„Ein Mikroskop für die Zeit“Eine kulturwissenschaftliche Untersuchung über Hermann von HelmholtzVersuche zur Nervenleitges...
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1. Helmholtz und das Experimentalsystem zur Messung     der NervenleitgeschwindigkeitUngläubig nahm August Helmholtz (1792...
– Myographen (Myo-, griechisch für Muskel, und -graph, von griechisch graphein fürzeichnen, also „Muskelschreiber“) ein Ge...
von dem System zielt auf die Tatsache ab, dass im Experiment schon immerverschiedene Komponenten zusammenwirken. Henning S...
„Aktanten“ – damit kann sowohl ein Mensch als auch eine nicht-menschliche Entitätgemeint sein. Unter der Devise, die Dinge...
Diese Arbeit ist in fünf Bereiche geteilt: Der erste Teil behandelt unter Punkt 2 denVorläufer des eigentlichen Myographen...
Erkenntnis, dass sich nämlich Nervenreize in einer „messbaren Zeit“ fortbewegen. Nunglaubten die Physiologen bis dahin, wi...
Danach würde die Leitung im Nerven in die Reihe sich fortpflanzender Molekularwirkungen   der ponderablen Körper gehören, ...
Abbildung 1: Graphische Darstellung der Muskelbewegung als Kurve, die mit dem einfachen Apparat erstellt wurde.Bereits Hel...
Punkt.35 Allerdings erschien Helmholtz sein erster einfacher Apparat nicht präzise undakkurat genug, um mehr Aufschluss üb...
Diese Methode machte Zeit sichtbar, ohne sie zu fixieren, schrieb sie nicht als Kurve,   verwandelte sie in keine Spur, so...
Helmholtz begründet dies mit der Ungenauigkeit der menschlichen Sinne, insbesonderewenn an der Zeiteinschätzung verschiede...
Wheatstone (1802-1875) waren die ersten, die zur Übertragung des Aufpralls der KugelStrom einsetzten. Der Stift, der auf d...
3.2 Methode der präzisen Zeitmessung in der PhysiologieJedoch war Helmholtz nicht der erste, der die Methoden zur präzisen...
Du Bois-Reymonds Tätigkeit beschränkte sich zunächst nur auf theoretischeErwägungen, entsprach aber im Prinzip der Methodi...
Physiologie anwendete, nachdem du Bois-Reymond diese Anwendung zuerst als Ideevorbrachte. Und es gibt eine weitere Paralle...
genauer erläutert werden. Die Apparatur, die Helmholtz für seine Versuche benutzte,und in den „Messungen“66 beschreibt, er...
er mit Feuchtigkeit angereichert werden konnte. „Die Luft in der Glocke wird durchnasse Pappe feucht erhalten […]; es wurd...
das Zwischenstück minimal anheben und die Goldkuppe von dem Goldplättchen lösen.Zusätzlich zu dieser Einstellung wurde in ...
Quecksilberkontakt. Das Quecksilber nahm seine ursprünglich rundliche Form wiederan und der Kontakt blieb dauerhaft unterb...
im     Organismus.        Der      sogenannte        Vitalismus       beherbergte       verschiedeneErscheinungsformen die...
Entgegen Galvani vermutete Volta im Frosch eine metallische Elektrizität, wie sie beider Verbindung unterschiedlicher Meta...
klein und ermangelt auch, wie mir hat scheinen wollen, jener Lebenszähigkeit, welche die   abgelösten Glieder der ersteren...
auch Gilles Deleuze und Felix Guattari in ihrem „Anti-Ödipus“ 101 Systeme, in denenMaschinen und Menschen oder Tiere zusam...
die experimentelle Erforschung des Lebens zu würdigen. In Weiterentwicklung derempirischen Physiologie stellte die Organis...
bereichert, wie ein ‚Lumpensammler‘, der mit einer Harke in der Hand alles sammelt, was er   findet.111Diese Haltung brach...
3.4 Zeitmessung mit Galvanometer, Spiegel und Fernrohr –       Technologietransfer aus Geophysik und TelegraphieNeben dem ...
schloss gleichzeitig den zeitmessenden Stromkreis. 117 Helmholtz war aufgrund dervielen Handgriffe bei dieser Methode auf ...
Beim Blick durch das Fernrohr sah er die im Spiegel erscheinende Skala, vor der dieMagnetnadel sich bewegte. Henning Schmi...
Apparat seinen Berliner Kollegen, unter ihnen auch Helmholtz, im Frühjahr 1847 vor.236Als kurvenzeichnende Apparate orient...
langsamer fortbewegten. Insofern diente dieser Vergleich mit der Telegraphie mithin alsdidaktisches Mittel, um von dort au...
Stromes, die Schwingungsdauer (T) des Magneten sowie die Ablenkung (I) desMagneten, wenn der zeitmessende Strom gleichmäßi...
Erkenntnisse, die sie lieferten, bestätigten. Helmholtz ging es zunächst darum, möglicheexterne Störfaktoren und Fehlerque...
gewährleistete, dass die angehängten Teile nicht weiter absinken konnten, die Kontakteordentlich schlossen und der Muskel ...
sich hier einer mathematischen Methode bediente, die in den 1850er Jahrenhauptsächlich in den exakten Wissenschaften, also...
3.7 Die Rolle des Experiments in Helmholtz ForschungsarbeitDas Gesetz zur Erhaltung der Kraft als Mittel gegen die Lehre v...
„Ein Mikroskop für die Zeit“ - Eine kulturwissenschaftliche Untersuchung über Hermann von Helmholtz'  Versuche zur Nervenl...
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„Ein Mikroskop für die Zeit“ - Eine kulturwissenschaftliche Untersuchung über Hermann von Helmholtz' Versuche zur Nervenleitgeschwindigkeit (Magisterarbeit)

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Thema der Magisterarbeit ist die kulturwissenschaftliche Untersuchung über Hermann von Helmholtz' Versuche zur Nervenleitgeschwindigkeit. Mit dem von ihm konstruierten Myographen wies der Physiologe Hermann von Helmholtz Mitte des 19. Jahrhunderts nach, dass eine bestimmte Zeit vergeht, bis es zur Reaktion bzw. Zuckung eines Muskels kommt, nachdem ein elektrischer Reiz induziert wurde.

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„Ein Mikroskop für die Zeit“ - Eine kulturwissenschaftliche Untersuchung über Hermann von Helmholtz' Versuche zur Nervenleitgeschwindigkeit (Magisterarbeit)

  1. 1. „Ein Mikroskop für die Zeit“Eine kulturwissenschaftliche Untersuchung über Hermann von HelmholtzVersuche zur NervenleitgeschwindigkeitMagisterarbeit zur Erlangung des akademischen GradesMagister Artium (M.A.) im Fach KulturwissenschaftHumboldt-Universität zu BerlinPhilosophische Fakultät IIIInstitut für Kultur- und KunstwissenschaftEingereicht von:Franziska RoederBetreut durch: Prof. Dr. Christian KassungZweitgutachter: Prof. Dr. Wolfgang SchäffnerBerlin, Dezember 2011
  2. 2. Inhaltsverzeichnis1. Helmholtz und das Experimentalsystem zur Messung der Nervenleitgeschwindigkeit.............22. Erste Testversuche mit der graphischen Methode und dem „einfachen Apparat“.....................63. Hinwendung zur präziseren elektromagnetischen Methode mit dem Galvanometer..............10 3.1 Methoden der präzisen Zeitmessung in der Ballistik........................................................11 3.2 Methode der präzisen Zeitmessung in der Physiologie...................................................14 3.3 Das „Froschgestell“......................................................................................................... 17 3.3.1 Exkurs: Der Frosch als Bauteil und Maschine ........................................................20 3.3.2 Tierversuche in der physiologischen Forschung .....................................................24 3.4 Zeitmessung mit Galvanometer, Spiegel und Fernrohr – Technologietransfer aus Geophysik und Telegraphie................................................................................................... 27 3.5 Berechnung der Zeit ....................................................................................................... 31 3.6 Fehleranalyse mit Methoden der exakten Wissenschaften..............................................32 3.7 Die Rolle des Experiments in Helmholtz Forschungsarbeit............................................364. Versuche am Menschen......................................................................................................... 475. Rückkehr zur graphischen Methode mit dem verbesserten Myographen ..............................50 5.2 Die Aufschreibeeinheit..................................................................................................... 55 5.3 Antrieb und Regelung ..................................................................................................... 58 5.4 Die Vorrichtung zur rechtzeitigen Auslösung des elektrischen Schlages.........................62 5.5 Ablauf des Versuchs mit dem Myographen......................................................................64 5.6 Die Methode der Kurven ................................................................................................ 67 5.1 Kommunikation und Rezeption der Forschungsergebnisse.............................................706. Schluss................................................................................................................................... 727. Abbildungsverzeichnis............................................................................................................ 778. Literaturverzeichnis................................................................................................................ 78 1
