Sinnesorgane

Ein Sinnesorgan ist ein Körperteil, der Information in Form von Reizen aus der Umwelt aufnimmt, diese in elektrische Impulse umwandelt, die entlang von Nervenfasern als Erregung weitergeleitet und dann vom Gehirn in Wahrnehmungen umgewandelt werden. Die eigentliche Umwandlung der eintreffenden Reize wird von den Rezeptoren des Sinnesorgans vollzogen; dabei spielen chemische und/oder physikalische Prozesse eine Rolle. Der Rest des Sinnesorgans dient zur geeigneten Übertragung des Signals auf nachgeschaltete Nerven, die für die Weiterleitung zu den zentralen Verarbeitungsstellen im Gehirn sorgen.

Die wichtigsten Sinnesorgane des Menschen:

• Auge (Gesichtssinn)
• Ohr (Gehörssinn)
• Nase (Geruchssinn)
• Geschmacksknospen auf der Zunge (Geschmackssinn)
• Tastrezeptoren in der Haut (Tastsinn)
• Gleichgewichtsorgan im Innenohr (Gleichgewichtssinn)
• Wärme- und Kälterezeptoren in der Haut (Temperaturwahrnehmung)

Im weiteren werden die Sinnesorgane Auge, Ohr, Nase und Geschmacksknospen beschrieben.

Auge

Das Auge (von indogermanisch ok sehen, stammvw. m. griechisch optikos ) ist das Sehorgan von Mensch und Tier. Das Auge reagiert auf physikalische Reize der elektromagnetischen Strahlung mit einer Wellenlänge von etwa 350 nm bis etwa 750 nm. Dabei setzt es die Reize in die Empfindung von Licht und Farbe um.

Die einfachsten "Augen" sind lichtempfindliche Sinneszellen auf der Außenhaut, die als passive optische Systeme funktionieren. Sie können nur erkennen, ob die Umgebung hell oder dunkel ist. Man spricht hier von Hautlichtsinn. Insekten und andere Gliederfüßer haben Augen, die aus vielen einzelnen Augen zusammengesetzt sind. Diese Facettenaugen liefern ein rasterartiges Bild (nicht mehrfache Bilder, wie man vermuten könnte).

Das menschliche Auge

Bei den meisten Wirbeltieren und einigen Weichtieren, beispielsweise Tintenfischen, wird im Auge ein Bild auf eine lichtempfindliche Schicht projiziert, die Netzhaut oder Retina genannt wird. Dort wird das Licht von Sinneszellen wahrgenommen und die Nervenimpulse durch den Sehnerv ans Gehirn weitergeleitet. Das Auge ist im allgemeinen ungefähr kugelförmig und der größte Teil, der so genannte Glaskörper, ist mit einer gelartigen, durchsichtigen Substanz gefüllt. Das Auge besitzt meistens eine veränderliche Linse, um das Bild scharf zu stellen, und oft einen Ringmuskel, die Iris, der die Pupille bei starkem Lichteinfall verkleinern kann, so dass das Auge vor zu viel Licht geschützt wird. Das Auge wird oft durch Augenlider geschützt, zum Schutz vor starken Schlägen liegt das Auge im allgemeinen tief im Schädel, wobei teilweise Knochenwülste rings ums Auge weiteren Schutz bieten.

Durchschnitt durch das menschliche Auge
aus Meyers Konversationslexikon 1888

Obwohl sich die Augen von Wirbeltieren und Weichtieren im Aufbau stark ähneln, haben sie sich unabhängig voneinander entwickelt. Dies wird bei der Bildung des Auges beim Embryo sichtbar: Während sich das Auge bei Wirbeltieren durch eine Ausstülpung der Zellen entwickelt, die später das Gehirn bilden, entsteht das Auge der Weichtiere durch eine Einstülpung der äußeren Zellschicht, die später die Haut bilden. Es gibt Schätzungen, dass Augen der verschiedensten Bauweisen im Laufe der Evolution etwa 40 Mal neu entwickelt wurden.

Der Ziliarmuskel ist für die Scharfeinstellung (Akkomodation) verantwortlich indem er sich zusammen zieht und die Linse mehr oder weniger wölbt.

