Latenzunterschiede zwischen unseren Sinnen

Angesichts Ihrer zusammengenommenen Fragen und Ihres Kommentars It would be interesting to know how much delay the brain can handle in understanding causality and associating eventsdenke ich, dass Sie sich für intersensorische Asynchronie interessieren . Ein bekanntes Beispiel, bei dem zwei Stimulusmodalitäten als getrennt wahrgenommen werden, obwohl sie tatsächlich von demselben Ereignis stammen, ist ein Donner, der nach einem Blitz zu hören ist. Dies wird durch die Tatsache verursacht, dass sich Schall viel langsamer als Licht ausbreitet und daher ein Donner dem Blitz um Sekunden nacheilen kann.

^{Quelle: Nasa}

In vielen Fällen wird jedoch ein Ereignis, das Wahrnehmungen über Stimulusmodalitäten hinweg erzeugt, tatsächlich als synchron wahrgenommen, während sie aufgrund von Unterschieden in den physikalischen Eigenschaften der Stimuli tatsächlich zeitlich versetzt sind. Am Beispiel des Sturms – wenn er weit entfernt ist, wird der Donner als separat wahrgenommen, weil der Donner um Sekunden verzögert wird. Aber wenn das Gewitter nah genug ist, werden das akustische Knacken und die visuellen Blitze tatsächlich als synchron wahrgenommen, obwohl sie tatsächlich immer noch versetzt sind, weil sich der Schall so viel langsamer als das Licht ausbreitet.

Daher stellt sich die Frage, wie Sie zu Recht fragen, in welchen Bereichen Stimuli über Modalitäten hinweg asynchron sein können, während sie als ein Ereignis wahrgenommen werden? Mit anderen Worten, was ist das Integrationsfenster ?

Eine Übersicht von Vroomen und Keetels (2010) beschreibt verschiedene psychophysische Studien, die untersucht haben, was die minimale Asynchronität zwischen zwei Reizen unterschiedlicher Modalität ist, die zu einer synchronisierten Wahrnehmung führen. Die folgenden Werte gelten für einfache Stimuli, wie z. B. taktiles Antippen, Pieptöne und visuelle Blitze.

• Hör- und Tastreize: 80 ms
• Akustische Pieptöne und visuelle Blitze: 25 - 50 ms
• Visuelle und taktile Reize: 35 - 65 ms

Beachten Sie, dass diese Verzögerungsunterschiede angesichts der Geschwindigkeit der peripheren neuralen Transduktion relativ groß sind (siehe die andere Antwort von Nandor Poka unten). Darüber hinaus kann das Integrationsfenster zwischen komplexeren Stimuli viel größer sein. Beispielsweise kann das Fenster für Sprache und visuelle Informationen bis zu 203 ms lang sein . Solche großen Integrationsfenster weisen auf höhere Prozesse hin, die im Gehirn eine Rolle spielen. Beachten Sie, dass nur zeitliche Verzögerungen unter 20 ms voraussichtlich unbemerkt bleiben, da die Auflösungsleistung der einzelnen Sinne fest verdrahtet ist.

Daher argumentieren Vroomen und Keetels (2010) , dass im Gehirn höhere Prozesse am Werk sein müssen, die zeitlich versetzte, aber scheinbar zu ein und demselben Ereignis gehörende Wahrnehmungen aktiv synchronisieren. Ein solcher Mechanismus wird als zeitlicher Bauchredner bezeichnet, was bedeutet, dass eine Wahrnehmungsmodalität aktiv zeitlich verschoben wird, um sie an eine andere anzupassen. Dieser Effekt ist bei visuellen Stimuli am ausgeprägtesten, da eine visuelle Wahrnehmung aktiv zeitlich angepasst wird, um mit einem akustischen oder taktilen Stimulus übereinzustimmen. Wahrscheinliche visuelle Wahrnehmungen werden vorzugsweise vom Gehirn verschoben, da das visuelle System der langsamste aller Sinne ist.

