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Das Alles-oder-Nichts-Gesetz besagt, dass die Stärke der Reaktion einer Nervenzelle oder Muskelfaser nicht von der Stärke des Reizes abhängt . Wenn ein Reiz über einem bestimmten Schwellenwert liegt, wird ein Nerv oder eine Muskelfaser
Nach dem Alles-oder-Nichts-Gesetz erfolgt bei einzelnen Neuronen oder Muskelfasern entweder eine vollständige Reaktion oder überhaupt keine Reaktion.
Inhaltsverzeichnis
Wie funktioniert das Alles-oder-Nichts-Gesetz?
Wenn ein Reiz stark genug ist, entsteht ein Aktionspotential und ein Neuron sendet Informationen über ein Axon vom Zellkörper weg und in Richtung der Synapse . Änderungen in der Zellpolarisation führen dazu, dass das Signal über die gesamte Länge des Axons weitergeleitet wird.
Das Aktionspotential ist immer eine vollständige Reaktion. Es gibt kein „starkes“ oder „schwaches“ Aktionspotential. Stattdessen handelt es sich um einen Alles-oder-Nichts-Prozess. Dadurch wird die Möglichkeit minimiert, dass unterwegs Informationen verloren gehen.
Dieser Vorgang ähnelt dem Drücken des Abzugs einer Waffe. Ein sehr geringer Druck auf den Abzug reicht nicht aus und die Waffe feuert nicht. Wenn jedoch ausreichend Druck auf den Abzug ausgeübt wird, feuert die Waffe.
Die Geschwindigkeit und Kraft der Kugel werden nicht davon beeinflusst, wie stark Sie den Abzug betätigen. Die Waffe feuert entweder, oder sie feuert nicht. In dieser Analogie stellt der Reiz die auf den Abzug ausgeübte Kraft dar, während das Abfeuern der Waffe das Aktionspotenzial darstellt.
Wie das Signal ein Aktionspotential auslöst
Im normalen Ruhezustand beträgt die Spannung im Inneren eines Neurons etwa -70 Millivolt. Bei Aktivierung durch den Reiz depolarisiert die Membran, wodurch sich Ionenkanäle öffnen. Dadurch werden Natriumionen aktiviert, die die Polarisierung des Axons verändern.
Sobald die Zelle bis zum erforderlichen Schwellenwert depolarisiert, wird das Aktionspotential ausgelöst. Wie das Alles-oder-Nichts-Gesetz besagt, ist diese Aktion nicht abgestuft – sie geschieht entweder oder nicht.
Ein Reiz kann dazu führen, dass Natrium in die Zelle gelangt, aber es können zu wenige Ionen in die Zelle gelangen. Das bedeutet, dass die Zelle den erforderlichen Schwellenwert nicht erreicht und nicht feuert.
Bestimmung der Reizstärke
Der Körper muss immer noch die Stärke oder Intensität eines Reizes bestimmen. Es ist beispielsweise wichtig zu wissen, wie heiß eine Tasse Kaffee ist, wenn Sie den ersten Schluck nehmen, oder wie fest Ihnen jemand die Hand schüttelt.
Um die Reizintensität zu messen, stützt sich das Nervensystem auf zwei Informationsquellen:
- Die Rate, mit der ein Neuron feuert : Ein Neuron, das schneller feuert, weist auf einen Reiz mit stärkerer Intensität hin.
- Wie viele Neuronen feuern zu einem bestimmten Zeitpunkt : Zahlreiche Neuronen, die gleichzeitig oder in schneller Folge feuern, würden ebenfalls auf einen stärkeren Reiz hinweisen.
Wenn Sie einen Schluck Kaffee trinken und dieser sehr heiß ist, reagieren die sensorischen Neuronen in Ihrem Mund schnell. Ein sehr fester Händedruck von einem Kollegen kann sowohl eine schnelle neuronale Aktivierung als auch eine Reaktion vieler sensorischer Neuronen in Ihrer Hand zur Folge haben. In beiden Fällen liefern die Rate und Anzahl der feuernden Neuronen wertvolle Informationen über die Intensität des ursprünglichen Reizes.
Gemäß dem Geschwindigkeitsgesetz gilt: Je intensiver ein Reiz ist, desto schneller feuert das Neuron. Mit anderen Worten: Ein starker Reiz führt dazu, dass das Neuron viel schneller feuert als ein schwacher.
Die Feuerrate eines Neurons wird durch seine absolute Refraktärzeit bestimmt. Das ist die Zeitspanne nach der Feuerung einer Zelle, in der sie unabhängig von der Intensität des Reizes kein weiteres Aktionspotential erzeugen
Rekapitulieren
Nicht das Aktionspotential gibt Aufschluss über die Stärke oder Intensität eines Signals, sondern vielmehr über die Geschwindigkeit und Anzahl gleichzeitig feuernder Neuronen.
Beispiele für die Alles-oder-Nichts-Antwort
Einige Beispiele für die Alles-oder-Nichts-Reaktion können in verschiedenen sensorischen und wahrnehmungsbezogenen Situationen beobachtet werden. Zum Beispiel:
- Eine heiße Pfanne berühren
- Einen köstlichen Duft riechen
- Die Kälte eines Glases Wasser spüren
- Erkennen der Süße eines Bonbons
In jedem Fall werden sensorische Informationen über Aktionspotentiale übermittelt, die das Signal an das Gehirn weiterleiten. Sobald die Schwelle erreicht ist, um einen elektrischen Impuls auszulösen, feuert der Nerv und überträgt die sensorischen Informationen. Das ist ein Beispiel für das Alles-oder-Nichts-Gesetz in Aktion.
Die Geschwindigkeit und Frequenz, mit der der Nerv feuert, geben dem Gehirn Informationen über die Intensität des Reizes. Das Berühren einer heißen Pfanne würde beispielsweise zu einer schnellen Auslösung eines Nervenimpulses führen, der eine sofortige Reaktion zur Folge hätte.
Entdeckung des Alles-oder-Nichts-Gesetzes
Das Alles-oder-Nichts-Gesetz wurde erstmals 1871 vom Physiologen Henry Pickering Bowditch beschrieben. In seinen Beschreibungen der Kontraktion des Herzmuskels erklärte er: „Ein Induktionsschock erzeugt eine Kontraktion oder versäumt es, je nach seiner Stärke; wenn er überhaupt eine Kontraktion erzeugt, erzeugt er die stärkste Kontraktion, die durch eine beliebige Reizstärke im aktuellen Zustand des Muskels hervorgerufen werden kann.“
Während das Alles-oder-Nichts-Gesetz zunächst auf die Herzmuskulatur angewendet wurde, stellte sich später heraus, dass auch Neuronen und andere Muskeln nach diesem Prinzip auf Reize reagieren.
Zusammenfassung
Das Alles-oder-Nichts-Gesetz ist ein wichtiges Prinzip, das beschreibt, wie Nervenzellen entweder mit voller Kraft feuern oder nicht. Aus diesem Grund verlieren wichtige Informationen auf ihrem Weg zum Gehirn nicht an Kraft, was sicherstellt, dass Menschen auf Umweltreize reagieren können.