Reflex

Bei naturwissenschaftlichen Experimenten versucht man, nach Möglichkeit alle Parameter quantitativ zu erfassen.

C.S. Sherington hat 1906 seine Untersuchungen zum Kratz- und Beugereflex des Hundes in dem Buch "The integrative action of the nervous system" veröffentlicht. Die Untersuchungsergebnisse eignen sich gut zur Analyse eines Reflexes.

Im Gespräch kann man erörtern, was man variieren könnte und welche Messwerte den Reflex charakterisieren könnten und wie man sie vor 1906 messen konnte. In dem Buch ist leider keine Versuchsanordnung abgebildet.

Reizstärke, Reizdauer, Reaktionszeit, Stärke der Reaktion, ... Mechanik und Feinmechanik (z.B. Uhren) hatten einen hohen Entwicklungsstand erreicht. Es gab Uhrwerke, die eine mit Papier bespannte Trommel mit sehr vielen verschiedenen Geschwindigkeiten drehen konnten. Nachdem Carl Ludwig 1846 in Marburg das erste Kymographion konstruiert hatte, wurde es in großem Umfang in der Physiologie zur Aufzeichnung (Blutdruck, Muskelreaktionen, Blattbewegungen, ...) eingesetzt.

Dazu musste das Untersuchungsobjekt (Hund, Muskel, Blatt) fixiert werden und an ihm in geeigneter Weise ein Zeiger angebracht werden, auf den die Bewegungen übertragen wurden und dessen Spitze auf die laufende Trommel schrieb

Da das auf die Trommel gespannte Glanzpapier berußt war, entfernte die Schreiberspitze die schwarze Rußschicht und es entstanden weiße Kurvenzüge auf schwarzem Grund.

Viele Schülerinnen und Schüler fühlen sich angespornt und entwickeln mit Begeisterung Vorschläge für Experimente. Für diese Phase sollte man ein Gerät, Abbildungen von Geräten im Einsatz und eine Skizze, auf der einer der Pavlov´schen Versuche an Hunden dargestellt ist, bereithalten.

Keine der abgebildeten Versuchseinrichtungen entspricht dem Versuch, den Sherington durchführte.
Aus ihnem lässt sich aber ein entsprechender Aufbau ableiten.

Berührt man die Pfote eines Hundes, so zieht er sie weg - er beugt das Bein.
Berührt man leicht eine Stelle des Körpers, so kratzt sich das Tier dort.

Eine Auswahl der Versuchsergebnisse ist auf dem Arbeitsblatt dargestellt.
(Es kann als pdf-file, 339 KB geladen werden.

Die Analysen verlangen Genauigkeit:

Der erste Abbildungsblock zeigt das Ausmaß und die Dauer des Beugereflexes beim Hund bei drei verschiedenen Reizstärken (Dicke des Balkens).
- Reaktionsdauer, Latenzzeit

Die Abbildungen in der Blattmitte zeigen Ergebnisse der Untersuchung des Kratzreflexes beim Hund.
- räumliche Summation,
"Ermüdung"
- aufmerksame Schülerinnen / Schülern weisen auf den methodischen Fehler hin: die Reizdauer wurde nicht konstant gehalten

Bei der letzten Abbildung des Arbeitsblattes sind die Reaktionen des Hundes auf zwei unterschiedliche Reize dargestellt.
- Hemmung, Hierarchie, "verstärkte Reflexrückwirkung"

Vorerst sind die Ergebnisse nur festzuhalten; was in der black box "Hund" abläuft, ist noch nicht zugänglich.

Es ist eine reizvolle Aufgabe, später, wenn die Funktionen der Sinnes- und Nervenzellen erarbeitet sind, die zellulären Schaltkreise zu entwickeln, die den vorher auf Verhaltensebene untersuchten Reflexen zugrunde liegen könnten.

Anschließend kann man diskutieren, wie die zugrunde liegenden Potentiale aussehen könnten.
     - Wie kommt es zu der lang anhaltenden Reaktion?
     - Wie sehen die Potentiale unterschwelliger Reize aus?
     - Wie erfolgt eine Hemmung?
     - ...