Drempelwaarde
Niet alles om ons heen kunnen wij waarnemen. De zintuigcellen in onze neus zijn niet in staat om echt alles te ruiken en de zintuigcellen in onze tong kunnen ook niet alles proeven. Soms kan er van stoffen een te lage concentratie zijn om het waar te nemen. Een korreltje suiker opgelost in een glas water zal niemand kunnen proeven, ondanks het feit dat er wel een korreltje suiker is opgelost. Dit heeft te maken met de drempelwaarde van de zintuigcellen. De prikkel (invloed uit het milieu) moet een boven de drempelwaarde van een zintuigcel komen voordat een zintuigcel deze prikkel kan omzetten in een impuls.
Niet alle organismen ruiken en proeven even goed of even slecht. Van honden is bekend dat ze een uitstekend reukvermogen hebben. Ze kunnen stoffenconcentraties waarnemen die voor onze zintuigcellen niet waarneembaar zijn. Minder bekend, maar zeker niet minder indrukwekkend is het reukvermogen van bijen. De zintuigcellen in de “neus” van de bij hebben een enorme lage drempelwaarde. Ze kunnen ruiken of er nectar in de bloem te vinden is. Dit fabelachtige reukvermogen zorgt ervoor dat een bij niet voor niets op een lege bloem land. Politie en narcotica maakt graag gebruik van de reukzintuigen van deze dieren.
De functie van de zintuigcellen in de zintuigen is het transformeren van een prikkel naar een impuls. Als de zintuigcel voldoende gestimuleerd wordt door de uitwendige prikkel, dan moet de zintuigcel in staat zijn om een impuls te creëren op de sensorische zenuw waaraan hij verbonden is. Alle zintuigcellen vervullen deze taak en ze doen dat allemaal op dezelfde manier. Een geprikkelde zintuigcel laat blaasjes met neurotransmitters los. De hoeveelheid neurotransmitters die de zintuigcel loslaat is afhankelijk van de sterkte van de prikkel. In onderstaande afbeelding is het vrijkomen van de neurotransmitters te zien.
Maar om te begrijpen wat de drempelwaarde van een zintuigcel nu te maken heeft met het wel of niet waarnemen van iets is het belangrijk te weten hoe een impuls op een zenuw ontstaat.
Het ontstaan van impulsen is een zeer complex geheel van stromende Na+ en K+ ionen door de membraan van de zenuwcel. Om het verhaal begrijpbaar te houden focussen we ons nu alleen even op de rol van de Na+ ionen en de Na+-ionenkanalen in de membraan van de zenuwcel. De volledige uitleg over het ontstaan van de impuls kan je bestuderen in de les actiepotentiaal.
In onderstaande afbeelding wordt in 4 situaties de invloed van de neurotransmitters op de membraan van de sensorische zenuwcel uitgelegd.
Afbeelding 1. In de membraan van de zenuwcel bevinden zich Na+ ionenkanalen. Na+ bevindt zich aan de buitenkant van de cel. Deze hoge concentratie Na+ ionen veroorzaakt een membraanpotentiaal van -70mV. Alle Na+ ionenkanalen zijn gesloten. De zenuwcel is in rust (afbeelding 1). De zintuigcel wordt niet geprikkeld en produceert geen neurotransmitters
Afbeelding 2. Als een zintuigcel een te lage prikkel uit het milieu opvangt dan komen er uit de zintuigcel een kleine hoeveelheid neurotransmitters vrij. Deze kleine hoeveelheid neurotransmitters openen in de membraan van de sensorische zenuw een klein aantal Na+ionenkanalen. Hierdoor diffundeert er wat Na+ de cel in. De cel zelf krijgt er iets positiefs bij. De buitenkant raakt wat positiefs kwijt. De membraanpotentiaal veranderd hierdoor een beetje. Er ontstaat echter geen impuls. Je wordt je niet bewust van de prikkel
Afbeelding 3. Als de prikkel uit het milieu behoorlijk krachtig is komen er uit de zintuigcel behoorlijke hoeveelheden neurotransmitters vrij. Deze hoeveelheid neurotransmitters zorgen ervoor dat er veel Na+ionenkanalen open gaan. Er stroomt veel Na+ naar binnen. De binnen kant van de cel wordt positief, de buitenkant negatief geladen. De ladingen zijn lokaal omgedraaid. De membraan is gedepolariseerd. Er ontstaat een impuls. Je wordt je bewust van de prikkel
Afbeelding 4. Een zeer krachtige prikkel uit het milieu zorgt ervoor dat er extreem veel neurotransmitter vrijkomt. Deze neurotransmitter opent vele Na+-ionen op de sensorische zenuw. Ook nu wordt veranderd de lading van de membraan. Binnen wordt de membraan positief, buiten negatief. Ook nu ontstaan er impulsen. Ook nu wordt je je bewust van de prikkel.
