Die Welt und uns selbst erspüren – das somatosensorische System

Plumps musste überall mit, ohne ihn tat Julia keinen Schritt. Bereits als Baby drehte sie einen seiner mit Watte ausgestopften Knöpfe vor dem Einschlafen – später wurde der kleine Stoffclown von ihr umhergeschleppt, gestreichelt und geküsst. Sauberer wurde er so nicht. Den Versuch ihrer Mutter, die abgewetzte Puppe durch ein neues Exemplar zu ersetzen, entlarvte Julia sofort: “Das ist nicht Plumps”, erklärte sie. Die Knöpfe fühlten sich anders an.

Wenn kleine Kinder die Welt entdecken, dann reicht es ihnen nicht, nur zuzuschauen und zuzuhören. Die Rassel wandert unwillkürlich von den Händen in den Mund, und auch der mit Badewasser vollgesogene Schwamm ist wohl zum Trinken da. Alles Neue müssen sie anfassen, um Form, Textur und Bedeutung zu begreifen. Und auch über die Babyjahre hinaus bleibt der Tastsinn ein wichtiges Hilfsmittel, um neue Dinge zu lernen.

Der Tastsinn ist aber nur ein – wenn auch essentieller Teil – des somatosensorischen Systems. Darüber hinaus besteht es aus mindestens drei weiteren Sinnen: dem Temperatursinn, dem Schmerzsinn und der Tiefensensibilität oder Propriozeption. Während Letztere der Eigenwahrnehmung des Körpers dient, also Informationen von innen liefert, ist die wichtigste Außenstelle des somatosensorischen Systems unser mit Abstand größtes Sinnesorgan – die Haut (siehe: Außenstelle des Gehirns). Von dort gelangen permanent Signale über das Rückenmark ins Gehirn. Genauer gesagt zum somatosensorischen Cortex, der bei der Umwandlung der Reize in Wahrnehmungen hilft (siehe: Der Weg des Kusses).

Es sind Wahrnehmungen, die nicht nur unabdingbare Informationen über die Umwelt und den eigenen Körper liefern, sondern unser gesamtes (Er-)Leben enorm bereichern. Was wäre ein Strandspaziergang, würden wir nicht die warme Sonne auf der Haut und den Sand unter den Füßen spüren? Zärtlichkeit und Sex ohne die Fähigkeit, Berührungen zu empfinden?

Verglichen mit anderen Sinnen, vor allem dem Sehsinn, wird dem somatosensorischen System trotzdem oft wenig Beachtung geschenkt – auch von der Forschung. So gibt es in Deutschland nur ein einziges Labor, das sich speziell mit dem Tastempfinden beschäftigt (siehe: Der Homo hapticus). Dabei erfüllen somatosensorische Wahrnehmungen lebenswichtige Aufgaben. Schmerzen warnen uns, dass eine Verletzung oder eine Krankheit Leib und Leben bedroht. Ein Kribbeln auf der Haut signalisiert Parasiten. Durch Kalt- und Warmrezeptoren in der Haut erspüren wir die Temperatur von Gegenständen und der Umgebung, außerdem ermöglicht der Temperatursinn eine sehr feine Regulation der inneren Körpertemperatur – je nachdem wie heiß oder kalt es um uns herum ist. Vibration verheißt vielen Tieren nahe Beute oder auch Gefahr aus dem Hinterhalt. Und ohne die Rezeptoren in Muskeln und Gelenken, die über die Position des Körpers im Raum informieren, würden uns selbst einfache Bewegungen schwer fallen. Über Berührung bestärken wir außerdem soziale Kontakte: In den Arm genommen zu werden, beruhigt in Notsituationen mehr als tausend Worte.

Anders als beim Hören, Riechen, Schmecken oder Sehen sind die Sinneszellen des somatosensorischen Systems nicht auf einen Körperteil wie Ohr, Nase, Mund oder Augen beschränkt. Im Gegenteil: Seine etwa 20 verschiedenen Rezeptortypen sind in unterschiedlicher Dichte über den gesamten Körper verteilt. Wer eine schnurrende Katze auf seinem Schoß kräftig streichelt, benutzt gleich drei Gruppen von Tastsinneszellen: Die Meissnerschen Körperchen sind für leichte Berührungen zuständig und vermelden das seidige Fell, die lamellenartigen Vater-Pacini-Körperchen registrieren Vibration und somit das Schnurren. Und die auf Druck spezialisierten, scheibenförmigen Merkelzellen leiten Informationen über das Gewicht der Katze weiter.

