Das Alles-oder-nichts-Gesetz ist ein Prinzip, das besagt, dass die Stärke einer Reaktion einer Nervenzelle oder Muskelfaser nicht von der Stärke des Reizes abhängt. Wenn ein Reiz über einer bestimmten Schwelle liegt, feuert eine Nerven- oder Muskelfaser. Im Wesentlichen wird es für ein einzelnes Neuron oder eine einzelne Muskelfaser entweder eine vollständige oder gar keine Reaktion geben.
Wie funktioniert das Alles-oder-nichts-Gesetz?
Wenn ein Stimulus stark genug ist, tritt ein Aktionspotential auf und ein Neuron sendet Informationen ein Axon hinunter, weg vom Zellkörper und zur Synapse. Änderungen der Zellpolarisation führen dazu, dass sich das Signal über die Länge des Axons ausbreitet.
Das Aktionspotential ist immer eine vollständige Reaktion. Es gibt kein "starkes" oder "schwaches" Aktionspotential. Stattdessen ist es ein Alles-oder-Nichts-Prozess. Dies minimiert die Möglichkeit, dass Informationen auf dem Weg verloren gehen.
Dieser Vorgang ähnelt dem Drücken des Abzugs einer Waffe. Ein ganz leichter Druck auf den Abzug reicht nicht aus und die Waffe feuert nicht. Wenn jedoch ausreichend Druck auf den Abzug ausgeübt wird, wird er ausgelöst.
Die Geschwindigkeit und Kraft des Geschosses werden nicht davon beeinflusst, wie stark Sie den Abzug betätigen. Entweder feuert die Waffe oder nicht. In dieser Analogie stellt der Reiz die auf den Abzug ausgeübte Kraft dar, während das Abfeuern der Waffe das Aktionspotential darstellt.
Bestimmung der Reizstärke
Der Körper muss noch die Stärke oder Intensität eines Reizes bestimmen. Es ist wichtig, zum Beispiel beim ersten Schluck zu wissen, wie heiß eine Tasse Kaffee ist oder wie fest jemand Ihnen die Hand schüttelt.
Um die Reizintensität zu messen, verlässt sich das Nervensystem auf die Geschwindigkeit, mit der ein Neuron feuert und wie viele Neuronen zu einem bestimmten Zeitpunkt feuern. Ein schneller feuerndes Neuron weist auf einen stärkeren Intensitätsreiz hin. Zahlreiche Neuronen, die gleichzeitig oder in schneller Folge feuern, würden ebenfalls einen stärkeren Reiz anzeigen.
Wenn Sie einen Schluck Kaffee trinken und er sehr heiß ist, reagieren die sensorischen Neuronen in Ihrem Mund schnell. Ein sehr fester Händedruck von einem Kollegen kann sowohl zu einem schnellen neuronalen Feuern als auch zu einer Reaktion vieler sensorischer Neuronen in Ihrer Hand führen. In beiden Fällen liefern die Rate und Anzahl der Neuronen, die feuern, wertvolle Informationen über die Intensität des ursprünglichen Stimulus.
Entdeckung des Alles-oder-Nichts-Gesetzes
Das Alles-oder-nichts-Gesetz wurde erstmals 1871 vom Physiologen Henry Pickering Bowditch beschrieben. In seinen Beschreibungen der Kontraktion des Herzmuskels erklärte er: „Ein Induktionsschock erzeugt eine Kontraktion oder unterlässt dies entsprechend seiner Stärke; wenn er dies tut, erzeugt er die größte Kontraktion, die mit irgendeiner Kraft erzeugt werden kann des Reizes im Zustand des Muskels zu diesem Zeitpunkt."
Während zunächst das Alles-oder-nichts-Gesetz auf die Herzmuskeln angewendet wurde, stellte sich später heraus, dass auch Neuronen und andere Muskeln nach diesem Prinzip auf Reize reagieren.