  3. 3. 1. Helmholtz und das Experimentalsystem zur Messung der NervenleitgeschwindigkeitUngläubig nahm August Helmholtz (1792-1858) die am 29. März 18491 von seinemSohn an ihn versendeten Zeilen auf. Der im selben Jahr auf das Amt des Physiologie-Professors in Königsberg berufene Hermann von Helmholtz2 (1821-1894) verkündeteseinem Vater in einem Brief, er habe nachgewiesen, dass eine gewisse Zeit vergeht, bisein Reiz einen Muskel in Bewegung setzt. 3 Der junge Helmholtz hatte im Experimentan Froschmuskeln den Beweis erbracht, dass bis zur Reaktion eines Muskels auf einenStromstoß eine „messbare Zeit“4 vergeht und vergleichbare Versuche auch amMenschen vollzogen.5 Dem Vater erschien „das Resultat [der Untersuchungen] etwaswunderlich“6, sah er doch die „Gedanken und körperlichen Affecte nicht als einNacheinander, sondern als ein Zugleich“7 an. Helmholtz Vater stand mit dieserSichtweise nicht allein da. Die meisten Physiologen dieser Zeit nahmen an, Nervenreizewürden sich mit Lichtgeschwindigkeit fortpflanzen und die Messung derNervenleitgeschwindigkeit würde darum ausgeschlossen sein. Selbst Helmholtz Lehrer,der angesehene Physiologe Johannes Müller (1801-1858), hatte nur wenige Jahre zuvorerklärt, dass aufgrund der Schnelligkeit, mit der sich Nervenreize, ähnlich wie das Licht,fortbewegen würden, es wohl nie möglich wäre, ihre Geschwindigkeit zu ermitteln. 8Helmholtz Entdeckung widerlegte diese Annahme. Im Zentrum dieser Arbeit steht dieApparatur, die diese Entdeckung ermöglichte, genauer gesagt: die Apparaturen. DennHelmholtz bediente sich bei der Erforschung der Muskeltätigkeit und desNervenprinzips zweier verschiedener Methoden und infolgedessen auchunterschiedlicher Apparate. Der erste Apparat ist der – allerdings erst später so genannte1 Vgl.: Koenigsberger, Leo (1902): Hermann von Helmholtz. 3 Bände. Braunschweig: Friedrich Viehwegund Sohn (1). S. 1202 Vgl.: Ebd. S. 1113 Vgl.: Ebd. S. 1204 Helmholtz, Hermann von (Januar 1850): Vorläufiger Bericht über die Fortpflanzungs-Geschwindigkeitder Nervenreizung. Archiv für Anatomie, Physiologie und wissenschaftliche Medicin. In: Monatsberichtder Königlichen Akademie der Wissenschaften, S. 71–73, hier S. 715 Helmholtz in einem Brief vom 5. April 1850 an du Bois-Reymond. Vgl.: Dokumente einer Freundschaft.Briefwechsel zwischen Hermann von Helmholtz und Emil du Bois-Reymond 1846-1894 (1986). Hg. v.Christa Kirsten. Berlin. S. 94f.6 Koenigsberger 1902 – Hermann von Helmholtz (1). S. 1227 Ebd.: S. 1228Vgl.: Ebd. S. 118f. 2
  4. 4. – Myographen (Myo-, griechisch für Muskel, und -graph, von griechisch graphein fürzeichnen, also „Muskelschreiber“) ein Gerät zur automatischen Aufzeichnung derMuskelbewegung. Helmholtz konnte mit diesem „einfachen Apparat“ bereitsnachweisen, dass eine bestimmte Zeit vergeht, bis es zur Reaktion beziehungsweiseZuckung eines Muskels kommt, nachdem ein elektrischer Reiz induziert wurde. Umaber präzisere Ergebnisse zu erhalten, unternimmt Helmholtz ausgedehnte Versuche miteiner elektromagnetischen Methode. Der Anschaulichkeit halber wiederholt derForscher die Versuche schließlich mit einem verbesserten graphisch arbeitendenMyographen.In dieser Arbeit suche ich nach Faktoren, die dieses Experiment bedingten undbeeinflussten. Meine These ist, dass Helmholtz Versuche nicht im luftleeren Raumstattfanden, sondern dass eine Reihe von Faktoren – seien es Personen, Dinge, Wesen,Praktiken – das Zustandekommen dieses Experiments bedingten und ihrennennenswerten Anteil daran hatten. Mich interessiert außerdem der Kontext diesesExperiments, in dessen Zentrum eine Maschine steht. Ausgehend von dieser Maschine,die im Verlauf der Arbeit detailliert beschrieben und deren Einsatz im Versuchsablaufgenau nachgezeichnet werden soll, gehe ich einzelnen Aspekten nach, die einebesondere Rolle für die Versuche spielen. Ziel dieses Unterfangens ist der Entwurf einerArt Karte, die die beteiligten Akteure in ihrem gegenseitigen Wechselspiel und ihremfunktionalen Zusammenwirken aufzeigt. Es wird sich zeigen, dass Helmholtz Leistungim Bereich der zu beschreibenden Versuche keineswegs das Produkt eines einsam inseinem Labor werkelnden Forschergenies war, sondern ganz im Gegenteil: Der Erfolgdieser Versuche hing maßgeblich von einer ganzen Reihe von Faktoren ab. DieGrundlage dieser Arbeit bildet eine genaue Beschreibung des Experiments mit all seinenKomponenten. In Anlehnung an den Wissenschaftshistoriker Hans-Jörg Rheinberger,der den Begriff des „Experimentalsystems“ prägte 9, werde ich nicht eine Person,Institution, Idee oder einen Diskurs in den Mittelpunkt stellen, sondern mich auf daskonkrete Experiment beziehungsweise Experimentalsystem konzentrieren. Die Rede9 Vgl.: Schmidgen, Henning (1999): Experimentalisierung als Thema einer kulturwissenschaftlichorientierten Physiologie- und Psychologiegeschichtsschreibung. In: Physiologische und psychologischePraktiken im 19. Jahrhundert: ihre Beziehungen zu Literatur, Kunst und Technik. Workshop, Max-Planck-Institut für Wissenschaftsgeschichte, S. 11–22. Online verfügbar unter http://www.mpiwg-berlin.mpg.de/Preprints/P120.PDF, zuletzt geprüft am 22.03.2011. S. 12f. 3
  5. 5. von dem System zielt auf die Tatsache ab, dass im Experiment schon immerverschiedene Komponenten zusammenwirken. Henning Schmidgen spricht inAnlehnung an die soziologische Akteur-Netzwerk-Theorie von einem Zusammenwirkenvon Aktanten, also menschlichen und nicht-menschlichen Handelnden, wieWissenschaftlern, Labormitarbeitern sowie diversen Apparaten zur Messung,Manipulation und Berechnung.10 Wie ein Geograph beim Erstellen einer Landkartesollen auch die in dieser Arbeit gesammelten Abhängigkeitsfaktoren gleichsam einenBeitrag zur „Kartographie“ des kulturellen Feldes leisten. 11 Diesem Ansatz folgendbetrachte ich Helmholtz Experimente zur Nervenreizung auch als ein System, in demverschiedene Komponenten beziehungsweise Aktanten, anorganisches und organischesMaterial zusammenwirken. All diese „Teilnehmer“ generieren im Ensemble neueZeichen, wissenschaftliche Erkenntnisse, die im Falle des Myographen sprichwörtlichin Form der Muskelzuckungskurven „aufgeschrieben“ werden. Sie alle, Tier, Menschund Maschine, humane und nonhumane Aktanten – nicht nur ein einzelnes Subjekt –arbeiten mit an der „Graphosphäre“, die mit der Mechanosphäre des Versuchsaufbausverbunden ist.12Die Akteur-Netzwerk-Theorie (ANT) entstammt der Wissenschafts- undTechnikforschung und stellt die Beziehung zwischen Mensch und Technik in denVordergrund.13 Ziel der Theorie ist es aber nicht, Menschen als Objekte zu betrachtenund Subjektivität auf Dinge zu übertragen, sondern ihre Trennung zu umgehen undvielmehr von einer Verflechtung von Dingen, Menschen und Zeichen in einem hybridenNetzwerk beider auszugehen.14 Die ANT bricht klassische Dichotomien wieNatur/Kultur oder Subjekt/Objekt auf und setzt sie miteinander in Beziehung. Siebetrachtet die Sphären nicht als voneinander getrennt sondern als sich schon immergegenseitig beeinflussend und miteinander verwoben. Insofern versteht sich die ANTauch als Kritik der Moderne, die die Welt in sich gegenüberliegende Bereiche eingeteiltund voneinander getrennt hat.15 Ein zentraler Begriff der ANT ist der des „Akteurs“ oder10 Vgl.: Ebd. S. 16f.11 Vgl.: Ebd. S. 12f.12 Vgl.: Ebd. S. 1913 Vgl. im Folgenden: Belliger, Andréa; Krieger, David J. (2006): Einführung in die Akteur-Netzwerk-Theorie. In: Andréa Belliger und David J. Krieger (Hg.): ANThology. Ein einführendes Handbuch zurAkteur-Netzwerk-Theorie. Bielefeld: transcript Verlag, S. 13–4714 Vgl.: Ebd. S. 1515 Vgl.: Ebd. S. 23 4
  6. 6. „Aktanten“ – damit kann sowohl ein Mensch als auch eine nicht-menschliche Entitätgemeint sein. Unter der Devise, die Dinge sprechen zu lassen, wird auch nicht-menschlichen Akteuren die Fähigkeit zu handeln zugesprochen. Ein Akteur definiertsich aber nicht als Subjekt mit Selbstbewusstsein und freiem Willen – dieserEigenschaften bedarf er nicht notwendigerweise.16 Und da dies sämtliche Akteure, alsoauch die menschlichen, betrifft, ebnet die ANT auch den Weg für ein verändertesSubjektverständnis, in dem das Subjekt weniger autonom und rational erscheint.17Akteure selbst sind auch komplex, sie können im hybriden Netzwerk andere Identitäten,Funktionen und Rollen einnehmen. Ein Beispiel dafür ist das Netzwerk vonSchusswaffe und Mensch. Die Behauptung "Schusswaffen töten Menschen" istmaterialistisch und technikdeterministisch. Die Aussage "Menschen töten Menschen,nicht Schusswaffen" ist dagegen sozialdeterministisch, da sie davon ausgeht, dass alleHandlung vom Menschen ausgeht und die Schusswaffe nicht zur Handlung beiträgt.Von diesen beiden Sichtweisen distanziert sich die ANT, da sie das hybride undheterogene Wesen der Akteure nicht mitdenken. Die Waffe für sich genommen tötetnoch nicht von selbst und der Mensch ohne Waffe will vielleicht nur verletzen. DerMensch mit der Waffe in der Hand beziehungsweise die Waffe in der Hand desMenschen, werden aber zu etwas transformiert, das die Absicht hat zu töten. Beideverschmelzen miteinander und werden jeweils zu etwas anderem, „denn der Mensch istein anderer mit der Waffe in der Hand und die Waffe ist eine andere in der Hand desMenschen.“18 Diese Beispiel soll illustrieren, dass im Zusammenwirken verschiedenerTeilnehmer etwas entsteht, das nicht als Eigenschaft einer einzelnen Komponentezugeschrieben werden kann, sondern nur in eben diesem Zusammenwirken eineEigenschaft des gesamten Ensembles ist. Übertragen auf Helmholtz Versuche zurNervenleitgeschwindigkeit heißt das, dass nicht ein Apparat mit seinen Einzelteilen, derFroschmuskel und auch nicht Helmholtz als sein Konstrukteur allein verantwortlichsind für dessen Wirkung, sondern dass sie Akteure neben vielen weiteren sind, die erstim Zusammenspiel das Experiment ermöglichen.16 Vgl.: Ebd. S. 3517 Vgl.: Ebd. S. 3518 Ebd. S. 42 5