Zu den häufigsten Erkrankungen des menschlichen Auges gehören:

• Hornhautverkrümmung oder Stabsichtigkeit (Astigmatismus)
• Farbenblindheit
• Grauer Star (Katarakt - Trübung der Augenlinse)
• Grüner Star (Glaukom - Zu hoher Augeninnendruck (gefährlich!))
• Kurzsichtigkeit (Myopie - Augenapfel zu lang)
• Ausfall eines Sehfeldes (Skotom)
• Weitsichtigkeit (Hyperopie - Augenapfel zu kurz. Altersweitsichtigkeit: Linse kann nicht mehr akkomodieren)
• Maculadegeneration
• Schielstellung der Augen, in leichten Fällen Silberblick genannt
• Mouches Volantes, Glaskörpertrübungen
• Amblyopie

Ohr

Das Ohr ist ein Sinnesorgan, mit dem akustische Signale (Schall, Töne, Geräusche) wahrgenommen werden.

Der Hörbereich (Hörzone) des menschlichen Ohrs reicht von etwa 16 Hertz bis 20.000 Hertz, wobei im Alter das Hörvermögen für hohe Frequenzen nachlässt.

Aufbau
Beim Menschen wird das Ohr in drei Bereiche eingeteilt:

• Das äußere Ohr umfasst die Ohrmuschel und den Gehörgang
• Zum Mittelohr gehört das Trommelfell und die Gehörknöchelchen (Hammer, Amboss und Steigbügel). Die eustachische Röhre verbindet Mittelohr und Nasenrachenraum.
• Das Innenohr besteht aus der Gehörschnecke, in der der Schall in Nervenimpulse umgesetzt werden, und dem Labyrinth, das als Gleichgewichtsorgan dient.

Gehörschnecke und Labyrinth sind ähnlich gebaut: Beide sind mit einer Flüssigkeit gefüllt und besitzen Haarzellen, bei denen feine Härchen in die Flüssigkeit reichen. Durch Bewegungen der Flüssigkeit werden die Härchen gebogen und lösen dabei Nervenimpulse aus.

Querschnitt des menschlichen Ohres

Das menschliche Gehör kann akustische Ereignisse nur innerhalb eines bestimmten Frequenz- und Schalldruckpegelbereichs wahrnehmen. Zwischen der Hörschwelle und der Schmerzschwelle liegt die Hörfläche. Die Empfindlichkeit des Ohrs ist außerordentlich. Aber ebenso die Toleranz gegenüber Lärm.

Funktion
Der leiseste wahrnehmbare Schalldruck ist etwa 20 Mikro-Pascal (2·10^-5 Pa), das entspricht L_p = 0 dBSPL Schalldruckpegel. Diese Schalldruckveränderungen Δ p werden über das Trommelfell übertragen und im Ohr-Gehirnsystem zum Höreindruck gewandelt. Weil das Trommelfell mit dem Ohrsystem die Eigenschaften eines Schalldruckempfängers hat, beschreibt der Schalldruckpegel von allen Schallfeldgrößen die Stärke des Höreindrucks am Besten. Die Schallintensität J in W/m² hingegen ist (aufgrund der komplexen Impedanz des Außen- und Mittelohres bei gleichem Schalldruckpegel) nicht geeignet, den Höreindruck zu beschreiben. Gleiches gilt sinngemäß für die Schallschnelle.

Dennoch wird vom menschlichen Gehör Schallleistung aufgenommen. Diese ist jedoch so gering, dass nur die Größenordnung angegeben werden kann. Der leiseste wahrnehmbare Schall erzeugt eine Leistung von weniger als 10^-17 W im Innenohr. Da das Ohr nur eine zehntel Sekunde braucht, um dieses Signal in Nervenimpulse umzusetzen, reicht eine Energie von etwa 10^-18 Joule aus um einen Sinneseindruck zu erzeugen. Daran wird deutlich, wie empfindlich dieses Sinnesorgan eigentlich ist.

Die Schmerzgrenze liegt bei über 120 dBSPL, das ist der millionenfache Schalldruck des kleinsten hörbaren. Dennoch oder gerade deswegen ist das Ohr sehr empfindlich, vor allem das Innenohr nimmt bei lautem Schall Schaden.

