Wie bau ich mir einen Myographen, Teil 2: Die zeichnende Spitze

Die erste Herausforderung bei der Konstruktion der zeichnenden Spitze war, sie nur vertikale und keine horizontalen Bewegungen ausführen zu lassen. Helmholtz entschied sich dafür die Spitze über einen zusammengesetzten Hebel zu steuern. Die Spitze ist dabei direkt an einem senkrechten Hebel befestigt, der an der Oberseite über eine horizontal beweglichen Achse mit einem waagerechten Hebel verbunden ist. Der waagerechte Hebel ist am anderen Ende ebenfalls über eine horizontale Achse beweglich – dies gewährleistet, dass die Spitze ausschließlich vertikale Bewegungen ausführt. Die Mitte des waagerechten Hebels ist über eine Stellschraube mit einem Rahmen verbunden, der wiederum über einen Haken von dem Muskel getragen wird. „Wenn sich dieser zusammenzieht, hebt er also den [waagerechten] Hebel [...], und mit ihm die zeichnende Spitze.“¹ Der Druck, den die Spitze auf den rotierenden Zylinder ausübt, kann über Gewichte, die an einem befestigten Querarm verschiebbar sind, reguliert werden. Mit dieser Befestigungsweise vermied Helmholtz größere Reibungsverluste: „Da die Berührungsflächen der reibenden Theile sehr klein ist, und sie sich nur wenig gegen einander verschieben, so ist die Reibung an den Befestigungsstellen sehr gering, und kann selbst kleiner, als die der zeichnenden Spitze werden.“²

1) Helmholtz 1852 – Messungen über Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Reizung, S. 202

2) Helmholtz 1852 – Messungen über Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Reizung, S. 202

Wie bau ich mir einen Myographen? - So: (Teil 1)

Zeichnung des Myographen von Hermann von Helmholtz, Kupferstich, 1852

Zwei Jahre nach der Publikation seiner Messungen mit der elektromagnetischen Methode, veröffentlichte Helmholtz seine „Messungen über Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Reizung in den Nerven“¹. Darin berichtet er über die weiterentwickelte grafische Messmethode zur Aufzeichnung der Zuckungskurven der elektrisch gereizten Muskel. Ein Grund, die bereits erfolgreichen Versuche mit der komplizierten elektromagnetischen Messmethode erneut durchzuführen, lag für Helmholtz in der einfacheren Ausführbarkeit und vor allem größeren Anschaulichkeit der grafischen Methode.

„Außerdem lasse ich mir jetzt einen Apparat mit rotierendem Zylinder zur Kurvenzeichnung bauen, mit dem ich neben manchem anderen auch hoffe, jedermann durch einen Versuch in 5 Minuten die Tatsache der Fortpflanzungsdauer in den Nerven vor Augen legen zu können. Damit beabsichtige [ich], im nächsten Sommer an den deutschen Universitäten herumzureisen und Vorstellungen zu geben.“²

Bei dieser Aufzeichnungsmethode ist der Muskel mit einem Stift verbunden, der bei jeder Zuckung des Muskels die vertikale Erhebung auf einen rotierenden Zylinder überträgt. Er zerlegt sich in drei grundlegende Bestandteile:

„ 1. Die Verbindungsstücke des zeichnenden Stiftes mit dem Muskel.
2. Das Uhrwerk, welches den Zeichenzylinder in gleichmäßige Umdrehung versetzt.
3. Die Vorrichtung zur rechtzeitigen Auslösung des electrischen Schlages, welcher den Nerven durchfährt.“³

Der Aufzeichnungsapparat ist mit der bereits für die elektromagnetischen Messversuche verwendeten Apparatur, die den Muskel und das stromleitende Zwischenstück enthält, verbunden.

„Der Muskel wurde in demselben von Glaswänden eingeschlossenen und mit Feuchtigkeit gesättigten Raume aufgehängt, wie bei den früheren Versuchen. Sein Nerv wurde ebenfalls wieder über die vier dort befindlichen Drähte gelegt, durch welche es möglich war, bald der einen, bald der andern Nervenstelle von aussen her einen electrischen Schlag zuzusenden“⁴

Erst in dieser Kombination beider Apparatsteile – der Halterung für den Muskel mit der Glaskuppe und dem stromleitenden Zwischenstück zum einen und dem drehbaren Zylinder samt Zeichenstift – kann vom Myographen gesprochen werden, oder wie Helmholtz ihn zunächst auch nannte: Froschzeichenapparat. Der Begriff des Myographen oder Myographions leitet sich ab von Myo-, griechisch für Muskel, und -graph, von griechisch graphein für zeichnen, also „Muskelschreiber“. Es wird also eindeutig die aufschreibende Tätigkeit bezeichnet. Helmholtz hatte die grafische Einheit aber schon von Anfang an mitgedacht, sein Prototyp aus den ersten Versuchen besaß bereits ein Aufschreibesystem auf das er nun zurückkommt, um es für anschauliche und überzeugende Präsentationen einzusetzen.

1) Helmholtz, Hermann von (1852): Messungen über Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Reizung in den Nerven. In: Archiv für Anatomie, Physiologie und wissenschaftliche Medicin, S. 199–216.

2) Helmholtz in einem Brief vom 17. September 1850 an Emil du Bois-Reymond, in: Kirsten, Christa (u a. Hg ). (1986): Dokumente einer Freundschaft. Briefwechsel zwischen Hermann von Helmholtz und Emil du Bois-Reymond 1846-1894. Kirsten, Christa (Hg.). Berlin. S. 106.

3) Helmholtz 1852 – Messungen über Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Reizung, S. 200

4) Helmholtz 1852 – Messungen über Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Reizung, S. 200f.