  7. 7. Diese Arbeit ist in fünf Bereiche geteilt: Der erste Teil behandelt unter Punkt 2 denVorläufer des eigentlichen Myographen, einen graphisch arbeitenden Prototypen, mitdem Helmholtz bereits erste Erkenntnisse sammelte. Da dieser Apparat aber zuunpräzise arbeitete, entschied sich Helmholtz bei seinen weiteren Versuchen für eineandere, genauere Methode, die mit Hilfe des Elektromagnetismus arbeitete, siehe dazuPunkt 3. Im Laufe der Arbeit mit der elektomagnetischen Messemethode stellteHelmholtz bereits Versuche am Menschen an – diese werden unter 4. näher beleuchtet.Unter Punkt 5 wird schließlich der verbesserte Myograph mit all seinen Komponentenbetrachtet. Helmholtz entschied sich für neue Versuchsreihen mit diesem selbstschreibenden Apparat, mit dem er seine bereits bewiesenen Erkenntnisse einemPublikum viel schneller und anschaulicher präsentieren konnte.2. Erste Testversuche mit der graphischen Methode und dem „einfachen Apparat“ Ich habe gefunden, dass eine messbare Zeit vergeht, während sich der Reiz, welchen ein momentaner elektrischer Strom auf das Hüftgeflecht eines Frosches ausübt, bis zum Eintritt des Schenkelnerven in den Wadenmuskel fortpflanzt. Bei großen Fröschen, deren Nerven 50 – 60 Millim. lang waren, und welche ich bei 2 – 6° C. aufbewahrt hatte, während die Temperatur des Beobachtungszimmers zwischen 11 und 15° lag, betrug diese Zeitdauer 0,0014 bis 0,0020 einer Sekunden.19In seinen Versuchen zur Muskelzuckung und Nervenleitgeschwindigkeit reizteHelmholtz den Froschmuskel und später auch den vom Muskel freigelegten – aberimmer noch mit ihm verbundenden – Nerv an unterschiedlichen Stellen. Über die imOktober 184920 begonnenen Versuche lieferte Helmholtz schon im Januar 1850 eineerste Publikation ab mit dem Titel „Vorläufiger Bericht über die Fortpflanzungs-Geschwindigkeit der Nervenreizung“.21 Helmholtz verkündete darin seine zentrale19 Helmholtz, Hermann von (Januar 1850): Vorläufiger Bericht über die Fortpflanzungs-Geschwindigkeitder Nervenreizung. Archiv für Anatomie, Physiologie und wissenschaftliche Medicin. In: Monatsberichtder Königlichen Akademie der Wissenschaften, S. 71–73, hier S. 7120 Vgl.: Schmidgen, Henning (2009): Die Helmholtz-Kurven. Auf der Spur der verlorenen Zeit. Berlin:Merve Verlag. S. 7421 Helmholtz, Hermann von (Januar 1850): Vorläufiger Bericht über die Fortpflanzungs-Geschwindigkeit 6
  8. 8. Erkenntnis, dass sich nämlich Nervenreize in einer „messbaren Zeit“ fortbewegen. Nunglaubten die Physiologen bis dahin, wie bereits erwähnt, dass die Reizleitung im Nervenähnlich wie in metallischen elektrischen Leitern mit Lichtgeschwindigkeit22 vor sichginge und nicht messbar sei. Aber schon Helmholtz Kollege und Freund Emil du Bois-Reymond (1818-1896) konnte in seinen „Untersuchungen zur thierischen Elektricität“von 1848 zeigen, dass die Fortleitung des Reizes in den Nerven bis auf molekulareEbene wirksam wird und deshalb andere Vorgänge daran beteiligt sind. Gegenwärtig wissen wir aus den Untersuchungen über die elektromotorischen Eigenschaften der Nerven von du Bois-Reymond, dass diejenige Thätigkeit derselben, durch welche die Fortleitung einer Reizung vermittelt wird, mit einer veränderten Anordnung ihrer materiellen Moleküle mindestens eng verbunden, vielleicht sogar wesentlich durch sie bedingt ist. 23Wenn also bei der Nervenleitung Veränderungen auf molekularer Ebene stattfinden, soist dieser Prozess nicht den imponderablen (i.e. nicht wägbaren), wie viele Physiologenglaubten, sondern im Gegenteil den ponderablen (i.e. wägbaren) Abläufen zuzuordnen. 24Helmholtz stellt gern den Vergleich mit der Ausbreitung des Schalls her undverdeutlicht, dass die Geschwindigkeit der Nervenleitung allein aus diesenGegebenheiten eine gar nicht so unmessbar schnelle sein kann.der Nervenreizung. Archiv für Anatomie, Physiologie und wissenschaftliche Medicin. In: Monatsberichtder Königlichen Akademie der Wissenschaften22 Der französische Physiker Hippolyte Louis Fizeau ermittelte im Jahr 1849 auf experimentellem Wegedie Lichtgeschwindigkeit mit 313.000 Kilometern pro Sekunde. Bereits im Jahr 1676 errechnete OlafRömer anhand seiner Beobachtungen der Himmelskörper einen Wert von 311.000 Kilometern proSekunde. (Vgl.: Brockhaus Konversationslexikon (1894-1896). Hg. v. Autorenkollektiv. 14. Aufl. 17Bände. Leipzig, Berlin und Wien: F. A. Brockhaus (Leber – More, 11). Online verfügbar unterhttp://www.retrobibliothek.de/retrobib/stoebern.html?bandid=100181, zuletzt geprüft am 08.11.2011, S.151) Die Geschwindigkeit der Elektrizität in metallischen Leitern ermittelte Charles Wheatstone (1802-1875) bereits im Jahre 1834, allerdings wurde die sehr hohe Geschwindigkeit (460.000 Kilometer proSekunde) einige Jahre später unter anderem Fizeau im Experiment korrigiert. Letzterer kam auf Werte vonrund 100.000 km/s im Eisendraht und ca. 180.000 km/s im Kupferdraht. (Vgl.: Fizeau, Hippolyte Louis;Gounelle (1850): Untersuchungen über die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Elektricität. In:Polytechnisches Journal (Band 117, No. XXV), S. 125–128. Online verfügbar unterhttp://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj117/ar117025, zuletzt geprüft am 08.11.2011) Helmholtz warendie Experimente zur Ermittlung der Lichtgeschwindigkeit durch Fizeau und Foucault sowie der Ermittlungder Geschwindigkeit der Elektrizität in metallischen Leitern durch Wheatstone bekannt, er erwähnte dieseauch ins seinem Vortrag “Ueber die Methoden”: Helmholtz, Hermann von (1850): Ueber die Methoden,kleinste Zeittheile zu messen, und ihre Anwendung für physiologische Zwecke. Gelesen in derphysikalisch-ökonomischen Gesellschaft zu Königsberg, am 13. Dezember 1850. In: KönigsbergerNaturwissenschaftliche Unterhaltungen (2), S. 169–189. S. 176f.23 Helmholtz 1850 – Messungen über den zeitlichen Verlauf, S. 330f.24 Vgl.: Helmholtz 1850 – Messungen über den zeitlichen Verlauf, S. 330 7
  9. 9. Danach würde die Leitung im Nerven in die Reihe sich fortpflanzender Molekularwirkungen der ponderablen Körper gehören, zu denen z. B. die Schallleitung in der Luft und in elastischen Stoffen oder das Abbrennen einer mit explodierender Mischung gefüllte Röhre zu rechnen ist. Bei dieser Sachlage kann es nicht mehr so überraschend sein, dass die Geschwindigkeit der Leitung nicht nur messbar, sondern wie sich ergeben wird, sogar sehr mäßig ist.25Schon in seinen früheren Versuchen fand Helmholtz heraus, dass auch beiMuskelbewegungen chemische Prozesse ablaufen und dabei Wärme erzeugt wird (Vgl.Kapitel 3.7).Im Jahr 1850 veröffentlichte er den ausführlicheren 90 Seiten starken Bericht„Messungen über den zeitlichen Verlauf der Zuckung animalischer Muskeln und dieFortpflanzungsgeschwindigkeit der Reizung in den Nerven“.26 Darin beschreibt er dieverwendeten Instrumente und den Ablauf der Experimente, mit deren Hilfe er kleinsteZeitabläufe so exakt wie möglich erfassen wollte. Das folgende Kapitel widmet sichdetailliert den in diesem Text beschriebenen Versuchen. Helmholtz Interesse galtzunächst den mechanischen Eigenschaften des Muskels. Dabei dienten ihm EduardWebers (1806-1871) Untersuchungen zur Muskelbewegungen27 als Grundlage für seineeigenen Versuche auf dem Gebiet.28 Anders als Weber, der sich für langanhaltendeMuskelbewegungen interessierte, wollte Helmholtz momentane Muskelzuckungenuntersuchen, die durch einen kurzen Stimulus erzeugt wurden. Für ihn stellte sich damitdas Problem, einen Prozess zu betrachten, der nur für einen Bruchteil einer Sekundeablief.29 Um die Reaktion des Muskels auf den Reiz in seinem zeitlichen Verlauf zumessen, wendete Helmholtz zu Beginn eine graphische Methode an. Dabei wurde einFroschmuskel elektrisch gereizt und die daraus folgende Zuckung auf eine gleichmäßigrotierende Trommel aufzeichnet. Die Zuckung in ihrem zeitlichen Verlauf notierte sichals proportionaler Raumunterschied auf die bewegte Fläche und und ermöglichtedadurch die Ermittlung der Zeitunterschiede.3025 Helmholtz 1850 – Messungen über den zeitlichen Verlauf, S. 330f.26 Helmholtz, Hermann von (1850): Messungen über den zeitlichen Verlauf der Zuckung animalischerMuskeln und die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Reizung in den Nerven. Archiv für Anatomie,Physiologie und wissenschaftliche Medicin, S. 276–36427 Weber, Eduard (1846): Muskelbewegung. In: Rudolph Wagner (Hg.): Handwörterbuch der Physiologiemit Rücksicht auf physiologische Pathologie, 3, Teil 2. Braunschweig: Vieweg, S. 1–122.28 Helmholtz 1850 – Messungen über den zeitlichen Verlauf, S. 276f.29 Vgl.: Helmholtz 1850 – Messungen über den zeitlichen Verlauf, S. 27830 Vgl.: Helmholtz 1850 – Messungen über den zeitlichen Verlauf, S. 279 8
