IV.1. Somatosensorik

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IV.1. Somatosensorik
Lernziele: Somatosensibilität: Mechanorezeption, Thermorezeption, Tiefensensibilität (Propriozeption);
Nozizeption und Schmerz. Spezifität der Sinnesorgane. Rezeptorverhalten. Raum, Zeit,
Qualität, Intensität und Schwelle als Grunddimensionen der Empfindung. WEBER-
FECHNERsches Gesetz. Reflexe: Eigenreflex, Fremdreflex, Reflexlatenz, Reflexhemmung,
Reflexermüdung, Reflexbahnung (räumlich und zeitlich) und -verschaltung, Transmitter.
Seminar: „Psychophysik“. Schmerzformen, Schmerzausschaltung. Transduktionsprozesse an
Nozi-, Mechano-, Thermo-, Geschmacks- und Geruchsrezeptoren. Afferente Leitungsbahnen.
Spinale Informationsverarbeitung.
Klinische Anwendungen: Neurologische Tests von Somatosensorik und spinalen Reflexen.
Aufgabe 1: Ermitteln Sie Verteilung und Dichte von Druck-, Schmerz-, Warm- und
Kaltpunkten!
Einführung: Zur Oberflächensensibilität gehören die Sinnesmodalitäten Druck, Berührung,
Temperatur und Schmerz, die sich hinsichtlich ihrer adäquaten Reize und Rezeptorverteilung
unterscheiden. Die Rezeptoren sind regional unterschiedlich verteilt (vergl. Fingerspitze gegen
Oberschenkel). Soll die Dichte der Rezeptoren verglichen werden, muss die Untersuchung daher
am gleichen Hautareal durchgeführt werden (z.B. Volarseite des Unterarms). Eine extreme
mechanische oder thermische Reizung kann zu einer Schmerzempfindung führen. Die Untersuchung
der Druck-, Schmerz-, Warm- und Kaltpunkte sollte deshalb möglichst punktförmig
vorgenommen werden.
Durchführung: Auf der Volarseite des Unterarms wird eine definierte Fläche systematisch durch
punktförmige spezifische Reize abgetastet. Die Reizmodalitäten der zu untersuchenden Rezeptoren
sind in der Tabelle 1 aufgeführt, und die Reizgeräte in der Abbildung 1 dargestellt. Auf die
Volarseiten des rechten oder des linken Unterarms werden Felder von 4 x 1 cm 2 aufgestempelt.
Der Proband legt den zu untersuchenden Arm bequem auf und hält die Augen geschlossen. Der
Untersucher zählt die angegebenen Empfindungsstellen mit einem mechanischen Zählgerät.
Druck: Das v. FREYsche Reizhaar (Abbildung 1a) wird in Abständen von etwa 1 mm zeilenweise
aufgesetzt, es soll sich leicht durchbiegen. Wegen der raschen Adapta-tion sind nur
spontane und sofortige Angaben zu werten. Schmerz: Die Stachelborste (Abbildung 1b) muss in
engem Abstand (ca. 0,5 mm) systematisch aufgesetzt werden (etwa 20 Prüfungen pro Zeile von
1 cm Länge). Temperatur: Die Thermode (Abbildung 1c) wird 1 min in Wasser von 18°C
gestellt und dann abgewischt (die Thermode kann diese Temperatur etwa 1 min halten). Auf dem
4 cm 2 -Areal werden damit die Kaltpunkte abgetastet. Danach werden im gesamten 4 cm 2 -Areal
die Warmpunkte mit der auf 40°C temperierten Thermode abgetastet. Wegen der Adaptation sind
bei den Temperatursprüngen nur spezifische Temperaturempfindungen und spontane, sofortige
Angaben zu werten.
Modalität adäquater Reiz Adaptation Reizinstrument
Drucksinn
mechanische
Deformation
stark
Reizhaar
Oberflächenschmerz verschieden keine Stachelborste
Tabelle 1
Kaltsinn
Warmsinn
Temperaturen von 18
bis 30°C
Temperaturen von 30
bis 41°C
mittel Thermode 18°C
mittel Thermode 40°C

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Abbildung 1: Reizinstrumente. a) v. FREYsches Reizhaar, b) Stachelborste, c) Thermode
Ergebnisse:
Druckpunkte/cm 2 Schmerzpunkte/cm 2 Kaltpunkte/cm 2 Warmpunkte/cm 2
Proband
Aufgabe 2: Ermitteln Sie die Unterschiedsschwelle für Druck- und Kraftsinn bei verschiedenen
Reizstärken! Prüfen Sie das WEBER-FECHNERsche Gesetz!