Sie alle haben eine Gemeinsamkeit: Es handelt sich um Mechanorezeptoren. Das heißt, sie registrieren Verformungen von Haut- und Haarzellen und wandeln diese in elektrische Signale um. In welcher Frequenz sie diese über verschiedene Schaltstationen Richtung Gehirn schicken, hängt davon ab, wie stark der Reiz ist, wie geübt wir in seiner Wahrnehmung sind, wie müde oder gestresst wir uns gerade fühlen und wie lange der Reiz bereits von außen auf uns einwirkt.

Sind Mechanorezeptoren für unsere Umwelt zuständig, so sind Propriorezeptoren Rezeptoren für das Selbst. Sie melden aus den Muskeln und Gelenken, wo sich unsere Körperteile gerade im Raum befinden, was sie tun und wie unsere Haltung ist. So ermöglichen sie komplexe Bewegungen und Handlungen. Ohne ihre Signale wären wir gezwungen, ständig unsere Gliedmaßen im Auge zu behalten: Ist der rechte Arm angehoben? Hält die linke Hand etwas fest? Ist das wirklich mein Bein, das ich da sehe? Das aus den propriozeptiven Wahrnehmungen im somatosensorischen Cortex kreierte Bild des eigenen Körpers ist allerdings flexibel und unterliegt auch Illusionen (siehe: Wenn die Grenzen des Körpers verschwimmen). Dies zeigen erstaunliche Experimente und ein erstaunliches Phänomen: der Phantomschmerz – Empfindungen aus einem Körperteil, der gar nicht mehr da ist (siehe: Wenn die fehlende Hand schmerzt).

Dass Sinneseindrücke nicht eins zu eins wiedergeben, wie die Welt „wirklich“ ist, verdeutlichen zwei andere somatosensorische Empfindungen: „normaler“ Schmerz und Juckreiz. Für beides gibt es in der Umwelt keine Entsprechung – nichts, was per se weh tut oder kribbelt. Und trotzdem fühlen sich diese mentalen Konstrukte unseres Gehirns sehr real an. Wird die Haut oder das Gewebe darunter verletzt, schlagen freie Nervenendigungen – so genannte Nozizeptoren – Alarm und wir fühlen einen stechenden Schmerz. Diese Signale der Nozizeptoren – vom lateinischen ‘nocere’ für ‘schaden’ abgeleitet – gehen noch einen direkteren Weg. Sie aktivieren Reflexbahnen im Rückenmark, sodass wir uns schnellstmöglich in Sicherheit bringen können. Entzündungen verursachen dagegen dumpfe Schmerzen (siehe: Schmerzlich aber unabdingbar).

Auch der Juckreiz warnt vor Gefahren: ganz akut, wenn ein Parasit in unsere Haut eindringt oder auch über Wochen, wenn Nerven oder Haut krank sind. Das unerträgliche Kribbeln ist aber nicht einfach der kleine Bruder des Schmerzes. Werden die Nozizeptoren nur leicht gereizt, so juckt es, lautete lange eine These. Ein Team um Zhou-Feng Chen vom Schmerzzentrum der Washington University School of Medicine im amerikanischen St. Louis hat das im Jahr 2009 widerlegt. Es wies nach, dass man bei Mäusen den Juckreiz ausschalten kann, ohne dabei das Schmerzempfinden zu beeinflussen. Also müssen eigene Signalwege von diesen Nervenenden bis zum Gehirn für beide Empfindungen vorhanden sein. Zuvor hatte Martin Schmelz, vormals Physiologe an der Universität Erlangen jetzt in der Translationalen Schmerzforschung an der Universität Heidelberg, bereits zeigen können, dass es freie Nervenenden in der Haut gibt, die nur für das Jucken zuständig sind. Sie reagieren ausschließlich auf den Botenstoff Histamin, der zum Beispiel nach einem Mückenstich die Haut anschwellen lässt.

