NZZ Folio 04/08 - Thema: Die Sinne   Inhaltsverzeichnis

Von allen Sinnen

© Hansjörg Egger, Uster
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Der Mensch hat fünf Sinne – und noch einige mehr.

Von Martin Lindner
Jedes Lebewesen nimmt von der Welt nur wahr, was ihm seine Sinne vermitteln. Wäre der Mensch zum Beispiel ein Hai, könnte er auch bioelektrische Ströme erspüren und dadurch seine Beute orten. Als Arbeitsbiene bekäme er das irdische Magnetfeld mit. Und als Fledermaus fände er per Ultraschall-Echolot blind seinen Weg. Doch Neid ist nicht nötig. Immerhin, so heisst es seit Aristoteles, hat der Mensch fünf verschiedene Sinne. Schauen wir doch mal, was sie können.

Tasten

Angenommen, Ihr Chef gibt Ihnen die Hand. Vielleicht ist sie kräftig und behaart. Sie kann aber auch fein oder feucht sein. All das werden Ihnen die rund 1500 Mechanosensoren vermitteln, die ein einzelner Händedruck erregt. Insgesamt hat ein Erwachsener anderthalb bis zwei Quadratmeter Haut, in die Millionen Sensoren für Dehnung, Druck und Vibration eingebettet sind. Aus jedem Rezeptor führt eine feine Nervenfaser ohne Unterbrechung über das Rückenmark in den Hirnstamm; erst dort werden die Tastsignale auf die nächsten Nervenzellen weitergeschaltet, die sie an eine weitere Relaisstation im Thalamus (Zwischenhirn) weitergeben, von wo aus sie in die Hirnrinde gelangen. Hier erst werden uns die Reize bewusst. Und hier registrieren wir nicht nur: schwacher, feuchter Händedruck, sondern bewerten dieses Signal auch, indem wir zum Beispiel den Schluss ziehen: von zögerlichem Charakter.

Durch das Zusammenspiel der unterschiedlichen Rezeptorreize entsteht beim Ergreifen eines Gegenstands gewissermassen ein taktiles Hologramm – eine Art drei­dimensionales Bild. Freilich ist Haut nicht gleich Haut. Wenn man einen Zirkel auf die Mitte des Rückens setzt, müssen die Spitzen fast sieben Zentimeter auseinander stehen, um noch als zwei getrennte Punkte wahrgenommen zu werden. An den Fingerkuppen liegt die Unterscheidungsschwelle bei zwei Millimetern. Damit fühlt man mit den Fingern besser als mit den Geschlechtsorganen, allerdings nicht ganz so gut wie mit der Schleimhaut der ­Zungenspitze. Chirurgen aus Grenoble haben vor einigen Jahren mit einem Navigationssystem für Operationen experimentiert, das zwecks grösserer Genauigkeit über die Zunge statt über die Finger gesteuert wird. Man weiss zudem, dass Neugeborene nicht nur durch Betasten, sondern auch durch Ablutschen von Gegenständen erste abstrakte Konzepte und Bilder der Welt entwerfen.

Tatsächlich wird ein Baby bereits mit einem hochentwickelten Tastsinn geboren. Beim fünf Wochen alten Embryo spriessen sensible Nerven in die Hautdecke; zur Mitte der Schwangerschaft bestehen funktionstüchtige Verbindungen zwischen Haut und Hirn. Das Tasten und Fühlen – der Nahsinn par excellence – ist unser frühester Sinn.

Riechen und Schmecken

Sinnliche Wahrnehmung ist ein Lernprozess, der vor der Geburt beginnt – jedenfalls gilt das für Riechen und Schmecken. So ist bekannt, dass Neugeborene den Geruch des eigenen Fruchtwassers wiedererkennen. Tatsächlich gehen auch viele Nahrungskomponenten wie Knoblauch-, Anis- oder Karottenaromen ins Fruchtwasser über, und Kinder, deren Mütter in der Schwangerschaft oft Karottensaft tranken, zeigen später diese Vorliebe. So gewöhnt sich vermutlich bereits das Ungeborene an die Essenstradition seiner Eltern. Die Sinne werden sozusagen kulturell kalibriert.

Die biologische Grundlage für das Riechen und Schmecken indes liefert eine komplexe Rezeptormaschinerie. Die Zunge selbst kann mindestens fünf Geschmacksqualitäten unterscheiden: süss, salzig, sauer, bitter und «umami» (abgeleitet aus dem Japanischen für fleischig und herzhaft). Für den Umami-Geschmack, den Japaner mit Seegras oder Shiitake-Pilzen, Europäer dagegen mit Hühnerbrühe assoziieren, wurde erst vor einigen Jahren ein eigener Rezeptor entdeckt. Allerdings erklärt sich etwa der Geschmack einer Kirsche nur zum Teil durch dieses gustatorische Sensorium. Wichtig sind auch Textur und Mundgefühl – vor allem aber die Sinnesreize aus der Nase. Die Riechschleimhäute in der Nase werden nicht nur beim Beschnuppern der Nahrung, sondern auch beim Kauen durch aufwirbelnde Duftmoleküle aus dem Rachen erregt. Schmecken und Riechen lassen sich kaum trennen.

