Unsere Sinne - Sehen, Hören, Riechen, Schmecken und Tasten - bestimmen wesentlich unser Leben. Alles was wir wissen, wurde uns von unseren Sinnen vermittelt. Aber wie funktionieren unsere Sinne und wie kommt das Wissen über die Welt in unseren Kopf? Nach welchen Kriterien entscheidet unser Gehirn, was zu tun ist?
In diesem Sachbuch wird allgemeinverständlich dargelegt, wie hoch entwickelt die Sinnesorgane bei Tieren und Menschen sind. Oft erreichen Sinnesleistungen die Grenze des physikalisch Möglichen. Das Buch erklärt, wie Sinnesreize erfasst werden, wie sie in die Sprache des Nervensystems übersetzt werden und wie unser Gehirn Sinnesinformation verarbeitet. Das Gehirn setzt dabei auf wohl bewährte Strategien, die ein Ziel verfolgen: die Überlebenschance des Organismus zu erhöhen. Deshalb wird in diesem Buch gezeigt, wie sehr die Sinnesleistungen durch die Evolution geformt und bestimmt wurden. Das Buch zeigt auch, dass viele Tiere ihre Umwelt vollkommen anders wahrnehmen als wir.
/ AUS DEM INHALT: / / /
1 Die Sinne - unsere Fenster zur Welt 1
1.1 Wahrnehmung findet im Gehirn statt 2
1.1.1 Gefangen in der Maskenwelt 2
1.1.2 Das Gehirn, das rätselhafte Organ der Wahrnehmung 2
1.2 Wie kommt die Welt in unseren Kopf? 4
1.2.1 Von der Sinneszelle zur Wahrnehmung 4
1.2.2 Wahrnehmung ist ein Urteilsakt des Gehirns 5
1.3 Sinneswelten 6
1.3.1 Sinneswelt, die erste! 6
1.3.2 Sinnesweit, die zweite! 7
1.3.3 Sinneswelt, die dritte! 8
1.4 Vom Sinn der Sinne 9
2 Die Evolution der Sinne 11
2.1 Die Sinne des Menschen und wie er dazu kam 12
2.1.1 Wie viele Sinne hat der Mensch? 12
2.2 Die Evolution der Sinne 14
2.2.1 Die Evolution ist der Motor für die Weiterentwicklung des Lebens 14
2.2.2 Das Prinzip der Zucht - die künstliche Auswahl 16
2.2.3 Das Prinzip der Evolution - die natürliche Auslese 17
2.2.4 Die Eigenschaften unserer Sinnessysteme und die Verarbeitungsstrategien unseres Gehirns sind ein Produkt der Evolution 19
2.2.5 Kinder der Evolution 24
2.2.6 "Wer hat's erfunden?" 25
2.3 Jeder auf seine Art - die Leistungen unserer Sinne sind höchst unterschiedlich 26
2.3.1 Zwei Sinne im Vergleich 26
2.3.2 Vom Sinnesreiz zum Verhalten 29
Literatur 30
3 Die Sprache der Nervenzellen - und wie man sie versteht 31
3.1 Labor eines Neurowissenschaftlers 32
3.2 Labor 1: Die wunderbare Welt der Nervenzelle 34
3.2.1 Nervenzellen sind die Funktionseinheiten des Gehirns 34
3.2.2 Aufbau einer Nervenzelle 34
3.2.3 Was macht die Nervenzelle zur Nervenzelle? 38
3.2.4 Warum können Nervenzellen Signale übertragen? 41
3.3 Labor 2: Von Ionen und Membranen - wie Nervenzellen eine elektrische Spannung aufbauen 41
3.3.1 Ionen sind die Grundlage für elektrische Signale in Nervenzellen 41
3.3.2 lonenpumpen bauen Unterschiede zwischen dem Inneren der Zelle und ihrer Umgebung auf 43
3.3.3 lonenkanäle sind elektrische Schalter in der Zellmembran 44
3.4 Labor 3: Aktionspotenziale sind die Sprache unseres Nervensystems 46