<sub>Referenz
- Vroomen & Keetels, Att Percept Psychophys 2010; 72 (4): 871-84</sub>

Dies ist eine wirklich interessante Reihe von Fragen, und ich werde versuchen, alle zu beantworten, aber sie kompakt zu halten. Sehen wir uns also zunächst die Nervenklassen und die Leitungsgeschwindigkeit von dieser und dieser Wikipedia-Seite an:

Periphere Nerven können (basierend auf ihrem Durchmesser) in die drei Gruppen A, B und C eingeteilt werden.

Gruppe A ist am dicksten (am größten im Durchmesser), myelinisiert und hat eine hohe Leitungsgeschwindigkeit.

Gruppe A kann in Unterklassen unterteilt werden:

• 'A'-Alpha-Nerven sind 13-20 um (Mikrometer) dick und haben eine Leitungsgeschwindigkeit von 80-120 m/s (dies entspricht 288-432 km/h (Meter/s * 3,6) oder 180-270 mph (khm/h / 1, 6)). Diese sind mit der Propriozeption verbunden (diese unbewusste Empfindung ist dafür verantwortlich, dass wir wissen, wie unser Körper in 3D positioniert ist und wo unsere Gliedmaßen im Vergleich zu unserem Körper sind)

Dies bedeutet, dass bei einem ziemlich durchschnittlich 180 cm (ca. 6 Fuß) großen Menschen ein Reiz auf einem solchen Nerv den ganzen Körper der Person in 0,018 Sekunden durchqueren kann (mit einer durchschnittlichen Leitungsgeschwindigkeit von 100 m/s). Dies ist jedoch nicht der Fall Fall, ich werde das später besprechen.

• „A“-Beta-Nerven sind etwa halb so dick wie „A“-Alpha (6–12 μm) und leiten Reize mit 33–75 m/s weiter. Diese sind unter anderem mit kutanen Mechanorezeptoren verknüpft

Alpha- und Betafasern können sowohl afferent (sensorisch) als auch efferent (motorisch) sein

• 'A'-Delta-Nerven sind dünn myelinisiert und viel langsamer als die vorherigen Nerven mit einer Geschwindigkeit von 3-30 m/s. Diese Art von Nerven ist mit Nozizeption und kalten Thermorezeptoren verbunden und bildet die freien Nervenenden für Berührung und Druck.

• 'A'-Gammafasern sind efferente Fasern und haben eine Geschwindigkeit von 4-34 m/s.

Nerven der Gruppe B sind präganglionäre Fasern (Ganglien sind Knotenpunkte von Neuronen des autonomen Nervensystems) und leiten Reize mit einer Geschwindigkeit von 3-15 m/s weiter. Diese sind 1-5 um dick und myelinisiert.

Gruppe C sind postganglionäre Fasern (die zu den Organen führen) und gehören zu Nozizeptoren und Wärmerezeptoren. Sie sind dünn (0,2–1,5 μm) und nicht myelinisiert. Ihre Leitungsgeschwindigkeit beträgt 0,5-2 m/s.

Verschiedene sensorische Typen haben also unterschiedliche Nerven, die ihnen zugeordnet sind, und dies führt zu unterschiedlichen Leitungsgeschwindigkeiten dieser Reize. Die Antwort lautet also: Ja, es gibt Unterschiede in den Verzögerungszeiten der Empfindungen bei verschiedenen Arten von Reizen.