Verständliche Wissenschaft sorgte im 19. Jh. für Empörung bei den Damen

Wer hätte das gedacht: du Bois-Reymonds Versuch, eine wissenschaftlichen Rede in verständlicher Form zu verfassen, stieß bei der weiblichen Hörerschaft auf Empörung. In einem Brief an Helmholtz vom 18. März 1851 schreibt er: "Gib meine Rede Deiner angenehmen Hausfrau zu lesen. Die Damen sind empört darüber gewesen, dass ich ihnen verständlich gewesen sei, was ich von ihnen dächte? Und von mir hatte man etwas Wissenschaftlicheres erwartet. [...] [Ich] werde große Mühe haben, meinen Ruf als exakter Forscher wieder zu erobern." Das gemeine Publikum ließ sich lieber in Verwunderung versetzen und wollte gar nicht verstehen. War das wirklich so? Helmholtz beobachtet diesen Trend ebenfalls und schlägt vor, dem Plebs zu geben, wonach er begehrt. "Meine Frau lässt Dich freundlich grüßen; ich habe ihr Deine Vorlesung vorgetragen, da sie aber soweit in die Physiologie eingeweiht ist, dass sie Versuchsreihen über Geschwindigkeit der Reizung in den Nerven an sich anstellen konnte, bei anderen selbst Magnetometer-Ablesungen machte etc., so hat sie sich zur Partei derjenigen geschlagen, welche behaupten, Du hättest dich zu verständlich gemacht. Dagegen höre ich, hast Du in Berlin auch viele unbedingte Bewunderinnen. Es ist unmöglich bei solchen Gelegenheiten, es allen recht zu machen, jedenfalls aber wohl dankbarer, es den Zuhörern nicht zu leicht zu machen und für den großen Haufen einige Rätsel stehen zu lassen, deren Verständnis vielleicht nur einer kleinen Zahl der Zuhörerschaft aufgeht. Für jene anderen ist es im Grunde immer besser, ihre Verwunderung als ihr Verständnis anzuregen." (Helmholtz an du Bois-Reymond in einem Brief vom 11. April 1851) Im Prinzip ist es schön, beim Publikum Verwunderung auszulösen, aber nur, um ein Interesse zu wecken. Das Interesse sollte dann aber auch befriedigt werden, und dafür ist es sinnvoll, dem Laien die Wissenschaft auf verständliche Art und Weise näher zu bringen, als ihn in seiner Verwunderung verweilen zu lassen. Bereits Aristoteles sah im Staunen den Beginn des Philosophierens [Vgl. Metaphysik, S. 22] - dieser Zustand kann also als Antrieb wirken, sich mit einem Thema intensiver zu beschäftigen.

"Pompöser" Begriff des Myographion von Helmholtz 1854 geprägt

Ich hatte in einem früheren Post die Frage gestellt, ab wann der Begriff "Myograph(ion)" verwendet wurde und wer ihn geprägt hat, zumal Helmholtz diesen Begriff in seinen Veröffentlichungen von 1850 und 1852 nicht benutzt. Nun bin ich fündig geworden (*Trommelwirbel*): In einem Brief vom 13. Juni 1854 an du Bois-Reymond setzt Helmholtz diesen darüber in Kenntnis, den sogenannten "Froschzeichenapparat" zukünftig "Myographion" zu nennen: "Für das physiologische Institut in Gießen wird jetzt hier ein Froschzeichenapparat oder, wie ich ihn künftig pompös benennen werde, ein Myographion gebaut [...]." Dann wäre das also geklärt.  

Collage: Nerven vs. Telegrafendrähte (with a little help from a frog)

Collage by froesi

Video: Der Mensch als Industriepalast

Tolles Video von Henning M. Lederer (2009), basierend auf einem Poster von Fritz Kahn (1926).

Komplizierte Messmethode lässt meinen Kopf rauchen

Helmholtz verwendet für seine ersten Versuche (Helmholtz 1850) ein extrem kompliziertes Messverfahren (hatte ich das schon erwähnt?). Er misst dazu die Veränderung der Schwingungen des Magneten, der in einem Galvanometer hängt. Wenn nun ein Strom in den Muskel oder den Nerven induziert wird, verändert sich der Ausschlag des schwingenden Magneten. Über ein Spiegelchen und mittels Fernrohr kann Helmholtz bzw. seine Frau Olga (siehe früherer Blogeintrag) - vereinfacht ausgedrückt -  die Werte ablesen und mittels einer Formel die Zeit berechnen, die der Reiz brauchte, um eine Zuckung auszulösen. Die Messwerte mittels Spiegel und Fernrohr abzulesen stammt von Carl Friedrich Gauß (1777) und Wilhelm Eduard Weber (1804-1891), die das erste Galvanometer gebaut haben. Kleine Anekdote: Während ihrer ersten Versuche mit dem Galvanometer kamen die beiden auf die Idee zu testen, wie weit die elektrischen Leitfähigkeit in einem Draht reichen würden. "Sie spannten einen Draht quer durch ihre ganze Stadt, Herr Gauß befand sich an einem Ende und verband die Drähte mit einer Batterie [...] und Herr Weber beobachtete, wie sich die Nadel des Galvanometers bewegte. Sie verfügten über ein Mittel, Signale über große Entfernungen zu übertragen - es war der Anfang der Telegraphie!" [http://bit.ly/dW4ngu] Halleluja! Ähnlich wie bei Gauß' und Webers Versuch mit Telegraphendrähten stellte Helmholtz sich die Nervenleitung vor [http://bit.ly/gmyrgR]. Als nächstes werde ich mir die anschaulichere grafische Methode genauer ansehen, die Helmholtz 1852 ausführlich beschreibt.