Einführung: Aus der logarithmischen Reizstärke-Empfindungsrelation
E
logI
folgt durch Bildung der Differenzenquotienten das WEBER-FECHNERsche Gesetz:
ΔE 1 ΔI
bzw. ΔE
ΔI I I
Hiernach sind Änderungen der Empfindung (ΔE) proportional zur Reizstärkeänderung (ΔI)
bezogen auf die Ausgangsreizstärke I (gültig im mittleren Reizstärkebereich). Der prozentuale
Reizstärkezuwachs ΔI /I wird als Unterschiedsschwelle (US) bezeichnet. Die Größe der US ist
für die jeweilige Modalität charakteristisch und im Bereich mittlerer Ausgangsstärken konstant,
sie steigt jedoch für schwellennahe und sehr große Reizintensitäten erheblich an. Beim Kraftsinn
unterscheidet man eine statische und eine dynamische US. Die letztere liegt niedriger, da einmal
die dynamische Ansprechempfindlichkeit der Rezeptoren größer ist, zum anderen, weil sich
Trägheitskräfte (zeitliche Änderung des Impulses = Masse × Beschleunigung) zur statischen
Reizwirkung addieren.
Durchführung: Die Ausgangsempfindung wird durch Rechts-Links-Vergleich bei gleicher
Belastung I durch beschwerte Gewichtsschalen hergestellt. Anschließend erfährt die eine
Gewichtsschale einen Zuschlag ΔI, der bei geschlossenen Augen durch den Probanden sicher
erkannt werden muss. Zur Messung der Druck-US werden beide Hände mit der Dorsalseite
aufgelegt (Tisch), die Gewichtsschalen werden gleichzeitig auf die Handflächen aufgesetzt. Die
Anordnung der Schalen wird unsystematisch vertauscht. Zur Messung der statischen Kraft-US
werden die Arme freigehalten, gereizt werden die Muskelrezeptoren der Armbeuger. Bei
dynamischer Prüfung dürfen Wägebewegungen ausgeführt werden. Vor jeder Prüfung der
Unterschiedsempfindlichkeit müssen zum Vergleich die Ausgangsgewichte angeboten werden.

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Ergebnisse:
Drucksinn
Kraftsinn
US (abs.) US (rel.) statisch dynamisch
I [g] ΔI [g] ΔI /I ΔI [g] ΔI /I ΔI [g] ΔI /I
50
100
200
300
Aufgabe 3: Ermitteln Sie die simultane und sukzessive Raumschwelle für Druck- und
Schmerzsinn in Längs- und Querrichtung des Unterarms!
Einführung: Die relative Lokalisation wird durch das taktile Auflösungsvermögen der Haut für
zwei getrennte Reize geprüft. Sie kann durch die Raumschwelle quantifiziert werden. Die
Raumschwelle gibt den minimalen, noch trennbaren räumlichen Abstand zweier Reize an. Zwei
gleichzeitige Empfindungen sind dann räumlich trennbar, wenn sie über getrennte Nervenfasern
geleitet und projiziert werden, zwischen denen eine geringer oder nicht erregte Faser liegt, so
dass zwischen den Erregungsgipfeln im Projektionsgebiet eine Einsattelung liegt. Die Größe der
Raumschwelle charakterisiert die Ausdehnung der Rezeptorfelder, sie ist quer zur Verlaufsrichtung
des Nerven kleiner, weil hier die Länge der rezeptiven Felder kleiner ist. Die Raumschwelle
wird bei neurologischen Untersuchungen der sensiblen Hautinnervation bestimmt.
