Einige Gegenstände, insbesondere metallische, fühlen sich beim Berühren kalt an, und andere wie Holz usw. fühlen sich beim Berühren warm an. Beide sind der gleichen Umgebung ausgesetzt und befinden sich in ihrem stabilen Zustand, sodass eine Art Gleichgewicht erreicht werden muss. Was ist dieses Gleichgewicht?
Und wie nehmen wir Hitze oder Kälte eines Objekts wahr? Hat die Haut eine Art Wärmesensoren usw., die Signale an das Gehirn übertragen? Wie überträgt/übermittelt das Auge ein auf der Netzhaut erzeugtes Bild an das Gehirn?
Denken Sie an die Hautschicht an der Fingerspitze, die mit dem Objekt in Kontakt kommt, das eine niedrigere Temperatur als der Körper hat. Wenn das Objekt eine hohe Wärmekapazität und eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat (wie Metall), dann erreicht die Haut des Fingers eine niedrigere Gleichgewichtstemperatur als wenn sie mit einem Objekt mit einer geringeren Wärmekapazität in Kontakt kommt und a geringere Leitfähigkeit (wie Holz). Die Nerven in der Fingerspitze erfassen also die Temperatur, aber es wird die Temperatur der Hautschicht gemessen, nicht die Temperatur des Objekts.
Mit anderen Worten, der Körper versucht, die Haut durch Blutfluss und Wärmeleitung warm zu halten, aber das Metall kann die Temperatur der Haut besser senken als Holz.
In der gesamten äußeren Körperhülle (Ektoderm), die die Haut und das subkutane Fettgewebe umfasst, sind Thermorezeptoren auf freien Nervenfasern eingebettet (diese Rezeptortypen sind also keine speziellen Zelltypen, im Gegensatz zu beispielsweise Photorezeptoren). Es gibt zwei Arten von Fasern: Gruppe-III-Afferenzen (kälteempfindlich) und Gruppe-IV-Afferenzen (hitzeempfindlich). In den Membranen dieser Nervenzellfasern sind spezifische Proteine verankert. Diese Proteine werden TRP-Kanäle (Transient Receptor Potential) genannt, die bei Bedarf Ionen leiten können.
Wenn ein Temperaturunterschied an der Hautperipherie festgestellt wird, ändern sie ihre Konformation und öffnen sich, was zum Einströmen von Na+-, Cal2+- und Mg2+-Ionen führt, was zu Aktionspotentialen führt, die an das zentrale Nervensystem übertragen werden. Diese Arten von Thermozeptoren arbeiten wie Proportional-Differential-Sensoren: schnelle Änderungen der Hauttemperatur (Berühren einer warmen Tasse Kaffee) werden mit sehr hoher Aktionspotentialfrequenz beantwortet; danach passen sie sich der Temperatur an und feuern seltener, aber immer noch häufiger als im Verzug. Diese Art des Brennens erweckt den Eindruck, etwas in der Hand zu halten, das wärmer ist als die eigene Haut, bevor man es berührt.
Interessanterweise können TRP-Rezeptoren nun über Capsaicin (Chili-würziges Molekül), Allicin (Knoblauch-Aromamolekül), Allylisothiocyanat (Wasabi-Verbindung), Menthol oder sogar THC aktiviert werden. Aus diesem Grund kann Chili ein echtes Schärfegefühl hervorrufen, während Menthol den Eindruck von Kälte hervorruft, wenn Sie beispielsweise einen Menthol-Kaugummi probieren.
Mit diesen biologischen Geräten kann eine Person bestenfalls Temperaturunterschiede von 0,2 K wahrnehmen.
Der ausgeklügelte Mechanismus zur Wärmeerkennung in der menschlichen Haut wird hauptsächlich vom somatosensorischen System getragen, das für die Temperatur-, Berührungs- und Druckerfassung verantwortlich ist.
Das somatosensorische System enthält Thermorezeptoren, die hauptsächlich für die Thermoerfassung verantwortlich sind. wiki
Diese Thermorezeptoren sind in der Lage, absolute, gewissermaßen und relative, hauptsächlich Temperaturen, zu erfassen.
Ihre Funktionsweise wird durch komplexe Ionenleitungswege von zugeschrieben und .
Ich kenne den tatsächlichen biologischen Prozess nicht, aber ich weiß, dass unser Körper die Wärmeübertragung erkennt, nicht die Temperatur. Deshalb erscheint ein Gegenstand mit einem höheren Wärmedurchgangskoeffizienten (z. B. metallische Gegenstände) bei gleicher Temperatur beispielsweise kälter als Holz.
Zum ersten Teil Ihrer Frage: Was ist dieses Gleichgewicht?
Bei Zimmertemperatur befindet sich der metallische oder hölzerne Gegenstand im Gleichgewicht mit seiner Umgebung. Beim Berühren des Objekts wird dieses Gleichgewicht gestört. Da die Haut an Ihren Fingern beim Berühren des Objekts etwas über Raumtemperatur liegt, fließt Wärme von Ihrem Finger zum Objekt. Die Wärmemenge hängt von der Kontaktfläche, der Kraft, mit der Sie das Objekt berühren, usw. ab. Ihr Finger wird kälter, da die Wärme in das Objekt fließt.
Ein Gleichgewicht ist wieder erreicht, wenn sich dieser Wärmestrom zeitlich nicht ändert. Dies kann bedeuten, dass das Objekt die gleiche Temperatur wie Ihre Haut hat oder dass die Wärme mit konstanter Geschwindigkeit durch das Objekt an die Umgebung abgegeben wird.
Das kalte oder warme Gefühl hängt von der Wärmemenge ab, die aus Ihrem Finger in das Objekt fließt, und wird durch die tatsächliche Temperaturänderung Ihres Fingers wahrgenommen. Der biologische Mechanismus wurde von Vineet Menon schön beschrieben.
Wärmeempfindung aktiviert einen elektrischen Impuls, der durch Neuronen und Synapsen als elektrische und chemische Reaktionen geleitet wird und unser Gehirn erreicht, das die Botschaft manchmal als Hitze interpretiert. Wenn die Hitze unerträglich ist, wird die Botschaft vom Rückenmark interpretiert
Volker Siegel