Das eigentliche Riechorgan besteht aus einigen Quadratzentimetern Riechschleimhaut im Nasendach. Dort finden sich rund 350 verschiedene Sorten Sinneszellen mit jeweils einem anderen Riechrezeptor. Da Düfte in der Regel komplexe Substanzgemische sind – das charakteristische Aroma einer Kaffeesorte wird durch etwa 15 verschiedene Duftkomponenten bestimmt –, erregen sie stets ein ganzes Ensemble von Riechrezeptoren, vergleichbar mit den vielen Farben in einem Mosaik. Die Rezeptoren, die insgesamt 10 000 verschiedene Düfte unterscheiden können, senden ihre Signale über feine Nervenfäden direkt durch die Schädelbasis ins Gehirn. Mit letzter Sicherheit ist allerdings nicht geklärt, wie das Riechen funktioniert (siehe NZZ Folio 06/03 «Die Nase des Ketzers»).

Sehen

Zugespitzt lässt sich sagen: Wir sehen weniger mit den Augen als mit der Grosshirnrinde. Prinzipiell trifft der Sachverhalt für alle Sinne zu, allerdings sind die neuronalen Mechanismen im visuellen System am besten erforscht. So extrahiert das Gehirn aus dem Gesehenen zunächst Grundkomponenten wie Farbe, Kontrast, Kontur und Bewegung. Die eigentliche Objekterkennung, etwa eines Löffels, erfolgt erst in weiteren Verarbeitungsschritten. Mehr als die Hälfte der Hirnrinde ist in irgendeiner Form am Sehen beteiligt. Freilich braucht das Gehirn das richtige Training. Wenn ein Kind etwa schielt und dadurch die Netzhautbilder der beiden Augen nicht übereinstimmen, entsteht eine besondere Sehschwäche, die Amblyopie. Dabei verwertet die Hirnrinde nur noch Signale aus einem Auge und unterdrückt die Informationen aus dem anderen – das schlimmstenfalls erblindet. Das Hirn verpasst es, trotz funktionierenden Netzhäuten, richtig sehen zu lernen.

Auch die Netzhäute selbst sind ursprünglich Teil des Gehirns – sie entstehen in der Embryonalperiode aus einer Ausstülpung des Zwischenhirnbodens. Jede Netzhaut fungiert als neuronaler Minicomputer mit spezialisierten Photosensoren: Während die rund 6 Millionen «Zapfen» für die Wahrnehmung der Farben und das hochauflösende Sehen bei Tag zuständig sind, reagieren die 120 Millionen «Stäbchen» auch auf schwache Hell-Dunkel-Kontraste bei Nacht. Tatsächlich können die Augen ihre Lichtempfindlichkeit durch Weitung der Pupillen und Regulationsvorgänge in der Netzhaut um mehrere Zehnerpotenzen steigern. Bei völliger Anpassung an die Dunkelheit reicht ein einziges Lichtquant pro Sekunde, um eine Stäbchenzelle zu reizen. Dann sehen wir selbst weit entfernte, schwach leuchtende Sterne.

Hören

Das Ohr ist der heimliche Star unter den Sinnesorganen. Es ist mindestens so empfindlich wie das Auge, schläft im Gegensatz dazu aber nie. Das Ohr ist vom Standpunkt des Ingenieurs aus ein Wunderwerk. Zudem ist das Hören die Grundlage menschlicher Kommunikation.

Von aussen betrachtet mutet das Ohr als knorpeliger Trichter an, doch aus dem hineinwandernden Schall werden Geräusche, Sprache und Musik. Hören ist eine sensorische Wertschöpfungskette. An ihrem Beginn steht simple Mechanik: Kleine Druckschwankungen der Luft – die Schallwellen – bringen das Trommelfell und die wenige Milligramm schweren Gehörknöchelchen im Mittelohr zum Schwingen. Das Mittelohr wiederum fungiert durch seine anatomischen Proportionen als akustischer Verstärker, und ein zwanzigfach gesteigerter Schwingungsdruck wird schliesslich auf das Innenohr übertragen. Hier findet sich, eingebettet in den seitlichen Schädel, das eigentliche Hörorgan, die sogenannte Gehörschnecke oder Cochlea. Sie ist mit einer wässrigen Flüssigkeit gefüllt, so dass bei jeder Druckübertragung winzige Wellen die Windungen der Schnecke durchwandern und die dort verteilten Sinneszellen durch Scherkräfte erregen. Der Clou: Jede Schallfrequenz erzeugt eine charakteristische Welle, die immer nur ganz bestimmte Rezeptoren reizt. In den Erregungsmustern, die der Hörnerv aus der Cochlea ans Gehirn überträgt, ist dadurch die Frequenz präzise codiert.