  10. 10. Abbildung 1: Graphische Darstellung der Muskelbewegung als Kurve, die mit dem einfachen Apparat erstellt wurde.Bereits Helmholtz Kollege Carl Ludwig (1816-1895) bediente sich 1847 dergraphischen Methode: Sein Kymograph („Wellenschreiber“) stellte den Blutdruck sowieSchwankungen des Luftdrucks in der Brusthöhle graphisch dar. 31 Seinen eigenen„einfachen Apparat“ ließ Helmholtz in ganz ähnlicher Weise, wie es Ludwig mit den Höhen des Blutdruckmessers that, die Höhe aufzeichnen, bis zu welcher ein an den Muskel gehängtes Gewicht in den aufeinanderfolgenden Zeitpunkten der Zuckung erhoben wird. 32Der Apparat diente ihm vorerst nur für Testzwecke, mit dem er sich seinemForschungsgegenstand näherte, und auch als Modell, um sich später „den definitivenconstruiren zu können“.33 Helmholtz hatte also schon in dieser Phase den Bau einesverbesserten Apparats im Hinterkopf. Abgesehen davon, dass die graphische Methodemit dem „einfachen Apparat“ noch mit zu vielen Fehlerquellen behaftet war, gewannHelmholtz bereits Erkenntnisse über den Verlauf der Muskelzuckung: Im Widerspruchzu Weber belegten die Versuche bereits, dass nicht nur organische, sondern auchanimalische Muskeln nicht im selben Augenblick der Reizung ihre Zuckung ausführen,sondern diese erst nach der Reizung allmählich ansteigt, ihren Höhepunkt erreicht unddann wieder verschwindet.34 Weber hatte bei seinen Versuchen festgestellt, dassorganische Muskel auf eine Reizung zeitverzögert reagieren. Bei animalischen Muskelnkönnte er diese Verzögerung nicht beobachten und betrachtete die Reaktion alsinstantan. Helmholtz Experimente konnten nun auch bei animalischen Muskeln eineZeitverzögerung feststellen, insofern widerlegte er Webers Erkenntnisse in diesem31 Vgl.: Ludwig, Carl (1847): Beiträge zur Kenntnis des Einflusses der Respirationsbewegungen auf denBlutlauf im Aortensysteme. In: Archiv für Anatomie, Physiologie und wissenschaftliche Medicin , Hg.:Johannes Müller, Berlin, Von Veit et Comp., S. 242–30232 Helmholtz 1850 – Messungen über den zeitlichen Verlauf, S. 279f.33 Helmholtz 1850 – Messungen über den zeitlichen Verlauf, S. 279f.34 Vgl.: Helmholtz 1850 – Messungen über den zeitlichen Verlauf, S. 282f. 9
  11. 11. Punkt.35 Allerdings erschien Helmholtz sein erster einfacher Apparat nicht präzise undakkurat genug, um mehr Aufschluss über den genauen Verlauf der Muskelzuckung zugeben.3. Hinwendung zur präziseren elektromagnetischen Methode mit dem GalvanometerUm präzisere Ergebnisse zu erhalten, entschied sich Helmholtz bei seinen weiterenVersuchen für eine andere Methode der Zeitmessung, die sich an einen von ClaudePouillet36 (1791-1868) konstruierten Apparat anlehnte. Dieser verwendete die Methode1844 bereits für artilleristische Zwecke.37 Als Messgerät diente ein Galvanometer, also einverfeinerter Multiplikator. Helmholtz hatte bei seinen Experimenten zum Stoffverbrauch inMuskeln schon mit Multiplikatoren (dazu mehr im Kapitel 3.7) gearbeitet und nutzte nundas präzisere Galvanometer. Jede Änderung der Stromstärke wurde bei dieser Methodedurch eine bewegliche Magnetnadel auf einer Skala angezeigt. Der Bogen, den der inSchwingung versetzte Magnet beschrieb, war dabei der zu messenden Zeit proportional. 38Diese Methode ermöglichte die präzise Messung kleinster Zeiteinheiten. Helmholtzschwärmte, dass „bis jetzt noch keine Grenze der Kleinheit von Zeittheilen abzusehen [ist],deren Messung auf diese Weise nicht möglich werden sollte […].“3935 Webers Definition animalischer und organischer Muskeln in Wagner (1846): „Animalische Muskelnnenne ich die, welche, wenn sie gereizt werden, augenblicklich in Zusammenziehung geraten, und auchebenso schnell wieder in dieser Zusammenziehung nachlassen, sobald die Reizung aufhört. OrganischeMuskeln sind die, welche nicht im Momente einer schnell vorübergehenden Reizung, sondern erst eine Zeitdarauf zur Zusammenziehung angereizt werden und deren Bündel dadurch successiv in einer gewissenOrdnung und Aufeinanderfolge in Zusammenziehung gerathen könnte.“ (Weber, Eduard (1846):Muskelbewegung. In: Wagner, Rudolph (Hg.): Handwörterbuch der Physiologie mit Rücksicht aufphysiologische Pathologie. Braunschweig: Vieweg, 3, Teil 2, S. 1–122, hier S. 3) Zu den animalischenMuskeln zählte Weber „alle Haut- und Skelettmuskeln: die Muskeln der Zunge, des Gaumens, des Rachensund Kehlkopfes, das Zwerchfell, die Muskeln des Afters, des Gliedes, und die, durch welche wir denAustritt des Harnes hemmen oder gestatten können.“ (Ders. S. 2)36 Pouillet, Claude (1845): Pouillet, über ein Mittel zur Messung äußerst kurzer Zeiträume. In:Polytechnisches Journal 96, S. 196–20137 Vgl.: Helmholtz, Hermann von (1850): Ueber die Methoden, kleinste Zeittheile zu messen, und ihreAnwendung für physiologische Zwecke. Gelesen in der physikalisch-ökonomischen Gesellschaft zuKönigsberg, am 13. Dezember 1850. In: Königsberger Naturwissenschaftliche Unterhaltungen (2), S. 169–189, hier S. 179f.38 Vgl.: Helmholtz 1850 – Messungen über den zeitlichen Verlauf, S. 27939 Helmholtz 1850 – Messungen über den zeitlichen Verlauf, S. 284f. 10
  12. 12. Diese Methode machte Zeit sichtbar, ohne sie zu fixieren, schrieb sie nicht als Kurve, verwandelte sie in keine Spur, sondern machte sie – ähnlich wie bei einer Uhr – auf einer Skala ablesbar, um sie dann in Zahlenwerten notieren zu können. 40In Helmholtz Anwendung dieser Methode schlug die Nadel des Galvanometers aus,sobald ein elektrischer Stromstoß in den Muskel induziert wurde. Mit dem elektrischenSchlag begann also der zeitmessende Strom und die daraufhin erfolgendeMuskelzuckung sorgte wiederum dafür, dass derselbe Stromkreis unterbrochen wurde.413.1 Methoden der präzisen Zeitmessung in der BallistikDas Messen kleinster Zeiträume war zwar ein Novum zu jener Zeit, aber zuvergleichbaren Zwecken waren bereits vor Pouillet Apparate zur Messung derGeschwindigkeit von Geschützkugeln gebaut worden. Helmholtz waren Versuche dieserArt bekannt und er berichtet darüber in seinem Vortrag „Ueber die Methoden, kleinsteZeittheile zu messen, und ihre Anwendung für physiologische Zwecke“, den er am 13.Dezember 1850 in der physikalisch-ökonomischen Gesellschaft in Königsberg hielt.42Die Vorrichtungen zur präzisen Geschwindigkeitsmessung waren so konstruiert, dass sieZeitunterschiede in Raumunterschiede umwandelten. Ein rotierender und mit einerSkala versehener Zylinder wurde dazu mit einer bestimmten Geschwindigkeit inDrehung versetzt. Eine Spitze sollte dann beim jeweiligen Ereignis, also beim Abschusseiner Kugel sowie beim Auftreffen derselben an einer Stelle mit bekannter Entfernung,auf der Zylinderfläche eine Markierung einritzen. Das Hauptproblem bei diesenMessungen war, den Registriervorgang mit dem zu messenden Vorgang zusynchronisieren. Die Lösung dieses Problems stellte auch bei Helmholtz eigenenVersuchen eine äußerst große Herausforderung dar und wird im Kapitel 3.4 genauererläutert. Im Fall der ballistischen Versuche setzte man anfangs noch einen Beobachterein, der beim Auftreffen der Kugel den rotierenden Zylinder mit der angelegte Spitzeritzen. Diese Methode war absolut ungeeignet für das Messen kleinster Zeiteinheiten.40 Schmidgen 2009 – Die Helmholtz-Kurven, S. 7541 Helmholtz 1850 – Messungen über den zeitlichen Verlauf, S. 28542 Vgl. im Folgenden: Helmholtz 1850 – Ueber die Methoden 11
  13. 13. Helmholtz begründet dies mit der Ungenauigkeit der menschlichen Sinne, insbesonderewenn an der Zeiteinschätzung verschiedenen Sinnesorgane beteiligt sind, wie im Fallder Geschützkugeln Ohr – Hören des Auftreffens – und Auge – Setzen der Markierungauf dem Zylinder.Helmholtz zog zum besseren Verständnis seines Arguments ein Beispiel aus derAstronomie heran, wo verschiedene Beobachter immer wieder zu unterschiedlichenZeitangaben in Bezug auf die Bewegung von Himmelskörpern kamen. Die Astronomenorientierten sich nämlich am Pendelschlag der Uhr und glichen das akustische Signalemit dem durch das Fadenkreuz des Fernrohrs beobachteten Weg des Sternes ab. DieVersuchsreihen der einzelnen Astronomen waren durchaus stimmig, aber im Vergleichzu Beobachtungen anderer Astronomen ergaben sich Abweichungen von bis zu einerSekunde. Mit einer Zeitverzögerung von einer ganzen Sekunde scheidet diemenschliche Wahrnehmung als Messmittel kürzester Zeitvorgänge jedoch aus. „Sobald1/10 Secunde oder noch kleinere Theile mit Sicherheit beobachtet oder gar gemessenwerden sollen, müssen wir künstliche Hülfsmittel anwenden“43, konstatierte Helmholtz.Jeder kann selbst an sich beobachten, wie einzelne optische oder akustische Signale abeiner bestimmten Taktfrequenz miteinander verschmelzen und nicht mehrauseinandergehalten werden können. Zwei hintereinander wahrgenommene optischeErscheinungen werden mit bis zu einer Zehntelsekunde Unterbrechung noch alsgetrennt erkannt. Sobald die Unterbrechung jedoch geringer wird, verschmelzen dieErscheinungen miteinander, wie „der continuirliche Feuerkreis, den eine glühendeKohle rasch im Kreise geführt hervorbringt“.44 Und auch das Ohr kann ab einergewissen Takfrequenz – Helmholtz nennt 32 Signale pro Sekunde als Limit – einzelneTöne nicht mehr voneinander unterscheiden und nimmt stattdessen „einen gleichmäßiganhaltenden Ton, diesen desto höher, je schneller die Stöße sich folgen“ 45 wahr. In denballistischen Versuchen behalf man sich inzwischen mit mechanischen Vorrichtungenzur Vermittlung des Auftreffens der Kugel zur Registrierapparatur, aber auch dieserVorgang nahm zu viel Zeit in Anspruch. Louis Breguet (1804-1883) und Charles43 Ebd. S. 17244 Ebd. S. 170f.45 Ebd. S. 170f. 12