Beim natürlichen Hören und bei der Kopfhörer-Stereofonie spielt der Ohrabstand [1] (http://www.sengpielaudio.com/DerOhrabstand-Welcher.pdf ) eine Rolle.

Krankheiten
Das menschliche Ohr kann auf verschiedenartige Weisen erkranken, die jeweils sehr spezifisch sind für den betroffenen Teil des Ohres. Das Außenohr ist durch seine relativ dünne Haut im Gehörgang und in der Ohrmuschel empfänglich für Infektionen mit Bakterien oder Pilzen. Diese führen zur häufig beobachteten Ohrenentzündung oder Otitis. Durch geschwächte Abwehr und mangelhafte Behandlung kann die Infektion auf den Knochen, der den Gehörgang umgibt, übergreifen und eine Vereiterung desselben verursachen. Man spricht dann von einem Cholesteatom, das nur operativ behandelt werden kann.

Auch das Mittelohr kann von einer Entzündung und Vereiterung betroffen sein. Diese erzeugen oft einen Überdruck im Mittelohr, weil die Eustachische Röhre anschwillt und die Entzündungsprodukte nicht abfließen können. Durch den Überdruck entsteht am Trommelfell eine Dehnung, die große Schmerzen verursacht. Durch die Infektion können auch die Gehörknöchelchen angegriffen und zerstört werden. Das Mittelohr kann weiterhin durch sehr große Schalldrücke beschädigt werden, wie sie bei Explosionen entstehen. Zusammen mit den anderen hieraus entstandenen Schäden spricht man vom Knalltrauma.

Die häufigsten Erkrankungen des Innenohres treten im Zusammenhang mit dauerhafter Lärmbelastung und Knalltraumata auf. Hierbei werden zuerst die äußeren und später auch die inneren Haarzellen geschädigt. Die Umwandlung der mechanischen Reize in Nervenimpulse ist dann nicht mehr möglich und eine Schwerhörigkeit stellt sich ein. In diesem Zusammenhang tritt auch oft Tinnitus auf, den man jedoch nicht als Krankheit, sondern als Symptom bezeichnen muss. Weiterhin ist das Innenohr Ziel von vor allem viralen Infektionen, wie Meningits, Masern und Mumps.

Nase

Der Geruch ist die Interpretation der Erregungen, die von den Chemorezeptoren im Geruchsorgan an das Gehirn des jeweiligen Lebewesens geliefert werden. Schweizerisch heißt Geruch auch Geschmack und dort heißt Geschmack dann Gout .

Riech- oder Duftstoffe dienen Lebewesen zur Identifizierung von Nahrung, Artgenossen und Feinden, spielen aber auch beim Sozialverhalten (Geschlechtsreife von Weibchen) oder bei der Orientierung und Verständigung (Duftmarken) eine Rolle.

Der Vorgang beim Riechen besteht darin, dass die Endorgane des Geruchsnervs (Nervus olfactorius ) durch die Berührung mit gewissen flüchtigen oder gasförmigen Stoffen, die mit dem Einatmungsstrom in die Nasenhöhle gelangen, in Erregung versetzt werden. Diese Erregung wird durch die Fasern des Geruchsnervs auf das Zentralorgan des Geruchssinns im Gehirn übertragen, und dadurch wird in uns die Vorstellung einer Geruchsempfindung erweckt, deren Quelle wir stets unwillkürlich nach außen verlegen. Als das Organ des Geruchssinns wird gewöhnlich die Nase bezeichnet; genau genommen jedoch ist es nur ein kleiner Teil der Nasenschleimhaut, der beim Riechen unmittelbar beteiligt ist. Siehe auch: Olfaktorische Wahrnehmung

