Was ist laterale Hemmung? Definition und Beispiele

Laterale Hemmung ist der Prozess, durch den stimulierte Neuronen die Aktivität benachbarter Neuronen hemmen. Bei der lateralen Hemmung werden die Nervensignale zu benachbarten Neuronen (die seitlich zu den angeregten Neuronen positioniert sind) verringert. Die laterale Hemmung ermöglicht es dem Gehirn, Umwelteinflüsse zu steuern und Informationsüberflutungen zu vermeiden. Durch die Dämpfung der Wirkung einiger sensorischer Eingaben und die Verstärkung der Wirkung anderer trägt die laterale Hemmung dazu bei, die Wahrnehmung von Sehvermögen, Geräuschen, Berührungen und Gerüchen zu verbessern.

Wichtige Erkenntnisse: Laterale Hemmung

• Die laterale Hemmung beinhaltet die Unterdrückung von Neuronen durch andere Neuronen. Stimulierte Neuronen hemmen die Aktivität benachbarter Neuronen, wodurch unsere Sinneswahrnehmung geschärft wird.
• Die visuelle Hemmung verbessert die Kantenwahrnehmung und erhöht den Kontrast in visuellen Bildern.
• Die taktile Hemmung verbessert die Wahrnehmung des Drucks auf die Haut.
• Die akustische Hemmung verbessert den Klangkontrast und schärft die Klangwahrnehmung.

Neuron-Grundlagen

Neuronen sind Nervensystemzellen, die Informationen aus allen Körperteilen senden, empfangen und interpretieren. Die Hauptkomponenten eines Neurons sind der Zellkörper, Axone und Dendriten. Dendriten erstrecken sich vom Neuron und empfangen Signale von anderen Neuronen, der Zellkörper ist das Verarbeitungszentrum eines Neurons, und Axone sind lange Nervenprozesse, die sich an ihren terminalen Enden verzweigen, um Signale an andere Neuronen weiterzuleiten.

Die Übertragung des Aktionspotentials über ein myelinisiertes und ein nichtmyelinisiertes Axon. Encyclopaedia Britannica / UIG / Getty Images

Neuronen kommunizieren Informationen über Nervenimpulse oder Aktionspotentiale. Nervenimpulse werden an neuronalen Dendriten empfangen, durch den Zellkörper geleitet und entlang des Axons zu den Endästen befördert. Obwohl Neuronen nahe beieinander liegen, berühren sie sich nicht, sondern sind durch eine Lücke getrennt, die als synaptische Spalte bezeichnet wird. Signale werden vom prä-synaptischen Neuron zum postsynaptischen Neuron durch chemische Botenstoffe übertragen, die als Neurotransmitter bezeichnet werden. Ein Neuron kann an Synapsen Verbindungen mit Tausenden anderer Zellen herstellen und so ein riesiges neuronales Netzwerk aufbauen. 

So wirkt laterale Hemmung

Bei der lateralen Hemmung rekrutiert die Aktivierung einer Hauptzelle ein Interneuron, das wiederum die Aktivität der umgebenden Hauptzellen unterdrückt. Adaptiert von Peter Jonas und Gyorgy Buzsaki / Scholarpedia / CC BY-SA 3.0

Bei der lateralen Hemmung werden einige Neuronen stärker stimuliert als andere. Ein hoch stimuliertes Neuron (Hauptneuron) setzt auf einem bestimmten Weg anregende Neurotransmitter an Neuronen frei. Gleichzeitig aktiviert das hoch stimulierte Hauptneuron Interneurone im Gehirn, die die Erregung von lateral positionierten Zellen hemmen. Interneurone sind Nervenzellen, die die Kommunikation zwischen dem Zentralnervensystem und motorischen oder sensorischen Neuronen erleichtern. Diese Aktivität erzeugt einen größeren Kontrast zwischen verschiedenen Stimuli und führt zu einer stärkeren Konzentration auf einen lebhaften Stimulus. Laterale Hemmung tritt in sensorischen Systemen des Körpers auf, einschließlich olfaktorischer, visueller, taktiler und auditorischer Systeme.

Visuelle Hemmung

Eine laterale Hemmung tritt in Zellen der Retina auf, was zu einer Verbesserung der Kanten und einem erhöhten Kontrast in visuellen Bildern führt. Diese Art der lateralen Hemmung wurde von Ernst Mach entdeckt, der die jetzt als bekannte visuelle Illusion erklärte Mach Bands In dieser Illusion erscheinen nebeneinander angeordnete Tafeln mit unterschiedlichen Schattierungen an den Übergängen heller oder dunkler, obwohl die Farbe innerhalb einer Tafel einheitlich ist. Die Bedienfelder erscheinen am Rand heller mit einem dunkleren Bedienfeld (linke Seite) und am Rand dunkler mit einem helleren Bedienfeld (rechte Seite)..