  14. 14. Wheatstone (1802-1875) waren die ersten, die zur Übertragung des Aufpralls der KugelStrom einsetzten. Der Stift, der auf dem Zylinder die Markierung setzen sollte, wurdebei dieser Variante von einem Elektromagneten gehalten und stand in elektrischleitender Verbindung mit einem Netz. Traf die Kugel auf dieses Netz, wurde dieStromkreis unterbrochen und die Magnetisierung aufgehoben. Der Magnet gab den Stiftfrei, welcher sodann die Markierung auf dem Zylinder setzte. Aber auch dieses Prinzipwar noch zu ungenau, wie Helmholtz bemängelte: Zum einen brauchte die Spitze, bissie vom Elektomagneten losgelassen wurde, zu lange um auf den Zylinder zu fallen –dadurch waren die Messungen nicht genauer als eine Sechzigstel Sekunde. Zum anderenwar der Magnetismus nicht konstant zu halten, was sich wiederum auf dieFallgeschwindigkeit der Zeichenspitze auswirkte.46Ernst Werner Siemens (1816-1892), damals Lieutenant der preußischen Artillerie,perfektionierte den Apparat schließlich auf eine Genauigkeit von bis zu einerVierzigtausendstel Sekunde.47 Er hatte in seiner Konstruktion alle mechanischenVermittlungsstücke beseitigt und die „Elektricität selbst zeichnen […] lassen“. 48 Indemalle Teile – die Zeichenspitze, der rotierende Zylinder und das metallische Netz, auf dasdie Geschützkugel traf – in leitender Verbindung standen, konnte ein elektrischer Funkeim entsprechenden Moment auf der polierten stählernen Zylinderoberfläche eine dunkleSpur hinterlassen, die als Markierung diente. Sowohl der elektrische Funke als auch dieLeitung des Stromes dauerten nur eine verschwindend geringe Zeit.49 „Diese Methodeerlaubt es, die ganze Genauigkeit, welche der rotirende Cylinder zulässt, nutzbar zumachen, also die Zeit bis auf Vierzigtausendtheile einer Secunde zu beflimmern.“ 50Helmholtz hatte mit Siemens Apparatur also eine Methode entdeckt, die zwar aus demmilitärischen Gebrauch stammte, die aber die Genauigkeit erreichte, die er auch beiseinen eigenen Versuchen erzielen wollte.46 Vgl.: Ebd. S. 17547 Siemens, Werner (1845): Ueber die Anwendung des elektrischen Funkens zur Geschwindigkeits-messung. Gelesen in der physikalischen Gesellschaft zu Berlin am 3. Oktober 1845. In: PoggendorffsAnnalen 66, S. 435–445. Online verfügbar unter http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k15151j.langEN,zuletzt geprüft am 21.10.201148 Helmholtz 1850 – Ueber die Methoden, S. 17549 Vgl.: Ebd. S. 175f.50 Ebd. S. 175f. 13
  15. 15. 3.2 Methode der präzisen Zeitmessung in der PhysiologieJedoch war Helmholtz nicht der erste, der die Methoden zur präzisen Zeitmessung ausder Ballistik in die Physiologie übernahm. Vor ihm stellte sein Freund und Kollege Emildu Bois-Reymond (1818-1896) erste Überlegungen zum Einsatz der Kurzzeitmessungnach Pouillet in der physiologischen Forschung an und erörterte das Thema am 7. März1845 vor der Physikalischen Gesellschaft.51 In der Physikalischen Gesellschaft trafensich regelmäßig junge Forscher aus der Physik und anderen Disziplinen, Ingenieure,Mechaniker und sogar Militär-Lieutenants, wie Werner von Siemens52, und diskutiertenIdeen und Theorien.53 Im Rahmen dieser Treffen entwickelten die Teilnehmer auch dieIdee für das Forschungsprogramm der Organischen Physik. Die Vertreter derOrganischen Physik wollten „aus der Physiologie anstatt der Lehre vom Leben eineLehre von feinen elektrischen, optischen, akustischen und anderen Apparaten“ 54machen. Die Methoden entnahmen sie der modernen Physik, hatten sie selber dochkeine physiologischen Experimente gelernt.55 Eine zentrale Figur in der Entwicklungdieser Forschungsrichtung war Heinrich Gustav Magnus (1802-1870), HelmholtzLehrer in der Physik, der auch die Physikalische Gesellschaft gründete. Über denVortrag, den du Bois-Reymond im März 1845 in dieser Gesellschaft hielt, schrieb einJahr später das französische Magazin „Revue scientifique et industrielle“56: Herr du Bois-Reymond hat das Projekt einer Methode vorgestellt, um die Geschwindigkeit der Fortpflanzung des Nervenprinzips und der der Muskeltätigkeit experimentell zu bestimmen. Diese Methode beruht wesentlich auf dem von Herrn Pouillet angegebenen Prinzip für die Messung […] äusserst kurzer Zeiträume. […] Man muss dies nur so anstellen, dass der Strom durch die Wirkung und genau im Augenblick der Kontraktion unterbrochen wird, welche durch die Herstellung des [Strom-]Kreislaufs bewirkt worden ist. 5751 Vgl. : Schmidgen 2009 – Die Helmholtz-Kurven, S. 11552 Vgl: Brain, Robert M.; Wise, Norton M. (1994): Indicator Diagrams and Helmholtzs GraphicalMethods. In: Lorenz Krüger (Hg.): Universalgenie Helmholtz. Rückblick nach 100 Jahren. Berlin:Akademie Verlag, S. 124–145, S. 12653 Hörz, Herbert (1994): Physiologie und Kultur in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts. Briefe anHermann von Helmholtz. Marburg (Lahn): Basilisken-Presse. S. 169f.54 Radl, Emanuel (1909): Geschichte der biologischen Theorien in der Neuzeit. 2 Bände. Leipzig: Verlagvon Wilhelm Engelmann (2), S. 8155 Vgl.: Ebd. S. 8156 Anonymus (1846): Progrès des sciences physiques hors de France, Revue scientifique et industrielle 11,S. 81-96, Zitiert nach: Schmidgen 2009 – Die Helmholtz-Kurven, S. 11557Anonymus (1846): Progrès des sciences physiques hors de France, Revue scientifique et industrielle 11,S. 81-96, S. 82, Zitiert nach: Schmidgen 2009 – Die Helmholtz-Kurven, S. 115 14
  16. 16. Du Bois-Reymonds Tätigkeit beschränkte sich zunächst nur auf theoretischeErwägungen, entsprach aber im Prinzip der Methodik und Herangehensweise, dererHelmholtz sich vier Jahre später bediente. Noch vor Helmholtz Versuchen zu diesemThema, im Jahr 1847, ein Jahr nach Erscheinen des kleinen Berichts über du Bois-Reymonds in der „Revue“ und zwei Jahre nach dessen Vortrag, beschäftigte sich auchder italienische Physiker und Telegraphenexperte Carlo Matteucci (1811-1868) mit denneuen Chronographen58 und berichtete über seine ersten Experimente in den„Philosophical Transactions“.59 Ähnlich wie Helmholtz später, stellte er Messungen zurDauer der Kontraktion von Froschmuskeln an und arbeitete dabei ebenfalls mitGewichten und elektrischem Strom zur Reizung. Matteuccis „Chronometer“ basierte aufder bereits erwähnten Methode zur Messung der Geschwindigkeit von Projektilen, wiesie Wheatstone und Breguet anwendeten. Letzterer fertigte sogar Matteuccis Apparat inParis an. Im Gegensatz zu Helmholtz interessierte sich Matteucci aber für die Zeitzwischen zwei Muskelkontraktionen und nicht für die Muskelkontraktion selbst,geschweige denn die Nervenreizung. Außerdem basierte das elektromagnetischeVerfahren, das Matteucci bei seinen ersten Versuchen anwendete, nicht auf der Pouillet-Methode.In einer zweiten Versuchsreihe setzte Matteucci plötzlich auf ein anderes, nämlich eingraphisches Verfahren aus der Dampfmaschinentechnik und berief sich dabei auf JamesWatt, der mit dieser Technik die sogenannten Indikatordiagramme erstellte, dieAufschluss über die Geschwindigkeit der Kolben in den Maschinen gaben. 60 Matteucciwendete also, ein Jahr bevor Helmholtz sein Myographion und im selben Jahr, in demCarl Ludwig sein Kymographion konstruierte, bereits eine an der Dampfmaschinen-technik orientierte Kurvenzeichnungsmethode für die physiologische Forschung anMuskeln ein. Leider lieferte Matteucci keine konkreten Ergebnisse sondern nursummarische Feststellungen, und er war auch nicht in der Lage, mit der graphischenMethode präzise Zeitmessungen vorzunehmen. Gleichwohl war der italienischeForscher derjenige, der die neuen Methoden der präzisen Zeitmessung in der58 Vgl. im Folgenden: Schmidgen 2009 – Die Helmholtz-Kurven , S. 11759 Matteucci, Carlo (1847): Electro-Physiological Researches. Seventh and Last Series. Upon the Relationbetween the Intensity of the Electric Current, and That of the Corresponding Physiological Effect. In:Transactions of the Royal Society London (137), S. 243–24860 Ebd.: S. 246 15