3.4.1 Die Membranspannung spiegelt die Aktivität einer Nervenzelle wider 46
3.4.2 Aktionspotenziale leiten Signale über lange Strecken 48
3.5 Labor 4: Wie Nervenzellen Information austauschen 52
3.5.1 Synapsen übertragen die Information chemisch 52
3.6 Labor 5: Wie man mit Nervenzellen einen Hochleistungsrechner baut 56
3.6.1 Die Grundlagen des neuronalen Rechnens: Konvergenz und Divergenz, Erregung und Hemmung 56
3.6.2 Der Rechner in der Nervenzelle 59
3.6.3 Die schreckhafte Maus oder die Rückwärtshemmung als Notbremse 61
Literatur 62
4 Von der Sinneszelle zum Gehirn 63
4.1 Vom Reiz zum elektrischen Signal - die Signalwandlung 64
4.1.1 Eine komplizierte Aufgabe 64
4.1.2 Sinneszellen besitzen ein spezialisiertes Außensegment 64
4.1.3 Die einfachste Art der Signalwandlung: Rezeptor und lonenkanal sind in einem Protein zusammengefasst 65
4.1.4 Signalwandlung mit dem Baukastensystem - die G-Protein-gekoppelte Signalkaskade 66
4.2 Adaptation 69
4.2.1 Sinneszellen passen sich an die Umgebung an - sie adaptieren 69
4.3 Codierung der Sinnesinformation 71
4.3.1 Sinnesreize werden in der Abfolge von Aktionspotenzialen codiert und an das Gehirn geschickt 71
4.4 Die geordnete Verschattung der Sinnesinformation 72
4.4.1 Ordnung im Strom der Sinnesinformation 72
4.4.2 Ordnung auf höchster Ebene-die topografische Abbildung 73
4.4.3 Die Sinnesinformation wird gefiltert 74
Literatur 75
5 Schmecken 77
5.1 Vom Sinn des Schmeckens 78
5.2 Geschmackszellen überprüfen die Nahrung 79
5.3 Sauer und salzig: lonenkanäle auf der Zunge 81
5.4 Bittere Gifte 84
5.5 Köstlicher Geschmack: Süß und umami 87
5.6 Der "Scharfgeschmack" ist eigentlich ein Schmerzreiz 89
5.7 Die Geschmacksempfindung 90
5.8 Andere Lösungen 92
Literatur 93
6 Riechen 95
6.1 Die Vielfalt der Gerüche ist grenzenlos 96
6.2 Riechzellen in der Nase detektieren Duftstoffe 97
6.3 Im Gehirn entstehen Geruchsbilder 102
6.4 Bleib jung! Das Riechsystem erneuert sich selbst 105
6.5 Das Riechen mit Zilien 106
6.6 Pheromone organisieren das Sozialleben 108
6.7 Was uns an Gerüchen interessiert 113
6.8 Leben, ohne zu riechen IIS
Literatur 116
7 Sehen 117
7.1 Augen auf-und dann? 119
7.1.1 Ball, Satz und Sieg! 119
7.1.2 Betrachten wir die Sache mit dem Sehen mal bei Licht 119
7.1.3 Was wir in diesem Kapitel sehen werden 122
7.1.4 Was ist eigentlich Licht? 123
7.2 Das Auge 124
7.2.1 "Ich seh dir in die Augen, Kleines!" 124
7.2.2 Auf den ersten Blick ähnelt unser Auge einer Kamera 126
7.2.3 Nur im winzigen Zentrum unseres Bildfeldes sehen wir wirklich scharf 129
7.2.4 Die Verteilung der Photorezeptoren erfolgt als Anpassung an die Lebensweise 133
7.2.5 Wer hat die schärfsten Augen? 134
7.3 Wie unsere Photorezeptoren Licht in die Sprache des Nervensystems übersetzen - die Phototransduktion 136
7.3.1 Das Außensegment ist die lichtempfindliche. Antenne des Photorezeptors 136
7.3.2 Der erste Schritt beim Sehen: Ein Farbstoffmolekül im Photorezeptor absorbiert das Lichtquant 138