Abbildung 2: Aesthesiometer
Durchführung: An den Schenkeln des Aesthesiometers (Abbildung 2) werden zur Prüfung des
Drucksinns Kugelansätze, zur Prüfung des Schmerzsinns Spitzen befestigt. Die beiden Schenkel
werden mit gleicher Kraft aufgesetzt. Die Ablesung erfolgt an den Federdynamometern. Der
Proband legt den Unterarm bequem auf und schließt die Augen. Die Prüfung beginnt bei großem
Abstand der Reizpunkte. Der Schenkelabstand wird soweit verringert, bis gerade eben noch zwei
räumlich getrennte Empfindungen auftreten. Die Raumschwelle kann am Noniusmaßstab
abgelesen werden. Für die simultane Schwelle müssen beide Reizpunkte streng gleichzeitig, für
die sukzessive Schwelle kurz hintereinander aufgesetzt werden.

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Ergebnisse:
Druck
Schmerz
Raumschwelle sukzessiv [cm]
Raumschwelle simultan [cm]
längs quer längs quer
Aufgabe 4: Prüfen Sie die absolute und relative Lokalisation des Lagesinns mit dem
Fingerbeugeversuch!
Einführung: Gelenkrezeptoren arbeiten phasisch-tonisch im jeweiligen Arbeitsbereich von etwa
± 10°; Änderungen der Winkelstellung führen zu einer dynamischen Entladungsserie, die auf
einen stationären Wert abklingt, der die Endstellung des Gelenks widerspiegelt. Die Richtung der
Winkeländerung (Flexion oder Extension) wird innerhalb des Arbeitsbereiches eines Rezeptors
durch das Vorzeichen der dynamischen Antwort (Hemmung oder Erregung) angezeigt. Der
Winkelbereich wird durch die Ortsanordnung der unterschiedlichen Rezeptoren kodiert. Mittels
dieser Informationen kann eine vorgeschriebene Gelenkstellung aktiv aus dem Gedächtnis
reproduziert werden (absolute Lokalisation), oder es kann eine von der vorgeschriebenen
Stellung abweichende passive Einstellung unterschieden werden (relative Lokalisation). Für diese
Winkelunterschiedsschwelle gilt nicht das Weber-Fechner-Gesetz, da für jeden Winkelbereich
andere Rezeptoren gereizt werden.
Durchführung: Über die oberen Fingerglieder des Zeigefingers wird eine Hülse geschoben, die
einen Zeiger trägt. Das Interdigitalgelenk wird in den Mittelpunkt eines graduierten Halbkreises
gebracht (Abbildung 3). Bei allen Versuchen hält die Versuchsperson die Augen geschlossen.
Abbildung 3: Prüfung des Lagesinns durch Fingerbeugeversuch
A. Aktive Reproduktion einer passiv vorgegebenen Winkelstellung: Der Zeiger wird vom
Versuchsleiter auf einen Winkel α eingestellt und danach auf 0° zurückgeführt. Der Proband
wird aufgefordert, die vorherige passive Einstellung aktiv zu reproduzieren.
B. Feststellung der Unterschiedsschwelle bei passiver Gelenkeinstellung: Der Zeiger wird vom
Versuchsleiter auf einen Winkel α eingestellt, auf 0° zurückgeführt und dann auf einen etwas
abweichenden Winkel α ± Δα gebracht. Es soll die kleinste, vom Probanden sicher angegebene
Winkelabweichung Δα festgestellt werden.

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Ergebnisse:
vorgegebener
Winkel α [°]
20
40
60
80
absolute Lokalisation
aktiv eingestellter Winkel
α [°]
absolute Unterschiedsschwelle
Δα [°]
relative Lokalisation
relative Unterschiedsschwelle
Δα/α
Aufgabe 5: Bestimmen Sie die Abhängigkeit der Adaptationszeit von Größe und Richtung
eines Temperatursprungs und der gereizten Hautfläche!
Einführung: Die Temperaturempfindung wird bestimmt durch Größe, Richtung und Dauer der
dynamischen Rezeptorantwort, die ihrerseits eine Funktion der zeitlichen Temperaturänderung
am Rezeptor ist, also von Größe, Vorzeichen und Steilheit des Temperatursprungs abhängt. Wird
die Entladungsfrequenz stationär, so erlischt schließlich die Temperaturempfindung. Die
Adaptationszeit t A hängt bei rechteckigen Temperatursprüngen von der Differenz von Ausgangsund
Endtemperatur sowie von der Größe des gereizten Hautbezirks ab. Sie überdauert die
Rezeptoradaptation infolge der räumlichen und zeitlichen Summation der an den Zentren
einlaufenden Erregungen.