  17. 17. Physiologie anwendete, nachdem du Bois-Reymond diese Anwendung zuerst als Ideevorbrachte. Und es gibt eine weitere Parallele zu Helmholtz Herangehensweise: SchonMatteucci nutzte für seine Versuche zwei verschiedene Methoden – eineelektromagnetische und eine graphische. Du Bois-Reymond war mit MatteuccisArbeiten zur tierischen Elektrizität vertraut – er war von Johannes Müller damit betrautworden, die Versuche des Italieners zu diesem Thema zu wiederholen undweiterzuführen.61 Gleichwohl stand du Bois-Reymond ihm und seiner Arbeit kritischgegenüber, sowohl was die technischen Aspekte betraf als auch die Art und Weise desVeröffentlichens.62 Er versuchte insgesamt sorgfältiger zu arbeiten und bemängelteaußerdem Matteuccis fehlende Anerkennung von fremder Urheberschaft in seinenVeröffentlichungen. Du Bois-Reymond hatte in dieser Hinsicht bereits Erfahrungen mitMatteucci gemacht. In einem nicht abgeschickten Brief an Humboldt vom 20. Mai1845, in dem auch Matteuccis Name fiel, beklagte du Bois-Reymond die Tendenz einiger Physiker, das Studium ihrer eigenen Untersuchungen vorausgegangener Schriften völlig zu unterlassen und niemals die Namen derjenigen zu nennen, denen sie mitunter die grundlegende Idee ihrer Arbeit verdanken. 63Matteucci unterließ es auch in seinen elektro-physiologischen Versuchen zurMuskelkontraktion von 1847, auf den möglichen Ideengeber du Bois-Reymond zuverweisen.64 Möglicherweise hatte du Bois-Reymond Helmholtz auf MatteuccisArbeiten auf diesem Gebiet hingewiesen. Helmholtz bat du Bois-Reymond jedenfalls ineinem Brief Ende Juli 1847, ihm den „Aufsatz von Matteucci“ zu verschaffen. 65 Es lässtsich allerdings nicht mehr feststellen, ob es sich tatsächlich um jene VeröffentlichungMatteuccis in den Philosophical Transactions von 1847 handelte.Im Gegensatz zu Matteucci wendete sich Helmholtz nach seinen ersten Versuchen mitder graphischen Methode wie erwähnt der elektromagentischen Messmethode nachPouillet zu. Wie er diese Methode für seine Zwecke adaptierte, soll im Folgenden61 Du Bois-Reymond, Emil (1848): Untersuchungen über thierische Elektricität. 2 Bände. Berlin: GeorgReimer (1). Online verfügbar unter http://vlp.mpiwg-berlin.mpg.de/references?id=lit92&page=a0001,zuletzt geprüft am 01.12.2010. S. V62 Vgl.: Schmidgen 2009 – Die Helmholtz-Kurven, S. 12263 Zitiert nach: Ebd. S. 126f.64 Vgl.: Ebd. S. 13065 Vgl.: Ebd. S. 130 16
  18. 18. genauer erläutert werden. Die Apparatur, die Helmholtz für seine Versuche benutzte,und in den „Messungen“66 beschreibt, erfüllte drei Funktionen: Ein Teil der Vorrichtungdiente der „Erregung, Leitung und [...] Messung der Wirkung des zeitmessendenStromes“67. Weitere Bauteile waren für die Erregung eines zweiten Stromesverantwortlich, der entweder den Muskel oder den Nerv reizen sollte. DanniellscheElemente (galvanische Batterien)68 lieferten im Zusammenspiel mit den Stromverstärkenden Drahtspiralen den Stromstoß. Die Leitung erfolgte durch Kupferkabel,die über Kontakte aus verschiedenen Metallen (Platin, Gold, Amalgam) oder überQuecksilbernäpfe verbunden waren. Ein dritter Vorrichtungsteil sorgte dafür, dasssobald der Muskel zuckt, der zeitmessende Strom unterbrochen wurde. Vomletztgenannten Apparatsteil fertigte Helmholtz eine detaillierte Skizze an, die in den„Messungen“ in Figur 1 und Figur 2 in verschiedenen Ansichten abgebildet ist.69 Mitdiesem „Froschgestell“ beginnt seine Beschreibung, die im folgenden Kapitelzusammenfasst ist.703.3 Das „Froschgestell“Das Gestell war gerüstartig zu einem Turm aufgebaut, wobei der obere Teil von einerGlaskuppel bedeckt war. Unter dieser Kuppel war der freigelegte Wadenmuskel einesFrosches aufgehängt. Mittels einer Schraube ließ sich die Aufhängung drehen,verschieben sowie höher und tiefer stellen. Der Nerv war freigelegt, blieb aber mit demMuskel verbunden. Der Raum unter der Kuppel war fast vollständig geschlossen, sodass66 Vgl. im Folgenden: Helmholtz 1850 – Messungen über den zeitlichen Verlauf, S. 285f.67 Helmholtz 1850 – Messungen über den zeitlichen Verlauf, S. 28568 Daniellsche Elemente funktionieren nach dem Prinzip der galvanischen Batterie, wie Volta sie erfundenhat. Dabei werden zwei verschiedene Metalle, in diesem Fall Kupfer und Zink, in Säuren getaucht undleitend verbunden. „Das Daniellsche Element [...] besteht aus Zink in verdünnter Schwefelsäure undKupfer in einer gesättigten Lösung von Kupfervitriol; die verdünnte Schwefelsäure befindet sich in einemcylindrischen Gefäß [...] aus porösem Thon (Biskuit), die Kupfervitriollösung in dem Glasgefäß selbst; diefein poröse Scheidewand verhindert die Vermischung der Flüssigkeiten, aber nicht den Durchgang desStroms, da sie wie Fließpapier von der Flüssigkeit durchtränkt und dadurch leitend wird.“ Vgl.: MeyersKonversationslexikon (1885-1892). Hg. v. Autorenkollektiv. 4. Aufl. 19 Bände. Leipzig und Wien: Verlagdes Bibliographischen Instituts (China - Distanz, 4), S. 872. Online verfügbar unterhttp://www.retrobibliothek.de/retrobib/stoebern.html?bandid=100157, zuletzt geprüft am 25.11.201169 Vgl.: Helmholtz 1850 – Messungen über den zeitlichen Verlauf, S. 36570 Vgl. im Folgenden: Ebd. S. 287ff. 17
  19. 19. er mit Feuchtigkeit angereichert werden konnte. „Die Luft in der Glocke wird durchnasse Pappe feucht erhalten […]; es wurde dadurch möglich, den ganz frei liegendenNerven 3-4 Stunden leistungsfähig zu halten.“71 Nerv und Muskel wurden überKupferdrähte an die Stromquelle angeschlossen. Die Drähte standen an verschiedenenStellen über Quecksilbernäpfe in leitender Verbindung und konnten an einer beliebigendes Nerven oder direkt am Muskel befestigt werden, je nachdem, wo der Stromschlaginduziert werden sollte. An der Unterseite des Muskels war ein stählerner Haken eingehängt, der ein leitendes Zwischenstück trug, an dessen unteren Ende eine Schale mit Gewichten befestigt war. Das Zwischenstück bestand aus einem stählernen Rahmen und einem Strom leitenden Teil, welcher zur Leitung des „zeitmessenden Stroms“ diente. Zum Strom leitenden Teil gehörten zwei Kupferschrauben, von denen die obere eine abgerundete Goldkuppe und die untere eine amalgamierte Spitze hatte. Die Goldkuppe ruht auf einem Goldplättchen und die amalgamierte Spitze der unteren Schraube konnte mit einemAbbildung 2: Das Froschgestell beherbergte Quecksilbernapf, das auf einer isolierendenunter der Glaskuppe oben den eingehängtenFroschmuskel, an dem der stromleitende Teil Guttapercha72-Platte ruhte, in Berührung gebrachtmit mehreren Kontakten und die Schale mitden Gewichten hing. werden. Von dem Quecksilbernapf führte einDraht in ein weiteres mit Quecksilber gefülltes Gefäß und stellte damit eine Stromleitenden Kontakt her. Durch die Belastung des Zwischenstücks und mit Hilfe derHöhenverstellung wurde der Muskel so weit gesenkt, dass die Goldkuppe dasGoldplättchen gerade berührt. Bei der geringsten Energiesteigerung würde der Muskel71 Ebd. S. 28772 Guttapercha ist ein kautschukähnliches Material, dass aus dem Milchsaft des Guttaperchabaumesgewonnen wird. Ab 1844 wurde das aus Indien importierte Material auch im deutschen Kulturkreis bekanntund für technische Zwecke eingesetzt. Es zeichnet sich im Unterschied zum Kautschuk durch einebesondere Zähigkeit und Dehnbarkeit aus, denn es wird erst bei Wärmeinwirkung weich und formbar.Kühlt es wieder ab, erlangt das Material wieder seine vorherige Festigkeit. Vgl.: Guttapercha. In:Autorenkollektiv (Hg.) (1884): Mercks Warenlexikon. 3. Aufl. Leipzig: Verlag von G. A. Gloeckner. S.183. Online verfügbar unter http://www.retrobibliothek.de/retrobib/stoebern.html?bandid=384, zuletztgeprüft am 15.11.2011 18
  20. 20. das Zwischenstück minimal anheben und die Goldkuppe von dem Goldplättchen lösen.Zusätzlich zu dieser Einstellung wurde in die untere Schalenaufhängung ein bestimmtesGewicht gelegt, sodass der Muskel überbelastet war und nicht stärker gespannt werdenkonnte. Wenn jetzt der Muskel gereizt wird, ist es klar, dass er das Gewicht erst dann heben kann, wenn seine elastische Spannung gleich der Summe der Belastung und Überbelastung geworden ist. Es wird also jetzt der zeitmessende Strom, welcher […] durch das stromführende Zwischenstück und die amalgamierte Kupferspitze in das Quecksilber […] übergeht, erst in dem Augenblicke unterbrochen werden, wo die elastische Spannung des Muskels sich um eine, durch die Schwere der Überbelastung genau zu messende Größe vermehrt haben.73Helmholtz variierte das Gewicht, mit dem er denMuskel zusätzlich belastete, um nähercharakterisieren zu können, mit welcherGeschwindigkeit dieser das Gewicht hob, welcherLeistung der Muskel also erbringen konnte.74 DieElastizität des Muskels bereitete Helmholtz Abbildung 3: Der Quecksilberkontakt wirkte dem Problem der Dilatation desallerdings auch Probleme, denn er blieb selten in Muskels entgegen.Die Kupferspitze (violett) stand mit dem in Tropfenform gezogenenein und derselben Position – wurde er belastet, Quecksilber (grün) in leitender Verbindung. (Grafikausschnitt eingefärbt von d. Verf.)dehnte er sich immer noch ein Stück weiter undnach der Kontraktion dauerte es eine Weile, bis er wieder die ursprüngliche Positioneinnahm. Man spricht hier von der Dilatation des Muskels. 75 Um die Probleme, die dieDilatation bei der Schließung und Öffnung des Stromkreises verursachte, zu umgehen,hatte Helmholtz unter dem Goldkontakt einen weiteren Kontakt in das leitendeZwischenstück eingefügt, der, wie oben erwähnt, auf der Guttapercha-Platte ruhte. DerKontakt bestand aus einer amalgamierten Kupferspitze, die sich oberhalb einesKupfernäpfchens befand. Für den Versuch hob man die Guttapercha-Platte mit demQuecksilbernapf leicht an, sodass die Kufperspitze in denselben eintauchte, und legtedie Platte wieder vorsichtig ab. Dabei zog sich das Quecksilber kegelförmig nach oben(Vgl. Abb. 4) und blieb so mit der Kupferspitze im leitenden Kontakt. Zuckte nuninfolge einer elektrische Reizung der Muskel und zog sich dabei zusammen, riss der73 Helmholtz 1850 – Messungen über den zeitlichen Verlauf, S. 28974 Vgl.: Schmidgen 2009 – Die Helmholtz-Kurven, S. 7975 Vgl.: Ebd. S. 83 19