Mach Bands. Urheberrecht - Evelyn Bailey

Die dunkleren und helleren Bänder an den Übergängen sind nicht wirklich vorhanden, sondern das Ergebnis einer seitlichen Hemmung. Netzhautzellen des Auges, die stärker stimuliert werden, hemmen die umgebenden Zellen stärker als Zellen, die weniger stark stimuliert werden. Lichtrezeptoren, die eine Eingabe von der helleren Seite der Kanten empfangen, erzeugen eine stärkere visuelle Reaktion als Rezeptoren, die eine Eingabe von der dunkleren Seite empfangen. Diese Aktion dient dazu, den Kontrast an den Rändern zu verbessern und die Kanten stärker hervorzuheben.

Simultaner Kontrast ist auch das Ergebnis einer lateralen Hemmung. Bei gleichzeitigem Kontrast beeinflusst die Helligkeit eines Hintergrunds die Wahrnehmung der Helligkeit eines Stimulus. Derselbe Reiz erscheint vor einem dunklen Hintergrund heller und vor einem helleren Hintergrund dunkler.

Die beiden Balken haben den gleichen Grauton, erscheinen jedoch oben (vor einem dunklen Hintergrund) heller als unten (vor einem hellen Hintergrund). Shi V et al. / PeerJ 1: e146 / CC BY 3.0  

Im obigen Bild werden zwei Rechtecke mit unterschiedlicher Breite und einheitlicher Farbe (grau) vor einem Hintergrund mit einem Hell-Dunkel-Verlauf von oben nach unten angezeigt. Beide Rechtecke erscheinen oben heller und unten dunkler. Aufgrund der seitlichen Hemmung erzeugt Licht aus dem oberen Teil jedes Rechtecks ​​(vor einem dunkleren Hintergrund) eine stärkere neuronale Reaktion im Gehirn als das gleiche Licht aus den unteren Teilen der Rechtecke (vor einem helleren Hintergrund)..

Taktile Hemmung

Laterale Hemmung tritt auch in der taktilen oder somatosensorischen Wahrnehmung auf. Berührungsempfindungen werden durch Aktivierung von Nervenrezeptoren in der Haut wahrgenommen. Die Haut hat mehrere Rezeptoren, die den ausgeübten Druck erfassen. Laterale Hemmung verstärkt den Kontrast zwischen stärkeren und schwächeren Berührungssignalen. Stärkere Signale (am Kontaktpunkt) hemmen benachbarte Zellen stärker als schwächere Signale (peripher zum Kontaktpunkt). Diese Aktivität ermöglicht es dem Gehirn, den genauen Kontaktpunkt zu bestimmen. Bereiche des Körpers mit größerer Tastsinnigkeit wie Fingerspitzen und Zunge haben ein kleineres Rezeptionsfeld und eine größere Konzentration sensorischer Rezeptoren.

Hemmung des Gehörs

Es wird angenommen, dass die laterale Hemmung eine Rolle beim Hören und beim Gehörgang des Gehirns spielt. Auditive Signale wandern von der Cochlea im Innenohr zum auditorischen Kortex der Schläfenlappen des Gehirns. Verschiedene Hörzellen reagieren effektiver auf Geräusche mit bestimmten Frequenzen. Hörneuronen, die eine stärkere Stimulation durch Geräusche mit einer bestimmten Frequenz erhalten, können andere Neuronen hemmen, die eine geringere Stimulation durch Geräusche mit einer anderen Frequenz erhalten. Diese Hemmung im Verhältnis zur Stimulation hilft, den Kontrast zu verbessern und die Schallwahrnehmung zu verbessern. Studien legen auch nahe, dass die laterale Hemmung von niedrigen zu hohen Frequenzen stärker ist und zur Anpassung der Neuronenaktivität in der Cochlea beiträgt.

Quellen

• Bekesy, G. Von. "Mach Band Typ Laterale Hemmung in verschiedenen Sinnesorganen." Das Journal of General Physiology, vol. 50, nein. 3, 1967, S. 519-532., Doi: 10.1085 / jgp.50.3.519.
• Fuchs, Jannon L. und Paul B. Drown. "Zwei-Punkte-Diskriminierbarkeit: Beziehung zu den Eigenschaften des somatosensorischen Systems." Somatosensorische Forschung, vol. 2, nein. 2, 1984, S. 163-169., Doi: 10.1080 / 07367244.1984.11800556. 
• Jonas, Peter und György Buzsaki. "Neuronale Hemmung." Scholarpedia, www.scholarpedia.org/article/Neural_inhibition.
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• Shi, Veronica et al. "Wirkung der Reizbreite auf den simultanen Kontrast." PeerJ, vol. 1, 2013, doi: 10.7717 / peerj.146.