Durchführung: Adaptationszeit: Zeit zwischen Temperatursprung (rascher Übergang einer
definierten Hautfläche aus Wasser von Indifferenztemperatur in kälteres bzw. wärmeres Wasser)
und Erlöschen der Temperaturempfindung. Tauchen Sie Ihren Zeigefinger bis zur Wurzel in
Wasser der Indifferenztemperatur T 1 (30°C; Voradaptation, muss streng konstant gehalten
werden). In einem zweiten Glas wird Wasser von abweichender Prüftemperatur T 2 (zwischen
20...40°C) aus der Kalt- und Warmwasserleitung gemischt. Die beiden oberen Fingerglieder
werden rasch eingetaucht. Sie dürfen dann nicht mehr bewegt werden, da sonst eine Störung des
Temperaturgradienten eintritt. Die Zeit bis zum Erlöschen der Empfindung wird bestimmt (in
Sekunden). Anschließend erfolgt wieder Voradaptation auf 30°C und Prüfung bei anderen
Temperatursprüngen. Danach werden für einige der untersuchten Temperatursprünge die
Adaptationszeiten bei Überführung der ganzen Hand aus Wasser von 30°C in solches mit
abweichender Temperatur geprüft.
Ergebnisse:
Prüftemperatur T 2
[°C]:
Finger: t A [s]
Hand: t A [s]
20 25 30
(Bezugstemperatur)
35 40

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t A
[s]
18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
Prüftemperatur T 2
[°C]
Abbildung 4: Messpunkte für t A (Finger) bzw. t A (Hand) (verschiedene Symbole verwenden!)
Aufgabe 6: WEBERscher Dreischalenversuch
Weisen Sie die Bedeutung der zeitlichen Temperaturänderung für die Temperaturempfindung
nach!
Einführung: Temperaturrezeptoren haben eine ausgeprägte Differentialquotienten-
Empfindlichkeit. Warmrezeptoren zeigen bei Warmsprung eine positiv dynamische Antwort
(überschießende Erregung), die nach Ausgleich des Temperaturgefälles dT/dt in der Haut in die
statische AP-Frequenz übergeht. Diese zeigt die höhere Temperatur als solche an. Bei Kaltsprung
tritt an diesen Fasern eine negativ dynamische Phase (überschießende Hemmung) auf, bei
anhaltender Kälte wird die AP-Frequenz wieder stationär. Kaltrezeptoren verhalten sich
umgekehrt. Das Vorzeichen der dynamischen Antwort ist die Information für die Art des
Rezeptors. Lange vor dieser elektrophysiologischen Erklärung behauptete WEBER, dass der
adäquate Reiz für die Temperaturempfindung die zeitliche Änderung der Hauttemperatur sei.
Grundlage dieser Theorie ist die Beobachtung beim Dreischalenversuch, dass bei verschiedener
Voradaptation trotz gleicher Umgebungstemperatur der Hand verschiedene Temperaturempfindungen
auftreten.

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Abbildung 5: Aktionspotenzialmuster von Thermorezeptoren bei Temperatursprüngen
Durchführung: Drei Schalen werden gemäß Abbildung 6 mit Wasser von 25°C, 30°C bzw. 35°C
gefüllt. Die linke Hand wird auf 25°C, die rechte auf 35°C adaptiert. Nach Erlöschen der
Empfindung werden beide Hände gleichzeitig in die mittlere Schale von 30°C getaucht und ruhig
gehalten. Bestimmen sie für jede Hand die Zeit, bis die spezifische Temperaturempfindung
erlischt. Vergleichen Sie rechts/links!
Abbildung 6: WEBERscher Dreischalenversuch
Ergebnisse:
Empfindung links: rechts:
Zeit [s] bis zum Erlöschen der Temperaturempfindung
links:
rechts:
Temperatursprung
Warmrezeptoren
Kaltrezeptoren
linke Hand
rechte Hand
Deutung der Befunde durch das AP-Muster der Warm- und Kaltrezeptoren beider Hände (vergl.
