezeptorpotential Aktionspotenial

Metarhodopsin II: Enzymkaskade Abnahme des Dunkelstroms G nimmt ab Rezeptorpotential Aktionspotential Wahrnehmung (visueller Kortex)

AdaptionAdaption

Hell-Dunkel-Anpassung

PupillenreflexPupillenreflex

Input-Kontrolle: bei Säugern und Vögel

RetinomotorikRetinomotorik

Bei niederen Vertebraten, Fischen, Amphibien, Reptilien und einigen Vögeln

Die Mechanismen zur Adaption sind mannigfaltig....Die Mechanismen zur Adaption sind mannigfaltig....

Ein weiteres Beispiel:Ein weiteres Beispiel:

Änderung der Gleichgewichtslage zw. zerfallenden Änderung der Gleichgewichtslage zw. zerfallenden und intakten Sehfarbstoffen und intakten Sehfarbstoffen (Retinalisomerasereaktion) ... (Retinalisomerasereaktion) ...

Sehbahn und visueller KortexSehbahn und visueller Kortex

Beginnt in der Netzhaut und endet in d. Sehrinde Beginnt in der Netzhaut und endet in d. Sehrinde im Bereich des Hinterhauptlappens (Großhirn)im Bereich des Hinterhauptlappens (Großhirn)

4 hintereinandergeschaltete Neurone von denen 4 hintereinandergeschaltete Neurone von denen die Zellkörper der ersten 3 in der Netzhaut liegendie Zellkörper der ersten 3 in der Netzhaut liegen

Chiasma opticum Chiasma opticum

Synaptischer Kontakt zum 4. Neuron im Synaptischer Kontakt zum 4. Neuron im ZwischenhirnZwischenhirn

Entwicklung des AugesEntwicklung des Auges

Retina ist Teil vom ZNSRetina ist Teil vom ZNS Entwickelt sich ausgehend vom ZentralrohrEntwickelt sich ausgehend vom Zentralrohr An beiden Seiten des Neuralrohrs bilden sich An beiden Seiten des Neuralrohrs bilden sich

optische Vesikeloptische Vesikel AustülpungAustülpung Augenbecher Augenbecher In der 5. Schwangerschaftswoche sind die meisten In der 5. Schwangerschaftswoche sind die meisten

grundlegenden Verbindungen der Retina aufgebaut grundlegenden Verbindungen der Retina aufgebaut ... ...

ABB von augenmappe

FehlsichtigkeitFehlsichtigkeit

PresbyobiePresbyobie Angeborgene Fehler der Augapfelform:Angeborgene Fehler der Augapfelform:

MyopieMyopie (Kurzsichtigkeit) (Kurzsichtigkeit) HyperopieHyperopie (Weitsichtigkeit) (Weitsichtigkeit) AstigmatismusAstigmatismus Glaukoma (grüner Star)Glaukoma (grüner Star) Grauer StarGrauer Star FarbenblindheitFarbenblindheit

Das KomplexaugeDas Komplexauge = Facettenaugen= Facettenaugen Setzen sich aus sehr vielen Setzen sich aus sehr vielen

Einzelaugen (Ommatidien) Einzelaugen (Ommatidien) zusammenzusammen

Aufbau: dioptrischer Apparat Aufbau: dioptrischer Apparat und proximaler rezeptiver Teilund proximaler rezeptiver Teil

Dioptrischer Apparat: flache Dioptrischer Apparat: flache Cornealinse, KristallkegelCornealinse, Kristallkegel

Retinula: gebildet aus 8 Retinula: gebildet aus 8 verlängerten Sehzellen um verlängerten Sehzellen um einen axialen Stab einen axialen Stab (Rhabdomer)(Rhabdomer)

LiteraturLiteratur

A. Faller: Der Körper des Menschen -Einführung in Bau A. Faller: Der Körper des Menschen -Einführung in Bau und Funktion. Thieme-Verlag 1999.und Funktion. Thieme-Verlag 1999.

H. Penzlin: Lehrbuch der Tierphysiologie. Elsevier H. Penzlin: Lehrbuch der Tierphysiologie. Elsevier GmBH. Münechen, 2005.GmBH. Münechen, 2005.

Danke für Ihre Danke für Ihre AufmerksamkeitAufmerksamkeit