  21. 21. Quecksilberkontakt. Das Quecksilber nahm seine ursprünglich rundliche Form wiederan und der Kontakt blieb dauerhaft unterbrochen. Die Verbindung zwischen den ersten beiden Bereichen der Forschungsmaschine von Helmholtz, dem Froschgestell und dem Galvano-Chronometer, war also keine punktuelle. Es war eine kegel- oder tropfenartige nasse Schnittstelle, gebildete durch nichts anderes als die Oberflächenspannung des Quecksilbers.763.3.1 Exkurs: Der Frosch als Bauteil und MaschineHelmholtz verwendete für seine Versuche die ausgeschnittenen Wadenmuskel vonFröschen. Die Muskeln warmblütiger Tiere verloren nach dem Tod schnell ihreReizbarkeit und auch Fischmuskeln reagierten viel schwächer auf Reize.77 Stefan Riegergeht in dem Beitrag „Der Frosch – ein Medium?“ 78 der Frage nach, inwieweit dasExperimentalobjekt Frosch als Medium und Messgerät betrachtet werden kann. DenUrsprung dieser Betrachtungsweise findet er in der Kontroverse zwischen Galvani undVolta. Der Werdegang des Frosches als eine „Figur des Wissens“ ist eng verknüpft mitden Experimenten, die Luigi Galvani (1737-1798) anstellte. Dieser entdeckte zufällig,dass die Schenkel eines sezierten Frosches jedes Mal zuckten, sobald ein Funke aus derim Labor befindlichen Elektrisiermaschine79 schlug.80 Galvani meinte die Lebenskraftentdeckt zu haben, die als eine in den Froschmuskeln gespeicherte thierische Elektrizitätzu Tage träte.81 Die Idee der Lebenskraft diente im 18. und zu Beginn des 19.Jahrhunderts in der Physiologie als Erklärungsmodell für bislang unerforschte Prozesse76 Ebd. S. 8377 Vgl.: Helmholtz, Hermann von (1845): Ueber den Stoffverbrauch bei der Muskelaktion. In: JohannesMüller (Hg.): Archiv für Anatomie, Physiologie und wissenschaftliche Medicin. Berlin: Veit & Comp., S.72–83. S. 73f.78 Vgl. im Folgenden: Rieger, Stefan (2008): Der Frosch – ein Medium? In: Stefan Münker und AlexanderRoesler (Hg.): Was ist ein Medium? Frankfurt/M., S. 285–30379 Zu Begriff und Funktion der „Elektrisiermaschine“ vgl.: Autorenkollektiv (Hg.) (1885-1892): MeyersKonversationslexikon. 4. Aufl. 19 Bände. Leipzig und Wien: Verlag des Bibliographischen Instituts(Distanzgeschäft - Faidherbe, 5). S. 527f. Online verfügbar unterhttp://www.retrobibliothek.de/retrobib/stoebern.html?bandid=100158, zuletzt geprüft am 13.11.201180 Vgl.: Galvani, Aloisius (1791): Abhandlung über die Kräfte der Elektricität bei der Muskelbewegung.Oswald’s Klassiker der exakten Wissenschaften Nr. 52, Hg. von A.J. von Oettingen. Leipzig. S. 481 Rieger, Stefan (2008): Der Frosch – ein Medium? In: Stefan Münker und Alexander Roesler (Hg.): Wasist ein Medium?, 285-303. Frankfurt/M. S. 291 20
  22. 22. im Organismus. Der sogenannte Vitalismus beherbergte verschiedeneErscheinungsformen dieser Idee. Georg Ernst Stahl (1659-1734) zum Beispielpostulierte die „anima sive natura“82, eine Art Lebensseele, die „über den passiven Stoffund die Apparate des Organismus“83 herrscht und diese dirigiert. In Christoph WilhelmHufelandts (1762-1836) Theorie ist die Lebenskraft „das feinste, durchdringendste,unsichtbarste Agens der Natur, das wir bis jetzt kennen“ 84, er verglich es auch mit demLicht sowie der elektrischen und magnetischen Kraft. Sogar Johannes Müller hing nochder Lehre von der Lebenskraft an, wie schon eingangs erwähnt. Seine Schüler jedochbetrachteten dieses Konzept als „eine unnötige, mit den Experimenten nicht in Einklangstehende Annahme.“85Die „Organischen Physiker“ wollten den Vitalismus und die Idee einer übernatürlichen,naturwissenschaftlich nicht feststellbaren86 Lebenskraft aus der Physiologie verbannenund stattdessen die „Physiologie als einen Zweig der Physik und Chemie cultiviren“ 87.Das Konzept der Lebenskraft war mit den experimentell ausgerichtetenNaturwissenschaften nicht vereinbar. Zur Zeit von Galvanis Versuchen mit tierischerElektrizität erlebten die Ideen von der Lebenskraft jedoch noch ihre volle Blüte.Kurz nach Galvani führte Alessandro Volta (1745-1827) die Versuche nach dessenBeispiel durch. Ihm fiel die leichte Reizbarkeit des Froschpräparats auf. Es reagierteschon bei geringsten Ladungen, bei denen jedes Strommessgerät jener Zeit versagthätte.88 Für Volta war der Frosch ein besseres Messgerät für die Elektrizität; er verglichdas organische Material des Frosches also mit einer Maschine: „Dieser thierischeElektrometer, mit Recht kann man ihn so nennen, übertrifft alle andere noch soempfindlichen Elektrizitätsmesser, durch das Anzeigen der schwächsten Ladungen.“8982 Rothschuh, Karl E. (1968): Physiologie. Der Wandel ihrer Konzepte, Probleme und Methoden vom 16.bis 19. Jahrhundert. Freiburg/München: Karl Alber. S. 15283 Ebd. S. 15284 Ebd. S. 17385 Hörz 1994 – Physiologie und Kultur, S. 165f.86 Vgl.: Hörz, Herbert; Wollgast, Siegfried (1986): Hermann von Helmholtz und Emil du Bois-Reymond.Wissenschaftsgeschichtliche Einordnung in die naturwissenschaftlichen und philosophischen Bewegungenihrer Zeit. In: Dokumente einer Freundschaft. Briefwechsel zwischen Hermann von Helmholtz und Emil duBois-Reymond 1846-1894 (1986). Hg. v. Christa Kirsten. Berlin, S. 11–6487 Koenigsberger, Leo (1902): Hermann von Helmholtz. 3 Bände. Braunschweig: Friedrich Viehweg undSohn (1). S. 5088 Vgl.: Rieger 2008 – Der Frosch – ein Medium?, S. 29189 Volta, Alessandro (1900): Briefe über thierische Elektricität (1792). Oswald’s Klassiker der exakten 21
  23. 23. Entgegen Galvani vermutete Volta im Frosch eine metallische Elektrizität, wie sie beider Verbindung unterschiedlicher Metalle mit einer leitenden Flüssigkeit, zum BeispielSchwefelsäure, auftritt.90 Das ist das Prinzip der Batterie oder des Akkumulators. „Inden Froschschenkeln Galvanis zuckt also nicht, wie von naturphilosophischen Kreisengerne behauptet, die Lebenskraft irgendeiner animalischen Elektrizität, sondern derBauplan einer ersten Batterie.“91 Volta ließ jedoch jegliche Formen von Bioelektrizitätaußer acht, wie sie zum Beispiel in Elektrofischen auftritt, was Galvani bereitsbeobachtet hatte.92Zusammenfassend lässt sich sagen, und die darauffolgende Geschichte zeigte es, dasssowohl Galvani, mit der Entdeckung der den Tieren innewohnenden Elektrizität, alsoauch Volta, mit der Entdeckung der metallischen Elektrizität, des Prinzips der Batteriein Fröschen, zum Teil Recht hatten, bloß nicht in ihrer jeweiligen Ausschließlichkeitund einseitigen Auslegung. Kurioserweise sind die auf Voltas Entdeckungzurückführenden metallischen Ströme und Batterien auf seinen eigenen Vorschlag hinnach Galvani benannt, obwohl dieser die zugrundeliegenden Prinzipien gar nichterkannt hatte und auch Zeit seines Lebens bestritt.93 Mit der Verfeinerung der Apparateund Messtechniken war es in der Epoche nach Galvani und Volta möglich, Bioelektrizätzu messen. Neben Helmholtz war du Bois-Reymond ein Vorreiter auf diesem Gebiet.Ähnlich wie Volta hob auch du Bois-Reymond in seinen „Untersuchungen überthierische Elektricität“94 von 1848 die Qualitäten des Froschs, im folgenden Beispiel istes der grüne Wasserfrosch, als Messgerät hervor und verglich ihn, beziehungsweiseseine präparierten und für die Experimente vorgesehenen Gliedmaßen, mit anderenApparaten und Werkzeugen. Sämmtliche Versuche, von denen nicht ausdrücklich das Gegentheil bemerkt ist, sind an R. esculenta [grüner Wasserfrosch, Anm.d.Verf.] 95 angestellt. R. temporaria ist durchweg zuWissenschaften Nr. 114, Hg. von A. J. von Oettingen. Leipzig, S. 4990 Mehr zur galvanischen Batterie in: Autorenkollektiv (Hg.) (1885-1892): Meyers Konversationslexikon.4. Aufl. 19 Bände. Leipzig und Wien: Verlag des Bibliographischen Instituts (Faidit - Gehilfe, 6). S. 870.Online verfügbar unter http://www.retrobibliothek.de/retrobib/stoebern.html?bandid=100154, zuletztgeprüft am 08.11.201191 Rieger 2008 – Der Frosch – ein Medium?, S. 29592 Vgl.: Ebd. S. 29593 Vgl.: Ebd. S. 29794 Du Bois-Reymond 1848 – Untersuchungen über thierische Elektricität (1)95 Vgl.: Frösche (Metamorphose; Gruppen, Familien und Arten). In: Autorenkollektiv (Hg.) (1885-1892): 22
