Laterale Hemmung: Die Unterdrückung von Neuronen verbessert die sensorische Wahrnehmung

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Laterale Hemmung ist definiert als der Prozess, durch den eine Zelle die Aktivität benachbarter Zellen hemmt . Im Falle des Nervensystems sind die Zellen die Neuronen. Die laterale Hemmung von Neuronen erzeugt eine Abnahme der Aktivität einer Gruppe von Neuronen, was es dem Gehirn ermöglicht, die Verwaltung der Informationen, die es aus der Umgebung des Organismus erhält, zu modulieren. Dadurch wird die Wirkung einiger Sinnesreize gedämpft und die Registrierung anderer Reize optimiert, wodurch die laterale Hemmung hilft, die sensorische Wahrnehmung von Sehen, Hören, Tasten und Riechen zu schärfen.

Aufbau eines Neurons.
Aufbau eines Neurons.

Neuronen sind die Zellen des Nervensystems, die Informationen aus allen Teilen des Körpers senden, empfangen und interpretieren . Es war der spanische Wissenschaftler Santiago Ramón y Cajal, Nobelpreisträger für Medizin, der Ende des 19. Jahrhunderts Neuronen als grundlegende strukturelle Komponenten des Nervensystems identifizierte und ein Modell zur Erklärung ihrer Funktionsweise vorschlug. Die Hauptbestandteile eines Neurons, dessen detaillierte Struktur in der obigen Abbildung dargestellt ist, sind der Zellkörper, die Axone und die Dendriten. Dendriten erstrecken sich vom Neuron und empfangen Signale von anderen Neuronen; Der Zellkörper ist das Verarbeitungszentrum eines Neurons, und Axone sind Nervenfortsätze, die sich an ihren Enden verzweigen, um Signale an andere Neuronen zu übertragen.

Zeichnung von Santiago Ramón y Cajal der Neuronen des Kleinhirns einer Taube.
Zeichnung von Santiago Ramón y Cajal der Neuronen des Kleinhirns einer Taube.

Neuronen kommunizieren Informationen durch Nervenimpulse, die Aktionspotentiale sind, d. h. elektrische Ladungswellen, die entlang der Zellmembran wandern und durch Veränderung der Ladungsverteilung übertragen werden. Nervenimpulse werden in den Dendriten von Neuronen empfangen, passieren den Zellkörper und werden entlang des Axons zu den Endästen transportiert. Neuronen berühren sich nicht, sondern sind durch eine Lücke getrennt, die als synaptischer Spalt bezeichnet wird; Signale werden von einem Neuron, dem präsynaptischen, zu einem anderen Neuron, dem postsynaptischen, durch bestimmte Moleküle, chemische Botenstoffe, sogenannte Neurotransmitter , übertragen . Durch die Synapse kann ein Neuron gleichzeitig Verbindungen zu Tausenden anderer Neuronen haben, wodurch ein riesiges neuronales Netzwerk entsteht.

Seitliche Hemmung

Aufgrund der lateralen Hemmung haben einige Neuronen ein anderes Stimulationsniveau als benachbarte Neuronen. Das Hauptneuron in einem Prozess, dasjenige mit dem höchsten Stimulationsniveau, setzt Neurotransmitter frei, die eine Reihe von Neuronen in einer bestimmten Reihenfolge erregen. Gleichzeitig aktiviert das Hauptneuron Neuronen im Gehirn, die die Aktivität anderer Neuronen hemmen, die sich seitlich des Prozessablaufs befinden. Diese hemmenden Neuronen sind die Nervenzellen, die an der Kommunikation zwischen dem zentralen Nervensystem und motorischen oder sensorischen Neuronen beteiligt sind. Auf diese Weise entsteht ein Kontrast zwischen den verschiedenen Reizen, der es dem Nervensystem ermöglicht, sich auf einen bestimmten Reiz zu fokussieren bzw. zu „konzentrieren“. Wie eingangs erwähnt,