Abbildung 5):

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Aufgabe 7: Ermitteln Sie die regionale Verteilung der Geschmacksqualitäten auf der
Zunge!
Einführung: Die Empfindung der vier Grundqualitäten süß, sauer, salzig, bitter wird durch
spezifische, auf der Zunge regional angeordnete Geschmacksknospen vermittelt. Für eine
regionale Trennung der Geschmacksempfindungen spricht auch die unterschiedliche afferente
Zungeninnervation: Vorderer Teil durch N. lingualis und Chorda tympani, Zungengrund durch
N. glossopharyngeus und N. vagus.
Durchführung: Die vorgestreckte Zunge der Probanden wird mit zugespitzten Papierfilterstreifen
punktweise abgetastet, die mit den Testlösungen getränkt sind.
Geschmacksempfindung Testlösung Konzentration [mmol /l]
süß Rohrzucker 116
sauer Weinsäure 29
salzig Kochsalz 1710
bitter Chininhydrochlorid 1,4
Prüfen Sie die Qualitäten in der genannten Reihenfolge jeweils systematisch von der Spitze bis
zum Grund einschließlich der Zungenränder. Spülen Sie nach jeder Geschmacksqualität und
trocknen Sie die Zunge. Achten Sie darauf, dass die Reizung punktförmig ist und der Geschmacksstoff
auf der Zunge nicht verläuft. Tragen Sie die Reizpunkte mit spezifischer Geschmacksempfindung
in das nachfolgende Zungenschema ein!
Ergebnisse:
Abbildung 7: Zungenschema. Verwenden Sie für die vier Geschmacksqualitäten verschiedene
Symbole und vermerken Sie die ungefähre Innervationsverteilung!

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Aufgabe 8: Klinisch relevante Eigen- und Fremdreflexe
Prüfen Sie Bizeps-, Trizeps-, Patellarsehnen-(Quadrizeps-), Achillessehnen-(Trizeps-surae-) und
Masseterreflex sowie die Fremdreflexe: Bauchhautreflex, Fußsohlenreflex, Korneal- und
Konjunktivalreflex!
Durchführung: Bizepssehnenreflex (BSR, Verschaltung in C5..C6): Man legt den Unterarm der
Versuchsperson auf den eigenen Unterarm, umfasst mit der Hand das Ellenbogengelenk, legt den
Daumen auf die Bizepssehne und schlägt mit dem Reflexhammer auf den Daumen. Der
Reflexerfolg ist eine Unterarmbeugung.
Trizepssehnenreflex (TSR, Verschaltung C7..C8): Er wird durch Schlag auf die Trizepssehne
oberhalb des Olekranon, die man zuvor palpiert hat, ausgelöst und besteht in der Streckung des
Unterarms. Auch hierbei unterstützt man den Arm des Probanden in der Ellenbeuge, so dass er
leicht gebeugt ist.
Patellarsehnenreflex (PSR, Verschaltung L3..L4; Effektor M. quadriceps.): Die sitzende
Versuchsperson schlägt die Knie übereinander, so dass der Unterschenkel gebeugt ist. Zweckmäßig
lässt man das Bein etwas strecken, hemmt aber die Streckung durch Zurückdrücken des
Schienbeins und schlägt dann mit dem Reflexhammer auf die Kniesehne. Bei mehrmaligem
Ausbleiben des Reflexerfolges lässt man den JENDRASSIK-Handgriff ausführen: Man zieht die
ineinander fest verhakten Hände ruckartig auseinander, gleichzeitig führt man den Schlag mit
dem Reflexhammer aus.
Achillessehnenreflex (ASR, Verschaltung in S1..S2; Effektor: M. triceps surae) Der Proband
kniet mit dem zu prüfenden Bein auf einem Stuhl, so dass der Unterschenkel gebeugt ist und frei
überhängt. Mit dem Reflexhammer schlägt man auf die Achillessehne, der Reflexerfolg ist eine
Plantarflexion des Fußes. Bei Misserfolg lässt man auch hierbei den JENDRASSIK-Handgriff
ausführen.