Der Mechanismus arbeitet derart genau, dass sich in einem Frequenzbereich von 1000 Hertz – einer typischen Tonhöhe beim Sprechen – Unterschiede von nur 3 Hertz wahrnehmen lassen. Bereits bei einem etwas schlechteren akustischen Auflösungsvermögen wäre das Sprachverstehen kaum möglich. Indes scheint sich das Gehör sogar noch schärfen zu lassen – vor allem, was die neuronale ­Interpretation der Hörsignale betrifft. So weisen Hirnscan-Studien darauf hin, dass sich bei Musikern durch langjährige Übung die für das Hören zuständigen Bereiche in der Hirnrinde vergrössern. Offenbar hinterlässt der ins Ohr hin­einwandernde Schall bleibende Spuren im Kopf.

Jenseits der fünf Sinne

In seiner Schrift «De anima» (Von der Seele) argumentierte Aristoteles, dass es nicht mehr als fünf Sinne geben könne – eine Einteilung, die über das Mittelalter bis in die Moderne erhalten blieb, dem menschlichen Sensorium aber nicht unbedingt gerecht wird. Beispielsweise ordnete Aristoteles das Empfinden von Warm und Kalt dem Berührungssinn zu. Heute weiss man jedoch, dass Temperatur­signale – ebenso wie Schmerz – durch besondere Rezeptoren in der Haut wahrgenommen und über eigenständige Nervenbahnen ans Gehirn übermittelt werden.

Es ist mehr eine Frage der Vorliebe als der Fakten, ob man von fünf, acht oder noch mehr Sinnen spricht. Allein in seinem Innern verfügt der Organismus über ein reiches Repertoire von Sensoren, die beispielsweise die Blasendehnung oder die Blutkonzentration von Traubenzucker und Kohlendioxid messen – und Empfindungen wie Harndrang, Hunger und Atemnot auslösen. Hinzu kommt der hochpräzise Gleichgewichts- und Lagesinn des Körpers, der gleich mehrere sensorische Systeme integriert. Am bekanntesten ist das Gleichgewichtsorgan, eine Art Wasserwaage im Kopf, das direkt neben der Gehörschnecke im Innenohr liegt. Es besteht aus mehreren Knochenkanälchen, die mit einer wässrigen Flüssigkeit gefüllt sind. Schnelle Kopfdrehungen, das Beschleunigen und Abbremsen eines Autos, aber auch die Erdanziehung führen zu Flüssigkeitsverschiebungen und erregen besondere Rezeptoren. Bei jedem Positionswechsel des Kopfes meldet das Innenohr die veränderte Stellung.

Diese Signale fliessen dann im Gehirn mit Reizen aus speziellen Sensoren in Gelenken, Muskeln und Sehnen zusammen. Sie geben fortlaufend Auskunft darüber, ob die Beine beim Gehen gebeugt oder gestreckt sind oder die Muskelspannung in Armen und Schultern bei einem Handstand auch ausreicht. Erst durch die Kombination aller Informationen werden koordinierte Bewegungen möglich. In jedem Augenblick verortet sich dabei der Körper im Raum.

Im Innern der Sinnesmaschine

Trotz der Vielfalt der Sinne beruht die Fähigkeit zur sinn­lichen Wahrnehmung auf wenigen Prinzipien. Auf mole­kularer Ebene heisst das: Sinnesrezeptoren verwandeln physikalische oder chemische Reize in elektrische Entladungsmuster der Nerven – und auf die muss sich das Hirn seinen Reim machen. Ob wir ein Nervensignal als Kitzel im grossen Zeh oder als Wohlgeruch in der Nase empfinden, hängt vor allem damit zusammen, an welcher Stelle die Sinnesreize die Hirnrinde erreichen. Das Grosshirn besitzt für jeden Sinn spezifische sensorische Felder. Allerdings: Diese zerebrale Landkarte der Sinne ist nicht unverrückbar. So weiss man inzwischen, dass bei Blinden Hirnrindenbereiche, die üblicherweise das Sehen bewerkstelligen, teilweise Aufgaben beim Tasten und Hören übernehmen. Insofern gibt es im Gehirn keine Wahrheit der Sinne, sondern nur neuronale Gewohnheiten, die Sinnesdaten zu deuten.

Sogar selbstverständliche Gewissheiten wie die Körperwahrnehmung sind nicht unumstösslich, wie Neuroforscher aus Lausanne unlängst gezeigt haben, indem sie zwei Sinne mit widersprüchlichen Informationen fütterten. Das Team setzte Testpersonen Videobrillen auf, mit denen sie den eigenen Körper in einer 3-D-Projektion von hinten beobachten konnten. Dann streichelte man ihnen den Rücken – was sie ebenfalls im Kamerabild sahen. Genau diese Szene rief bei den Testteilnehmern die verwirrende Empfindung hervor, sie hätten den eigenen Leib verlassen und der virtuelle Körper vor ihnen sei der ihre. Im Konflikt zwischen Streichelgefühl und Videobild war ihnen der Sinn für sich selbst abhanden gekommen. Sie trauten dem, was sie sahen, mehr als dem, was sie fühlten.

Martin Lindner ist Wissenschaftsjournalist; er lebt in Berlin.
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