Seitliche Hemmung des visuellen sensorischen Systems

In Netzhautzellen führt die seitliche Hemmung zu einer Randverstärkung und einem erhöhten Kontrast in Bildern, die im Gehirn erzeugt werden. Die Wirkung dieser seitlichen Hemmung wurde von Ernst Mach entdeckt, der 1865 die als Märzbänder bezeichnete visuelle Täuschung erklärte.. Dieser Effekt bewirkt, dass nebeneinander gestellte Paneele mit unterschiedlichen Farbtönen an Übergängen heller oder dunkler erscheinen, trotz der einheitlichen Farbe innerhalb eines Paneels. Panels erscheinen am Rand heller bei einem dunkleren Panel und dunkler am Rand bei einem helleren Panel. Die dunkleren und helleren Bänder an den Übergängen sind nicht echt, sondern das Ergebnis seitlicher Hemmung. Retinale Neuronen, die stärker stimuliert werden, hemmen benachbarte Neuronen stärker als Zellen, die weniger intensive Stimulation erhalten. Lichtrezeptoren, die Informationen von der helleren Seite der Kanten empfangen, erzeugen eine stärkere visuelle Reaktion als Rezeptoren, die Informationen von der dunkleren Seite empfangen. Diese Reaktion des Nervensystems verstärkt den Kontrast an den Rändern,

Simultankontrast ist auch das Ergebnis lateraler Hemmung. In einer simultanen Kontrastsituation beeinflusst die Helligkeit eines Hintergrunds die Wahrnehmung der Helligkeit des Hauptreizes. Derselbe Hauptreiz erscheint auf einem dunklen Hintergrund heller und auf einem helleren Hintergrund dunkler.

Seitliche Hemmung des taktilen sensorischen Systems

Laterale Hemmung wirkt auch auf Berührung. Die Wahrnehmung durch Berührung erfolgt durch die Aktivierung von neuronalen Rezeptoren in der Haut, die den auf diese Körperoberfläche ausgeübten Druck erkennen. Laterale Hemmung verstärkt den Kontrast zwischen den stärksten und schwächsten taktilen Signalen. Rezeptoren, die die stärksten Signale empfangen, die an einem Kontaktpunkt auftreten, hemmen benachbarte Rezeptoren stärker als Rezeptoren, die einen schwächeren Stimulus erhalten, an Stellen, die peripher zum Kontaktpunkt liegen. Dies verbessert die Empfindlichkeit der Berührungswahrnehmung, indem es dem Gehirn ermöglicht, den genauen Ort des Reizes zu bestimmen. Die berührungsempfindlichsten Körperregionen wie Fingerkuppen und Zunge

Seitliche Hemmung des auditiven sensorischen Systems

Es wird angenommen, dass die laterale Hemmung eine relevante Rolle bei den Prozessen spielt, die mit dem Hören und der Weiterleitung von Informationen an das Gehirn verbunden sind. Hörsignale wandern von der Cochlea im Innenohr zum Hörkortex in den Schläfenlappen des Gehirns. Die verschiedenen mit Hörprozessen verbundenen Zellen reagieren effektiver auf Geräusche bestimmter Frequenzen. Hörneuronen, die durch Geräusche mit einer bestimmten Frequenz stärker stimuliert werden, können die Aktivität anderer Neuronen hemmen, die durch Geräusche mit einer anderen Frequenz weniger stimuliert werden. Diese proportionale Hemmung der Stimulation trägt dazu bei, den Kontrast und damit die Empfindlichkeit bei der Schallwahrnehmung zu verbessern.

Quellen

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Shi, Veronica, et al . Auswirkung der Stimulusbreite auf den Simultankontrast. PeerJ , vol. 1, 2013, doi:10.7717/peerj.146.

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Sergio Ribeiro Guevara (Ph.D.)
(Doctor en Ingeniería) - COLABORADOR. Divulgador científico. Ingeniero físico nuclear.

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