Masseterreflex (MR, N. trigeminus ..Pons ..N. facialis): Bei halb geöffnetem Mund wird ein
Spatel auf die untere Zahnreihe gelegt und mit dem Reflexhammer daraufgeklopft. Der Reflexerfolg
ist eine Hebung des Unterkiefers. Grundsätzlich kann man jeden Muskel durch Beklopfen
seiner Sehne oder des Muskelbauchs zur Reflexkontraktion bringen, wenn dies nur zur Dehnung
um mindestens 0,8 % der Ausgangslänge in 0,05 s führt und eine gewisse Hintergrundtonisierung
vorliegt.
Bauchhautreflex (BHR, Th6..Th12): Bestreichen der Bauchhaut mit einer Nadel. Durch die
Inscriptiones tendineae des M. rectus abdominalis wird die Abdominalmuskulatur in drei Etagen
geteilt. Es soll versucht werden, die Abschnitte durch Bestreichen der entsprechenden Hautabschnitte
einzeln zur Kontraktion zu bringen.
Fußsohlenreflex (FSR): Kräftiges Bestreichen der lateralen Fußsohlenkante von der Ferse nach
ventral (mit einem Spatel). Beobachten Sie die Reaktion bei schwachem und starkem Reiz.
Korneal- und Konjunktivalreflex (KOR, KJR; N. trigeminus ..Pons ..N. facialis): Berühren Sie
mit dem Wattestäbchen die Konjunktiva. Die agierende Hand sollte auf der Wange der Versuchsperson
abgestützt werden. Versuchen Sie, mit gleicher Reizstärke auch die Kornea zu
berühren. Sie werden bei richtiger Ausführung beobachten, dass der Kornealreflex leichter
auslösbar ist als der Konjunktivalreflex.

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Ergebnisse:
BSR
TSR
PSR
Reflex normal lebhaft träge nicht auslösbar Seitendifferenz
PSR + Jendrassik
ASR
ASR + Jendrassik
MR
BHR
FSR
KOR
KJR
Aufgabe 9: Eigenreflex-EMG bei Bahnung und Hemmung
Weisen Sie mit dem EMG die Einzelzuckung beim Achillessehnenreflex nach. Studieren Sie den
Einfluss von Bahnung und Hemmung!
Einführung: Dehnung des Muskels durch Schlag auf die Sehne löst über den Eigenreflex eine
Einzelzuckung aus, und im Reflex-EMG sollte sich nur ein einzelnes Summenaktionspotenzial
(AP) finden. Bei einer kurzen tetanischen Zuckung, die äußerlich nicht von der Einzelzuckung zu
unterscheiden ist, müsste stets eine Serie von Summen-AP zu finden sein. Die im Oberflächen-
EMG ableitbare Potenzialhöhe ist von der Zahl gleichzeitig erregter motorischer Einheiten
abhängig. Bei Bahnung des Eigenreflexes, z.B. durch den JENDRASSIK-Handgriff, wird das
Potenzial größer. Durch willkürliche antagonistische Hemmung des Eigenreflexes wird die Zahl
der erregten Agonisten-MN und damit die Reflexgröße weitgehend reduziert. Es resultiert eine
Abnahme der EMG-Höhe.
Durchführung: Am Unterschenkel des Probanden werden in Längsrichtung über M. gastrocnemius
und M. soleus EKG-Plattenelektroden mit NaCl-getränkter Zellstofflage mittels Gummibinden
befestigt und mit dem Eingang eines EKG-Direktschreibers verbunden. Am anderen Bein
wird geerdet. Lösen Sie den Achillessehnenreflex wie unter Aufgabe 8 aus, zeichnen Sie das
EMG mit 50 mm/s Schreibgeschwindigkeit und etwa 10 mm Amplitude mehrmals auf. Variieren
Sie die Schlagstärke und studieren Sie die Änderungen der Spikehöhe. Führen Sie den gleichen
Versuch bei konstanter Schlagstärke mit und ohne JENDRASSIK-Handgriff durch. Fordern Sie
den Probanden zur Willkürflexion des Fußes auf, lösen Sie den Reflex erneut aus. Hierbei
können Beuger-Aktionsströme in das EMG einstreuen. Bei allen Versuchen soll eine konstante
Verstärkung am EKG-Gerät beibehalten werden.
Ergebnisse: Originalregistrierung bzw. Nachzeichnung der verschiedenen EMG-Formen mit
sorgfältiger Beschriftung.