Leichte katarrhalische Entzündungen der Nasenschleimhaut (Schnupfen) stören die Geruchsempfindung ganz erheblich. Wenn man, auf dem Rücken liegend, die Nasenhöhlen mit Wasser gefüllt hat, so wird dadurch das Geruchsvermögen für einige Minuten vollständig aufgehoben. Ein gewisser Grad von Feuchtigkeit der Riechschleimhaut (hervorgebracht durch die Schleimdrüsen) ist dagegen eine notwendige Vorbedingung für das Zustandekommen von Geruchsempfindungen. Bei trockener Nase, z. B. bei Beginn eines Schnupfens, riechen wir entweder gar nichts, oder der Geruch ist wenigstens stark beeinträchtigt. Geruchsempfindungen kommen ferner nur dann zustande, wenn die riechenden gasartigen Stoffe in einem Luftstrom mehr oder weniger rasch in die Nase eingezogen werden. Stagniert dagegen die riechende Luft in der Nasenhöhle, so haben wir keine Geruchsempfindungen; ebenso wenig dann, wenn der Luftstrom von der Mundhöhle her in die Nasenhöhle streicht. Dass nur gasförmige Substanzen den Riechnerv erregen können, beweist der Umstand, dass bei der Anfüllung der Nasenhöhle mit stark riechenden Flüssigkeiten, z. B. Eau de Cologne, keine Geruchsempfindungen wahrgenommen werden.

Geschmacksknospen

Unter dem Geschmackssinn (auch Gustatorik , Schmecken oder gustatorische Wahrnehmung ) versteht man die chemischen Sinnesreize, durch die ein großer Teil der Sinneseindruck Geschmack vermittelt wird. Es handelt sich dabei um die wichtigste organoleptische Wahrnehmung.

Die Rezeptoren für die Geschmacksqualitäten sind bei Säugetieren auf den so genannten Geschmackspapillen angesiedelt, welche annähernd gleichmäßig über die Oberseite der Zunge verteilt sind. Nach ihrer Form unterscheidet man zwischen Wallpapillen, Blätterpapillen, Faden- und Pilzpapillen. Der Mensch verfügt über etwa 2.000 Papillen, die jeweils fünf bis zehn Geschmacksknospen tragen. Damit können vier Geschmacksrichtungen unterschieden werden, wobei jedoch nur bestimmte Stellen der Zunge jeweils sensibilisiert sind. Bei den Geschmackszellen, den so genannten gustatorischen Sensoren handelt es sich um Chemosensoren. Außer auf der Zunge finden sie sich in der Mundschleimhaut, aber auch im Rachen und der oberen Speiseröhre.

Der Mensch unterscheidet die fünf Grundqualitäten

1. süß (Wahrnehmung eher an der Zungenspitze)
2. salzig (Wahrnehmung eher an der Zungenspitze und den Seiten)
3. sauer (Wahrnehmung eher an den Zungenseiten)
4. bitter (Wahrnehmung am Zungengrund und im Rachenraum)
5. umami (von jap. "umai": "fleischig und herzhaft")

Der letzte Geschmack (umami) wurde erst Anfang des 20. Jahrhunderts identifiziert und soll besonders eiweißreiche Nahrungsmittel anzeigen (Aminosäuren). Der (so genannte) Geschmacksverstärker Mononatriumglutamat (MSG) vermittelt den umami Geschmack sehr konzentriert. Die gustatorische Wahrnehmung "süß" beruht vorwiegend auf der biochemischen Eigenschaft eines Nahrungsmittels, Kohlenhydrate zu enthalten.

Daneben gibt es noch die Nebenqualitäten

• alkalisch
• metallisch
• scharf

In vielen Darstellungen werden auch heute noch nur die vier traditionell bekannten Geschmacksrichtungen aufgeführt. Auch eine oft anzutreffende Unterteilung der Zunge in Gebiete, die für eine der vier Geschmacksrichtungen besonders empfindlich wären wird diskutiert, ist aber wissenschaftlich nicht bewiesen bzw. eine veraltete Interpretation. Eine nicht zu unterschätzende Rolle für komplexe Geschmackseindrücke besitzt außerdem der Geruchssinn, was wohl jeder schon selbst einmal bei einer Erkältung feststellen konnte, auch gibt es bei vielen Tierarten keine Trennung zwischen Geschmacks- und Geruchswahrnehmung.

Weblinks

• http://www.physiology.de/hvsinne/auge/seh01.htm
• http://www.optik-rauchmann.de/Das_Auge.htm
• http://www.physiology.de/hvsinne/hoeren/audioin.htm
• http://www.physiology.de/hvsinne/haut/hautin.htm