7.3.3 Die elektrische Lichtantwort unserer Photorezeptoren ist außergewöhnlich 139
7.3.4 Unsere Photorezeptoren - die etwas anderen Zellen 141
7.3.5 Ein Stäbchen kann zwar auf ein Lichtquant reagieren, wahrnehmen können wir ein einzelnes Lichtquant aber nicht 143
7.3.6 Besser als jeder fotografische Film: Die Anpassungsleistung der Netzhaut 144
7.3.7 Immer in Bewegung bleiben - wie Mikrosakkaden unsere Wahrnehmung stabilisieren 146
7.4 Farbensehen 148
7.4.1 Drei Sehpigmente in den Zapfen ermöglichen uns das Farbensehen 148
7.4.2 Dietrichromatische Theorie der Farbwahrnehmung 151
7.4.3 Farbsehstörungen 151
7.4.4 Die Evolution des Farbensehens 153
7.5 Die Retina - der Rechner im Auge 155
7.5.1 Die Netzhaut besteht nicht nur aus Photorezeptoren 155
7.5.2 Die Information wird im retinalen Netzwerk weiterverarbeitet 157
7.5.3 Die Sprache der Ganglienzellen 158
7.5.4 Vorteil eins: Objekttrennung durch Kontrastverschärfung! 160
7.5.5 Vorteil zwei: Die Informationsflut wird reduziert 162
7.5.6 Vorteil drei: Unabhängig werden von der Beleuchtung 163
7.5.7 Wie die Antwort im Zentrum des rezeptiven Feldes erzeugt wird 166
7.5.8 Wie die Retina durch laterale Hemmung rezeptive Felder erzeugt 167
7.5.9 Ganglienzellen sind neuronale Filter 169
7.5.10 Auf ins Gehirn! 172
7.6 Eine Reise durch das Sehsystem 173
7.6.1 Von der Retina bis zur primären Sehrinde 173
7.6.2 Die Sehrinde ist hochorganisiert 175
7.6.3 Die meisten rezeptiven Felder in der primären Sehrinde reagieren auf Kanten und Linien 176
7.6.4 Jenseits der primären Sehrinde 179
7.6.5 Der dorsale Pfad: Die Wo-wie-wohin-Bahn 180
7.6.6 Der ventrale Pfad: die Was-Bahn 181
7.6.7 Wo, bitte, geht's zur Großmutterzelle? 182
7.6.8 Andere Lösungen: Komplexaugen 186
Literatur 188
8 Hören 189
8.1 Bei Nacht im Kreidewald 190
8.2 Schall hören 191
8.2.1 Von der Schallquelle in das Ohr 191
8.2.2 Die Vielfalt des Hörens: Tone, Klänge, Geräusche 192
8.3 Cochlea - die tonotope Hörschnecke 194
8.3.1 Resonanz und Wanderwellen 194
8.3.2 Aufbau der Cochlea 195
8.3.3 Der Verstärker des Corti-Organs 196
8.3.4 Innere Haarzellen - empfindlicher geht es nicht 198
8.3.5 Die mechanoelektrische Transduktion 202
8.3.6 Haarzellen übertragen ihr Signal auf Nervenfasern 204
8.4 Unsere Hörwelt 206
8.4.1 Schallortung 206
8.4.2 Die Wahrnehmung von Sprache 210
8.4.3 Musik - der direkte Weg zur Emotion 214
8.5 Die Hörwelt der anderen: Echoortung 216
8.5.1 "Sehen mit den Ohren" 216
8.5.2 Die Kunst der Echoortung 218
8.5.3 Angewandte Physik - die Fledermaus nutzt den Dopplereffekt 221
8.6 Andere Lösungen: Mit den Knochen hören 223
Literatur 226
9 Orientierung und Navigation 227
9.1 Wo bin ich? 228
9.2 Die Orientierung an chemischen Signalen 229
9.3 Visuelle Orientierung 231
9.3.1 Sonne und Polarstern dienen als Orientierungshilfe 231
9.3.2 Die Detektion von polarisiertem Licht 233
9.4 Der magnetische Kartensinn 236
9.4.1 Das Magnetfeld der Erde 236
9.4.2 Magnetsinn bei Vögeln 240
Literatur ! 247
10 Tasten und Fühlen 249
