Reiz

Grundbegriff und Bedeutung

Ein Reiz oder Stimulus, im Plural Stimuli, ist in der Physiologie eine physikalische oder chemische Größe aus der inneren Umgebung oder der äußeren Umwelt eines lebenden Systems. Er wirkt durch einen veränderten Energiebetrag auf dieses System ein. In der Neurobiologie bedeutet das genauer: Ein Reiz wirkt auf eine Sinneszelle ein und verändert das Membranpotential ihrer Zellmembran. Diese Veränderung heißt Rezeptorpotential und kann zu einer Hyperpolarisation oder Depolarisation führen.

Ist ein Reiz stark genug, löst er in einer zugeordneten Nervenzelle ein Aktionspotential aus. Aktionspotentiale sind elektrische Impulse, die für die Erregungsleitung sorgen. Die Fähigkeit eines Lebewesens, auf äußere Einwirkungen zu reagieren, wird Erregbarkeit, Reizbarkeit oder Irritabilität genannt. Wichtig ist die Unterscheidung zwischen Reiz und Erregung: Der Reiz ist die äußere oder innere Einwirkung, zum Beispiel Wärme oder Druck. Die Erregung ist der elektrische Impuls, der in Nervenzellen entstehen und weitergeleitet werden kann.

Arten von Reizen

Reize werden danach unterschieden, wie gut sie zu bestimmten Sinneszellen passen und ob ihre Energiemenge ausreicht, eine nervöse Erregung auszulösen. Adäquate Reize sind Reize, für die eine bestimmte Art von Sinneszellen besonders geeignet ist. Diese Sinneszellen sind auf solche Reize optimiert, sodass oft schon vergleichsweise geringe Energie genügt, um ein Rezeptorpotential in der Sinneszelle aufzubauen oder ein Aktionspotential in der Nervenzelle auszulösen. Ein Beispiel sind Lichtreize für Zapfen und Stäbchen im Auge.

Inadäquate Reize passen dagegen nicht zur jeweiligen Sinneszelle. Sie können zwar ebenfalls eine Potentialänderung hervorrufen, benötigen dafür aber meist vergleichsweise hohe Energie oder lösen gar keine Erregung aus. So kann mechanischer Druck auf die Netzhaut, etwa durch einen Schlag aufs Auge, einen visuellen Eindruck wie weiße Flecken oder „Sternchen“ hervorrufen. Auch leichte elektrische Spannungen an der Zunge können Empfindungen im Zentralnervensystem auslösen, etwa einen „süß-sauren“ Eindruck. Helles Licht wird jedoch auch bei herausgestreckter Zunge nicht geschmeckt.

Unterschwellige Reize sind Reize, deren Energiemenge nicht ausreicht, die zugeordnete Nervenzelle zu erregen. Das hängt mit dem Alles-oder-nichts-Prinzip zusammen: Eine Nervenzelle bildet ein Aktionspotential nur, wenn eine bestimmte Schwelle erreicht wird. Treffen unterschwellige Reize aber in schneller zeitlicher Folge oder in geringem räumlichem Abstand ein, können sie sich durch Summation zu einem überschwelligen Reiz verstärken. Überschwellige Reize besitzen genug Energie, um mit den rezeptiven Strukturen einer Zelle zu interagieren und eine zelluläre Signaltransduktion einzuleiten. Dadurch entsteht ein Rezeptorpotential, das in der zugeordneten Nervenzelle in Serien von Aktionspotentialen überführt werden kann, zum Beispiel über den Sehnerv.

Verarbeitung und Reaktion bei Tieren

Empfindungen und Sinneseindrücke entstehen erst im Zentralnervensystem. Sie sind nicht mehr direkt messbar und werden im Artikel als Blackbox beschrieben. Erfassen lassen sie sich nur mit psychologischen Methoden. Wahrnehmungen entstehen, wenn Sinneseindrücke mit Erfahrungen und mit der eigenen Person verknüpft werden.

Lebewesen reagieren sowohl auf äußere Reize aus der Umwelt als auch auf innere Reize, die im Organismus selbst entstehen. Auf einen Reiz kann eine Reaktion folgen, sie kann aber durch nachfolgende Verarbeitungsschritte auch gehemmt werden, etwa durch Reizfilterung. Aufgenommene Reize werden unterschieden, also differenziert, aufeinander bezogen, also integriert, und in Bezug auf mögliche Reaktionen bewertet. Das ist wichtig für die Koordination zwischen Teilsystemen eines Lebewesens und für die Interaktion zwischen Lebewesen und Umwelt.

