Reiz

Reiz, ein Signal aus der Umwelt eines Lebewesens oder dem eigenen Organismus, das mit Hilfe eines Sinnesorgans bzw. eines Rezeptors erfasst wird und eine Reaktion auslöst.

Reize sind in erster Linie physikalische Wellen (vor allem Licht- und Druckwellen) oder chemische Substanzen (z. B. für den Geruchs- und Geschmackssinn), die aus dem umgebenden Medium (Luft oder Wasser) auf den Organismus treffen. Ein Reiz wird von Rezeptorzellen aufgenommen, abgewandelten Nervenzellen mit Strukturen für die Reizaufnahme. Es gibt z. B. Rezeptoren für Photonen (Lichtteilchen) in der Netzhaut des Auges und Rezeptoren für Schallwellen im Innenohr, die Haarzellen. Ein Reiz, der von einem bestimmten Rezeptorzellentyp wahrgenommen wird, ist ein für diese Zelle adäquater Reiz. Adäquat sind oft nur Ausschnitte des Wellenspektrums, z. B. sichtbares Licht, oder chemische Moleküle, für die entsprechende Rezeptoren in der Membran vorhanden sind, z. B. Duftmoleküle.

Adäquate Reize lösen immer eine biochemische Reaktion in der Rezeptorzelle aus und ändern das Membranpotential; diese Änderung wird Erregung genannt. Bei Lebewesen mit einem Nervensystem wird die Erregung einer Rezeptorzelle im Organismus kontrolliert weitergeleitet und verarbeitet. Auch Pflanzen, Pilze und Mikroorganismen nehmen Reize wahr und reagieren darauf mit stereotypen Bewegungen (Tropismen und Taxien wie siehe Chemotaxis, Geotaxis und Phototaxis) oder Änderungen ihrer Form.

Ob Reize ein Nervensignal hervorrufen, hängt in erster Linie von ihrer Stärke und Frequenz ab. Ein Reiz muss das Membranpotential über einen bestimmten Schwellenwert hinaus ändern. Erst dadurch wird ein Aktionspotential, d. h. ein Nervensignal, ausgelöst. Ausreichend für die Überwindung des Schwellenwerts sind entweder starke Einzelreize oder mehrere schwächere Reize, die entweder dicht aufeinanderfolgen (zeitliche Summation) oder gleichzeitig an verschiedenen Stellen der Zelle aufgenommen werden (räumliche Summation).

Die Stärke eines Reizes schlägt sich auch in der Frequenz der Aktionspotentiale nieder: Je stärker der Reiz, desto mehr Aktionspotentiale werden ausgelöst. Übermäßig starke Reize werden oft nicht registriert, können aber die Rezeptorzelle bzw. das Sinnesorgan zerstören. Rezeptoren senden grundsätzlich so lange Nervensignale, wie ein überschwelliger Reiz andauert, d. h., solange Wellen auf den Rezeptor auftreffen oder Moleküle an der Membran gebunden werden. Bei den meisten Rezeptoren tritt jedoch nach einer gewissen Zeit (wenige Millisekunden bis viele Minuten) eine Adaptation ein, die das Rezeptorpotential abnehmen lässt. Bei einer Adaptation sinkt entweder die Konzentration der an der biochemischen Reaktion beteiligten Moleküle (bestimmte Ionen, Botenstoffe oder Energie liefernde Substanzen wie ATP), oder die Ionenkanäle in der Membran ändern ihre Durchlässigkeit.

Je nachdem, wie hoch das Membranpotential ursprünglich war und wie stark es sinkt, ändert die Adaptation auch die Nervensignale: Bleibt das Membranpotential oberhalb der Reizschwelle, dann sinkt lediglich die Frequenz der Aktionspotentiale. Sinkt jedoch das Membranpotential darunter, enden die Nervensignale, und der Reiz wird nicht mehr wahrgenommen. Die Wahrnehmung vieler Reize (z. B. Temperatur- oder Schmerzreize) ändert sich auch infolge neurophysiologischer Ermüdung, z. B. wenn die Konzentration der Neurotransmitter sinkt oder wenn das Membranpotential hintereinandergeschalteter Nervenzellen abnimmt (Dekrement).

Ein Reiz für sich genommen ruft lediglich Nervensignale hervor, aber noch keinen Sinneseindruck, wie er für Menschen und höher entwickelte Tiere kennzeichnend ist. Ein Sinneseindruck entsteht erst durch die Verarbeitung der Nervensignale im Gehirn. Dort werden Signale vieler Reize miteinander verrechnet und mit Bewusstseinszuständen abgeglichen.