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Sinnessysteme wandeln physikalische Energie (Licht, Schall, Druck, Wärme, Moleküle) in neuronale elektrische Signale um. Der Transduktionsprozess verändert die Ionenleitfähigkeit der Rezeptormembran: Ein Reiz öffnet oder schließt bestimmte Ionenkanäle (Mechanotransduktion, Phototransduktion, Chemotransduktion) und verändert das Membranpotential (Rezeptorpotential), das, wenn es den Schwellenwert überschreitet, Aktionspotentiale im primären sensorischen Neuron erzeugt.

Die Weber-Fechner- und Stevens-Gesetze beschreiben die Komprimierung der sensorischen Reaktion: Das sensorische System weist den in der Umgebung häufigen Änderungen im Intensitätsbereich die größte Empfindlichkeit (Gewinn) zu. Weber (I/I = konstant) erfasst die Proportionalität der Differenzschwelle; Fechner integriert diese Beziehung, um P = log(I/I) zu erhalten. Stevens findet, dass das Potenzgesetz (P I^n) präziser ist: Der Exponent n kodiert die Funktion der Modalität (n < 1: vorteilhafte Kompression beim Sehen und Hören; n > 1: Ausdehnung beim Schmerz).

Die Phototransduktion in Photorezeptoren (Stäbchen und Zapfen) folgt einer Verstärkungskette: 1 Photon aktiviert 1 Rhodopsin 500 Transducine 500 PDEs hydrolysiert 10 cGMP/s schließt ~230 Na-Kanäle V 1 mV in Stäbchen. Dieser Prozess hat einen Verstärkungsgewinn von ~10: Daher sind die Stäbe in der Lage, einzelne Photonen mit einem SNR > 1 zu erkennen.

Die Basilarmembran der Cochlea führt eine passive mechanische Fourier-Analyse durch: Jeder Punkt entlang seiner Länge schwingt mit einer charakteristischen Frequenz (Tonotopenkartierung), wobei f_CF über ~35 mm exponentiell von der Basis (20 kHz) zur Spitze (20 Hz) abfällt. Die äußeren Haarzellen verstärken aktiv (10100-fach) die Schwingung der Basilarmembran, schärfen die Frequenzabstimmung und sorgen für eine Empfindlichkeit bis zum Niveau der Brownschen Bewegung.

Bei der sensorischen Anpassung handelt es sich um die Anpassung der Verstärkung G_adapt an den durchschnittlichen Pegel des Reizes (I_adapt): Sie ermöglicht es dem Empfänger, eine hohe Differenzempfindlichkeit in einem Dynamikbereich von ~120 dB ohne Sättigung aufrechtzuerhalten. Das visuelle System passt sich in Sekunden (Pupille) und Minuten (Fotopigmente) an; des Hörsystems, in Millisekunden (Stepedialreflex) und Minuten (neurale Anpassung). Klinisch misst die Reintonaudiometrie die Hörschwelle, um Schallleitungsverlust (Mittelohrpathologie) oder Schallempfindungsverlust (Schädigung der inneren Haarzellen) zu erkennen.

>Modell

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Beschreibung

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