Bei Tieren sind Sinneszellen über Synapsen mit dezentralen Nervenknoten oder mit einem zentralen Nervensystem verbunden. Dort werden die durch Reize ausgelösten Erregungen im Hinblick auf mögliche Reaktionen verarbeitet. Die Reiz-Reaktionskette läuft typischerweise so ab: Ein Reiz wirkt auf Rezeptoren, also Sinneszellen, oder Akzeptoren, also Sinnesorgane, eines Organismus ein. Die Information wird afferent, also zum Zentralnervensystem hin, über sensible oder sensorische Nerven weitergeleitet. Im Zentralnervensystem, also Rückenmark und/oder Gehirn, wird sie verarbeitet. Danach kann efferent, also vom Zentralnervensystem weg, über motorische Nerven ein Impuls an einen Effektor oder ein Erfolgsorgan übermittelt werden. Effektoren können zum Beispiel Muskeln oder Drüsen sein. Als Antwort kann eine Muskelkontraktion erfolgen, durch die sich das Verhältnis des Organismus zur Umgebung reizbezogen verändert.

Reizbarkeit bei Pflanzen

Auch Pflanzen reagieren auf Reize, ihre Signalweiterleitung erfolgt jedoch fast ausschließlich durch chemische Reaktionen. Besonders wichtig ist Licht als Reiz, im Artikel mit dem Hinweis auf Licht als Ökofaktor. Daneben können auch Temperaturen, das Substrat des Bodens, andere chemische Stoffe, Gravitation und weitere Einflüsse als Reize wirksam sein.

Bei der Verarbeitung von Reizen in Pflanzen kann es zu einer Wechselwirkung verschiedener Reize kommen. Diese Wechselwirkung wird Synergie genannt. Das bedeutet, dass mehrere Reize zusammen eine Wirkung hervorbringen oder beeinflussen können.

Wahrnehmungsarten und Reizqualitäten

Die Wahrnehmung ist an Spektrum und Intensität der benötigten Reize angepasst, zum Beispiel an die Hörschwelle. Der Artikel weist für diesen Abschnitt darauf hin, dass er nicht hinreichend mit Belegen ausgestattet ist. Die genannten Angaben sollten daher als entsprechend gekennzeichnete Darstellung des Artikels verstanden werden.

Beim Menschen werden mehrere Außensinne mit bestimmten Reizen verbunden: Tasten über die Haut nimmt Druck, Berührung und Temperatur auf. Schmecken über die Zunge bezieht sich auf salzig, sauer, süß, bitter, umami und fett. Riechen über die Nase nimmt Duftmoleküle wahr und hat auch Anteil am Geschmackssinn. Sehen über die Augen bezieht sich auf Helligkeit, Licht und Farbe. Hören über die Ohren nimmt Schallwellen wahr, also Töne und Klänge.

Chemische, mechanische oder thermische Reize, die von Nozizeptoren aufgenommen werden, sind Schmerzreize. Schmerz ist jedoch eine Empfindung, die auch ohne äußere Reize auftreten kann, zum Beispiel als Phantomschmerz. Neben den Außensinnen gibt es Sinne der Eigenwahrnehmung, darunter Propriozeption sowie Entero- oder Viszerozeption. Außerdem existieren viele weitere Reizqualitäten, zum Beispiel Magnetismus und Ultraschall, die der Mensch nicht wahrnehmen kann. Im Wirtschaftsleben, besonders in Konsumgüterwerbung und Handelspsychologie, wird das Reizspektrum eingesetzt, um Interesse an Waren zu wecken und Kaufhandlungen auszulösen.

Abgrenzung von Reiz und Erregung

Reize und Erregungen dürfen nicht gleichgesetzt werden. Äußere Einwirkungen wie Wärme oder Druck sind Reize, die zum Beispiel in der Haut von Sinneszellen, den Rezeptoren, aufgenommen werden. Ein überschwelliger Reiz kann an nachgeschalteten Nervenzellen elektrische Impulse entstehen lassen. Diese elektrischen Impulse heißen Erregung.

Eine „Reizleitung“ gibt es nach dem Artikel nicht, weil nur elektrische Impulse von Nervenfasern weitergeleitet werden. Der Reiz selbst wird also nicht als solcher durch den Nerv transportiert; weitergeleitet wird die Erregung.

Ein Sonderfall ist der Herzmuskel. Normalerweise bilden spezialisierte Zellen im Sinusknoten mit einem Schrittmacherpotenzial spontan eine Erregung. Diese Erregung wird über Vorhöfe und Kammern weitergeleitet und breitet sich auf das Arbeitsmyokard aus. Dadurch kommt es zu koordinierten Kontraktionen des Hohlmuskels. Weil das Herz diese eigene Erregungsbildung besitzt, kann es auch ohne nervale Impulse oder äußere Reize selbständig schlagen. Dies wird als Autonomie des Herzens bezeichnet.