10.1 Unsere Haut 250
10.2 Tasthaare 252
10.3 Schmerz-Warnung und Leid 254
10.4 Kälte, Wärme, Infrarot 264
Literatur 268
11 Unsere Innenwelt 269
11.1 Regelkreise organisieren den Körper 270
11.2 Muskelspindeln 271
11.3 Der Gleichgewichtssinn 273
11.4 Ausleuchtung der Innenwelt: Die Endorezeptoren 276
Literatur 278
12 Wahrnehmung 279
12.1 Was ist Wahrnehmung? 281
12.1.1 Der erste Schritt: Wahrnehmung ist indirekt - unser Gehirn muss die Umwelt deshalb rekonstruieren 281
12.1.2 Der zweite Schritt zur Wahrnehmung: Die Rekonstruktion unserer Umwelt erfolgt nicht "wertfrei" - unser Gehirn stellt eine Hypothese über die Umwelt auf 283
12.2 Prinzipien der Objekterkennung 285
12.2.1 Das Gehirn nutzt zur Wahrnehmung von Objekten einfache Prinzipien 285
12.3 Trennung von Objekt urid Hintergrund 289
12.3.1 Unser Gehirn "übertreibt" beim Trennen von Objekt und Hintergrund 289
12.3.2 Wettstreit der Strategien 289
12.3.3 Scheinkonturen - wir sehen etwas, das gar nicht ist 292
12.4 Wahrnehmung von Bewegung 293
12.4.1 Bewegung ist einer der wichtigsten Parameter in einer belebten Umwelt 293
12.4.2 Wer bewegt sich - du oder ich? 293
12.5 Wahrnehmung von Tiefe 296
12.5.1 Wie erzeugt unser Gehirn eine dreidimensionale Wahrnehmung aus einem zweidimensionalen Retinabild? 296
12.5.2 Auch ein zweidimensionales Bild kann Tiefeninformation enthalten 296
12.5.3 Erst das Sehen mit zwei Augen erlaubt die optimale Tiefenwahrnehmung 297
12.5.4 Die Wunderwelt des Stereogramms 300
12.5.5 Zufallspunktbilder-Tiefe aus dem Rauschen 301
12.5.6 Das Pulfrich-Pendel - oder: Tauschung ist die Wahrnehmung einer falschen Hypothese... 304
12.6 Wahrnehmung von Größe 306
12.6.1 Das Prinzip der Größenkonstanz - damit aus Riesen keine Zwerge werden 306
12.6.2 Wenn Kugeln wachsen und schrumpfen - Größenkonstanz beim Pulfrich-Pendel 308
12.7 Wettstreit der Sinne, Körpertausch, Magie und andere Illusionen 309
12.7.1 Das Gehirn sucht aktiv nach Information 309
12.7.2 Wahrnehmung ist ein Erinnerungsprozess 310
12.7.3 Zur lückenlosen, geordneten Wahrnehmung muss das Gehirn unser Zeitempfinden bei der Wahrnehmung manipulieren 311
12.7.4 Unser Gedächtnis ist die tragende Säule unserer Wahrnehmung 312
12.7.5 "Blinde hören besser als Sehende" - Mythos oder Wirklichkeit? 314
12.7.6 Ist die Wahrnehmung des eigenen Körpers auch nur ein Konstrukt unseres Gehirns? 316
12.7.7 Wahrnehmung ist abhängig von unserer Aufmerksamkeit 318
12.7.8 Selektive Aufmerksamkeit führt zur Blindheit für andere Reize 318
12.7.9 Aufmerksamkeit verändert die Physiologie des Gehirns 319
12.7.10 Wahrnehmungsexperten der besonderen Art 321
12.7.11 Im Gleichschritt zur Wahrnehmung 322
12.7.12 Was wir von Patienten mit Wahrnehmungsstörungen lernen können 324
Literatur 326
13 Anhang 327
13.1 Herstellung von Masken 328
13.2 Die versteckte Maus 328
13.3 Die Täuschung nach Koffka 328
13.4 Suchbilder 328
13.5 Gedankenlesen aus der Ferne 328
Glossar 333
Stichwortverzeichnis 345