Eine weitere Familie der Schmerzrezeptoren mit Sitz in den oberen Hautschichten dient als Messstation für kalt oder warm. Die Kaltpunkte liegen in den oberen Hautschichten, sie reagieren auf Temperaturen zwischen 5 und 36 Grad Celsius, die Warmpunkte übermitteln Werte von 25 bis 45 Grad. Kommen wir von einem klimatisierten Gebäude in die pralle Sommersonne, so feuern vor allem die Warmrezeptoren; die für Kälte bleiben stumm. Beim Baden im Meer ist es umgekehrt. Allerdings stellen sich diese freien Nervenendigungen schnell auf die neue Temperatur ein. Die Messung ist also keineswegs objektiv, sondern hängt unter anderem von der Ausgangstemperatur der Haut ab, der Geschwindigkeit der Temperaturänderung und der Größe der Hautfläche, die der Temperatur ausgesetzt ist.

Das meiste, was uns das somatosensorische System meldet, dringt allerdings gar nicht erst in unser Bewusstsein. Und das ist auch gut so. Würden wir jeden einzelnen Berührungsreiz wahrnehmen, wäre zum Beispiel Kleidung unerträglich. Es sind die Änderungen, die wir registrieren. “Achtung! Hier passiert etwas”, melden dann die Nervenzellen. Schürft sich ein Kind das Knie auf, so wird die Verletzung sofort zu Tränen führen. Rempelt uns jemand an, werden wir uns nach dem Übeltäter umschauen. Doch auch Aufmerksamkeit und Erwartungen steuern, was wir wahrnehmen. Sind wir durch den Anrempler abgelenkt, hat auf der anderen Körperseite ein Taschendieb leichtes Spiel. Und das Kind, dessen Knie blutet, wird den Schmerz wohl intensiver wahrnehmen als ein Soldat, der im Feld schwer verletzt um sein Leben kämpfen muss. Hier greifen zwei Prozesse ineinander: Die Informationen, die die spezialisierten Sinneszellen mit an das Gehirn weitergeben – und wie das Gehirn diese verarbeitet und bewertet.

Für das Gehirn sind nicht alle Körperregionen gleich. Je größer die Dichte an Rezeptoren in einem bestimmten Körperteil, desto größer ist auch der Bereich des somatosensorischen Cortex, der sich mit ihren Informationen beschäftigt. Die Fingerspitzen nehmen daher den größten Teil dieses landkartenähnlich organisierten Systems in der Hirnrinde ein, gefolgt von Lippen, Gesicht und Mund. “Fingerspitzengefühl” kommt also nicht von ungefähr, wohl kaum einer käme auf die Idee, etwas mit dem Ellenbogen ertasten zu wollen. Auch dass kleine Kinder ganz automatisch alles zur näheren Erkundung in den Mund stecken, wird vor diesem Hintergrund verständlich.

Die Merkmale, die allein die Tastrezeptoren liefern, reichen jedoch noch nicht aus, um in einer Handtasche einen Gegenstand als Hausschlüssel oder Handy zu ertasten. Dazu ist ein weiterer Schritt nötig: Die Assoziationsgebiete im Gehirn vergleichen die eingehenden Informationen mit unseren bisherigen Erfahrungen und fügen sie wie ein Puzzle zu einem schlüssigen Gesamtbild zusammen.

So ist die Braille-Schrift für die meisten Sehenden unverständlich, mit viel Übung jedoch kann sie ein Blinder aber lesen. Ein Masseur kann Verspannungen erkennen, von denen ein Laie nichts ahnt. Und so konnte auch Julia den Trick ihrer Mutter entlarven – obwohl der neue Stoffclown genauso aussah wie der alte. Die Erwachsenen hatten einfach nicht begriffen, dass es auf die vom vielen Knuddeln ‘unüberspürbar’ verformten Knöpfe ankommt.

Zum Weiterlesen:

• Aamodt, S., Wang, S.: Welcome to your Brain. Why You Lose Your Car Keys but Never Forget How to Drive and Other Puzzles of Everyday Life. Bloomsbury USA, 2008.
• Hackenbroich, V.: Schlimmer als Schmerz. Juckreiz kann unerträglich sein. Spiegel, Nr. 10 vom 6. März 2006 (zum Text).
• Liu, Q., et al: The Distinct Roles of Two GPCRs, MrgprC11 and PAR2, in Itch and Hyperalgesia. Science Signaling. 2011; 4(181):ra45, 2011 (zum Abstract).
• Sun, Y.-G., et al.: Cellular Basis of Itch Sensations. Science. 2009; 325(5947):1531-1534 (zum Abstract).

Veröffentlichung: am 14.08.2011
Aktualisierung: am 30.11.2017