In diesem Artikel testeten Wissenschaftler die Reaktionsverzögerungszeit auf Schmerzen, die durch Hitze verursacht wurden, und fanden Folgendes heraus:

Die Forscher stimulierten zwei verschiedene Teile der Hand von Testpersonen, den Daumenballen – das ist die Daumenbasis – und den volaren Unterarm – das ist die gleiche Seite des Unterarms wie die Handfläche (der untere Teil Ihres Unterarms, wenn Sie sich vorstellen Handflächen nach unten). Wie Sie in der Grafik sehen können, hat der volare Unterarm nach einem bestimmten Stimulusniveau geringere Verzögerungszeiten als die Daumenbasis. Diese Autoren führten auch ein Kontrollexperiment durch, um:

Schätzen Sie die Gesamtzeit, die für die zentrale sensorische Verarbeitung erforderlich ist, die Entscheidungsfindungs- plus motorische Ausführungszeiten wurden bei einem Probanden für Reaktionen auf überschwellige Hörreize gemessen. Hörreize wurden gewählt, weil die primäre afferente Leitungszeit vernachlässigbar ist. Latenzen wurden auf die gleiche Weise wie bei den thermischen Stimuli gemessen. Das zehnte Perzentil (Punkt, an dem 10 ~ der Latenzen schneller und 90 ~ langsamer waren) lag nahe bei 0,19 s.

Die Reaktion auf Geräusche ist also ziemlich schnell, aber dies beinhaltet wie beim Wärmeexperiment die messbare Reaktion der Testperson, daher ist der Wert höher als die tatsächliche Empfindung.

Für das Hitze-Schmerz-Experiment folgerten die Autoren:

Die Leitungsstrecke vom stimulierten Bereich zum Rückenmark betrug bei dieser Testperson 0,78 m. Wenn Rezeptornutzungszeit, Anstiegszeit und Leitungszeit im zervikalen Rückenmark außer Acht gelassen werden, müssen primäre Afferenzen, die den ersten Schmerz signalisieren, eine Leitungsgeschwindigkeit von mindestens 0,78 m/(0,33–0,19) s oder 6 m/s haben .

Die Geschwindigkeit von 6/ms korreliert gut mit der Leitungsgeschwindigkeit des A-Delta-Nervs.

Hier ist auch ein weiteres Diagramm zur Verteilung der Verzögerungszeiten auf verschiedene Stimulusniveaus:

Der Unterschied der Verzögerungszeiten kann aus der Aktivierung unterschiedlicher Rezeptoren resultieren. Temperaturen um 40 Grad Celsius aktivieren eher nur Wärmerezeptoren mit geringerer Leitungsgeschwindigkeit. Die vielen langsamen (1-1,5 s) Reaktionen auf diese Stimuli korrelieren gut mit den Fasern der Gruppe C für die Wärmeaufnahme. Andererseits werden bei Reaktionen auf höhere und möglicherweise schädlichere Temperaturen Nozizeptoren mit größerer Wahrscheinlichkeit aktiviert, und eine schnellere Weiterleitung dieser Reize führt zu geringeren Latenzen. Auch der Übergang von hoher Latenz zu niedriger Latenz ist bei Erhöhung der Temperatur ziemlich glatt.

Unterschiede in den Nervenleitungswerten sind nicht das einzige, was zu einer Verzögerung der Empfindung führt. Diese Reize wandern nicht direkt von Rezeptoren zum Gehirn, sondern müssen zu einem sensorischen Neuron übertragen werden, dann haben diese Verbindungen im Rückenmark, bevor der Reiz an den entsprechenden Teil des Gehirns und dann an diese Neuronen des Gehirns übertragen werden kann muss das Signal noch verarbeiten. Es ist wichtig zu beachten, dass die Verzögerungszeiten von Person zu Person unterschiedlich sind. Die Autoren dieser Arbeit führten eine große Reihe von Messungen durch, um die Auswirkungen von Alter, Geschlecht und Größe auf die Nervenleitgeschwindigkeit herauszufinden, und es stellte sich heraus, dass zum Beispiel:

Unter Berücksichtigung von Alter und Temperatur war die Abnahme der Suralleitungsgeschwindigkeit um 0,17 m/s pro Zentimeter Höhenzunahme (0,44 m/s pro Zoll) etwas größer als zuvor berichtet.

Auch dieser letzte Artikel hat viele gute Vergleichstabellen verschiedener Nerven und Zustände.