Van impuls naar beleving. Hoe bewaren de zintuigcellen en de sensorische zenuwen de nuance van een prikkel?
Onze zintuigcellen zijn in staat prikkels uit het milieu op te vangen en deze om te zetten in impulsen. Deze impulsen kunnen terecht komen in de schors van de grote hersenen, waarna we ons bewust worden van de prikkel uit het milieu. Echter zo simpel is het allemaal niet. We zijn in staat het verschil te voelen tussen een hete kop koffie, een lauw kop koffie en een koude kop. Een dat is op zich wel bijzonder. De nuances in warmteprikkels worden namelijk opgevangen door exact de zelfde zintuigcellen en via dezelfde sensorische zenuwen getransporteerd naar de hersenen waar deze impulsen aankomen in het zelfde deel van de hersenschors. Grote vraag is dan ook: hoe zorgen de zintuigcellen en de sensorische zenuwcellen ervoor dat de nuance van de prikkel niet verloren gaat.
Een impuls is maar een elektrisch signaal op een sensorische zenuw. Als de impuls aankomt bij de hersenen creëren de hersenen met de impulsen uit oor, oog, neus, huid en tong de leefomgeving van het organisme. Het organisme ervaart via de vertaling van de impulsen door de hersenen een leefomgeving. Maar hoe beleef je nu het verschil tussen een zachte en een harde prikkel? Prikkels worden omgezet in impulsen. Als de prikkel laag is, blijft de depolarisatie onder de drempelwaarde. Er onstaat geen impuls. Je neemt niets waar. Is de prikkel sterk genoeg om een impuls te doen ontstaan, dan wordt je je bewust van de prikkel. Prikkelsterkte wordt door de zenuwcel vertaald in een hogere of lagere frequentie van de impuls. Een zachte prikkel die wel sterker is dan de drempelwaarde veroorzaakt een impuls met een lage frequentie. Een sterke prikkel veroorzaakt een impuls met een hele hoge frequentie (zie diagram 1 en 2 van hierboven).
Hieronder een situatie uit het alledaagse gebruik met verschillende hoeveelheden suiker. Enkele korrels suiker opgelost in een glas water proef je niet. Er zit wel suiker opgelost in het water, maar de opgeloste korrels veroorzaken een prikkel die onder de drempelwaarde blijft. Je neemt dan ook niets waar. Je proeft geen suiker. In het tweede gas zit een klein schepje suiker opgelost. Als je het water proeft is de prikkel sterk genoeg om een impuls te doen ontstaan op de sensorische zenuwen. Je proeft nu suiker. Je vindt het drankje misschien lekker zoet. Doen we een hele grote schep suiker in het glas dan ontstaat er ok een impuls, maar met een hele hoge frequentie. Snel spuug je het water uit. Veel te zoet.
Niet alle dieren hebben dezelfde drempelwaardes voor prikkels uit het milieu. Van honden en bijen weten we dat ze een heel goede neus hebben en dus een zeer lage prikkeldrempel voor geuren uit hun omgeving. Vandaar dat de hond en de bij gebruikt worden bij het opsporen van drugs en mensen in vrachtwagens.