  24. 24. klein und ermangelt auch, wie mir hat scheinen wollen, jener Lebenszähigkeit, welche die abgelösten Glieder der ersteren Thierart zeitweise gleichsam zu ächten physikalischen Vorrichtungen, welche sich wie eine Maschinen studieren lassen, macht. 96Was den reinen Physikern ihre Apparate, wären den Organischen Physikern, gemäß duBois-Reymond, ihre wie Apparate eingesetzten organischen Werkzeuge: dieGliedmaßen und Muskeln des Froschs. Die anorganische Physik verschmäht es nicht, sich mit den besten Vorschriften zur Verfertigung ihrer Beobachtungswerkzeuge, Thermometer, Barometer u.s.w. bis ins Einzelne zu befassen; ich halte es daher nicht unter der Würde der organischen Physik, sich über das Verfahren Aufschluss zu verschaffen, wie ihr absolutes Organ, der Frosch, der für einen großen Theil derselben in der That das ist, was dem Nacheiferer Mosers oder Mellonis die wohlgeputzte Daguerresche Platte oder die Thermosäule, am leichtesten und besten, trotz dem Wechsel der Jahreszeiten das ganze Jahr hindurch in hinreichender Menge und tauglichem Zustande zu erhalten sei.97Dass der abgetrennte Froschmuskel, wie in Helmholtz Versuchen, stundenlang seineLeistungsfähigkeit behielt, begründet, laut Sven Dierig, auch seine Maschinenart. 98 DasTier ist bereits tot, aber ein Teil seines organischen Materials ist in Verbindung mit denanderen Apparatsteilen innerhalb des Experiments noch in der Lage, Arbeit zuverrichten – die gleiche Arbeit, die er vorher am noch lebenden Organismus ausübte. Der Laborfrosch war lebende und tote Materie zugleich. Das noch funktionierende Bauteil der tierischen Maschine war weder vollkommen tot, noch war es vollkommen lebendig. […] Der Frosch überlebte seinen eigenen Tod gewissermaßen in Form einer entleibten Maschine. 99Die Organischen Physiker verstanden sowohl den tierischen Organismus und seine nochnach dem Tod funktionierenden Körperteil als auch das gesamte Ensemble derExperimentieranordnung als Maschine.100 Sie betrachteten die einzelnen Komponentenorganischen oder anorganische Materials nicht als Erweiterungen des jeweiligenEinzelteils, sondern als ein zusammen als Einheit wirkendes System. Ähnlich betrachtenMeyers Konversationslexikon. 4. Aufl. 19 Bände. Leipzig und Wien: Verlag des Bibliographischen Instituts(Faidit - Gehilfe, 6). S. 751. Online verfügbar unter http://www.retrobibliothek.de/retrobib/stoebern.html?bandid=100154, zuletzt geprüft am 08.11.201196 Du Bois-Reymond 1848 – Untersuchungen über thierische Elektricität (1), S. 45897 Ebd. S. 45898 Vgl. Dierig, Sven (2006): Wissenschaft in der Maschinenstadt. Emil-Du Bois-Reymond und seineLaboratorien in Berlin. Göttingen: Wallstein. S. 10299 Ebd. S. 102100 Vgl.: Ebd. S. 107 23
  25. 25. auch Gilles Deleuze und Felix Guattari in ihrem „Anti-Ödipus“ 101 Systeme, in denenMaschinen und Menschen oder Tiere zusammenwirken. Nicht mehr geht es darum, Mensch und Maschine zu konfrontieren, um darin die möglichen Korrespondenzen, Verlängerungen und Ersetzungen des einen oder anderen einzuschätzen, vielmehr darum, beide zu verbinden und zu zeigen, wie der Mensch mit der Maschine, oder wie er mit anderen Dingen zu einem Stück (einer Einheit) wird, um so eine Maschine zu konstituieren. Die anderen Dinge mögen Werkzeuge, selbst Tiere oder andere Menschen sein.102Diese Formulierung ähnelt auch Rheinbergers Rede vom „Experimentalsystem“ unddieser Gedanke wird auch in der Akteur-Netzwerk-Theorie fortgeführt. Dabei wird dieMaschine jedoch ausgeweitet auf weitere beteiligte Akteure: Neben den menschlichenwie Helmholtz, als Ausführender und Planer, seiner Frau Olga als Assistentin, du Bois-Reymond als Zuhörer, Berater und Kritiker, den die Apparate bauenden Mechanikergehören auch nicht-menschliche Akteure, wie das Galvanometer, dazu – und eben derFrosch, als tierisches Bauteil und Maschine.3.3.2 Tierversuche in der physiologischen ForschungTierversuche wurden schon in der experimentellen Forschung vor Helmholtz praktiziertund waren jeher ein Streitthema sowohl in der Wissenschaft als auch der gesamtenGesellschaft. Helmholtz Lehrer Johannes Müller und auch Carl Ludwig, wie HelmholtzOrganischer Physiker und Mitglied der Physikalischen Gesellschaft, waren sich derProblematik bei der Anwendung von Tierversuchen bewusst und versuchten jedeüberflüssige Quälerei zu vermeiden.103 Als „Märtyrer der Wissenschaft“104 bezeichneteHelmholtz zum Beispiel die sehr häufig für elektrische Versuche verwendeten Fröscheund versuchte damit ihren Verdienst aber auch ihr, wenn auch unfreiwilliges, Leiden für101 Deleuze, Gilles; Guattari, Félix (1997): Anti-Ödipus. Kapitalismus und Schizophrenie I. 8. Aufl.Frankfurt/M.: Suhrkamp102 Ebd. S. 498103 Hörz 1994 – Physiologie und Kultur in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts, S. 182f.104 Helmholtz, Hermann von (1845): Ueber den Stoffverbrauch bei der Muskelaktion. In: Johannes Müller(Hg.): Archiv für Anatomie, Physiologie und wissenschaftliche Medicin. Berlin: Veit & Comp., S. 72–83.S. 73f. 24
  26. 26. die experimentelle Erforschung des Lebens zu würdigen. In Weiterentwicklung derempirischen Physiologie stellte die Organische Physik die physikalisch-chemischenGrundlagen der Lebensprozesse in den Vordergrund und legte dabei großen Wert aufPräzision mit Hilfe von technischen Apparaten. Die empirische Physiologie stützte sichvor allem auf Messungen und Beobachtungen sowie Tierversuche, insbesondere dieVivisektion. Diese Richtung entwickelte sich zunächst in Frankreich, wo dieromantische Naturphilosophie weniger starke Wirkung auf die Wissenschaft hatte. 105Tierversuche beziehungsweise Tierexperimente bezeichnen alle zielgerichteten künstlichen Veränderungen des natürlichen Verhaltens, der Regelmechanismen und Körperfunktionen von einzelnen Tieren und Gruppen, die durch Menschen mittels der Veränderung von Lebensbedingungen, durch die Eingabe von Mitteln und durch chirurgische Eingriffe durchgeführt werden. 106Bei der Vivisektion im Speziellen werden Schnitte am lebenden Tier ausgeführt.107 AlsBegründer und Wortführer der eher morphologisch108 orientierten empirischenPhysiologie gilt François Magendie (1783-1855), der „eine grenzenlose Abneigunggegen alle Theorie“109 entwickelte. Er lehnte den Vitalismus ab, der zur Erklärungunbekannter Vorgänge gleichsam unbekannte Erklärungsmodelle wie die Lebenskraftheranzog. Jegliche Spekulation widerstrebte ihm und er vermied sogar aus seineneigenen Beobachtungen und Experimenten Schlüsse zu ziehen. Magendie setzte dieVivisektion in besonders skrupellose Weise ein – das geschah damals noch amunbetäubten Tier, oft waren es Hunde. Gleichwohl hebt Rothschuh in diesemZusammenhang Magendies Leistungen für die Physiologie hervor.110 Er bereicherte die Physiologie mit einer Fülle von selbst erhobenen, neuen grundlegenden Tatsachen. Unzählige Tiere, besonders Hunde, mussten unter seinen Händen ihr Leben zur Aufklärung physiologischer und pathologischer Fragen lassen. Natürlich geschah das damals noch alles am lebenden und nicht narkotisierten Tier. Mit seinen vivisektorischen Tierexperimenten hat er fast alle Gebiete der Experimentalphysiologie um neue Tatsachen105 Vgl.: Rothschuh, Karl E. (1953): Geschichte der Physiologie. Berlin/Göttingen/Heidelberg: Springer.S. 101106 Hörz 1994 – Physiologie und Kultur in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts, S. 174107 Vgl. Ebd. S. 174108 Morphologie (gr.) = Lehre von der Gestalt. Vgl.: Brockhaus Konversationslexikon 1894-1896, Morea– Perücke, 12, S. 12; Vgl.: Hörz, Herbert (1994): Physiologie und Kultur in der zweiten Hälfte des 19.Jahrhunderts. Briefe an Hermann von Helmholtz. Marburg (Lahn): Basilisken-Presse. S. 158f.109 Rothschuh 1953 – Geschichte der Physiologie, S. 103110 Vgl.: Ebd. S. 103 25
  27. 27. bereichert, wie ein ‚Lumpensammler‘, der mit einer Harke in der Hand alles sammelt, was er findet.111Diese Haltung brachte ihm aber auch heftige Kritik der sich in dieser Zeitorganisierenden Tierschützer ein.112 Magendie machte sich bei seinen Versuchen völligfrei von jeglichen moralischen Einwänden, allerdings untersuchte er vorab auch nichtdie Zweckmäßigkeit des jeweiligen Experiments. Die Frage nach der Notwendigkeitund Vertretbarkeit von Tierversuchen stellte sich schon damals insbesondere für dieVivisektion. In dem Streit fehlte es oft an Differenzierung und Sachlichkeit. FanatischeGegner von Tierversuchen unterschieden häufig nicht zwischen Fällen vonMissbräuchen der Vivisektion und wissenschaftlich sinnvollen Tierversuchen. Die Fragebleibt natürlich, gemäß welcher Kriterien ein Tierexperiment als sinnvoll einzuschätzenist. An dieser Frage rieben sich Experimentatoren wie Tierschützer, zu beiden Gruppenzählten auch viele Physiologen und Wissenschaftler, wie zum Beispiel Carl Ludwig. Dieeinen erkannten den wissenschaftlichen Wert und die moralischer Rechtfertigung derVivisektion an, die anderen lehnten kategorisch jedes Tierexperiment ab. DasAbgeordnetenhaus Preußens erließ 1885 eine Verordnung zur Sanktionierung vonTierversuchen. Sie bestimmte unter anderem, dass entsprechende Experimente nur zuwichtigen Forschungszwecken am möglichst niederen Tier vollzogen werden dürfen.Gemeint ist damit, dass ein Versuch, der am Plattwurm das gleiche Resultat brächte wieam Hund, mit dem Plattwurm anzustellen sei. Außerdem wurde die ausreichendeBetäubung der Tiere vor dem Versuch, sofern es nicht dem Zweck widersprach,angeordnet. Herbert Hörz hebt die Verantwortung des Menschen hervor, der immerwieder von Neuem entscheidet, ob und unter welchen Bedingungen ein Tierexperimentnotwendig und human vertretbar ist. Tierexperimente sind Quälerei, sie enthaltenRisiken und fügen dem Tier Schmerzen zu. Deshalb dürfen sie nicht einfach mit demNutzen für den Menschen gerechtfertigt werden. Ludwig und Müller versuchten roheExperimente und Tierquälerei zu vermeiden. Die humane Herausforderung bleibt. Sie muss stets neu, unter unterschiedlichen Bedingungen und mit Verantwortung für die Natur, die nicht nur Objekt der Ausbeutung durch den Menschen ist, diskutiert und konkret entschieden werden. 113111 Ebd. S. 103112 Vgl. im Folgenden: Hörz 1994 – Physiologie und Kultur in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts, S.174ff.113 Ebd. S. 182f. 26
  28. 28. 3.4 Zeitmessung mit Galvanometer, Spiegel und Fernrohr – Technologietransfer aus Geophysik und TelegraphieNeben dem Stromkreis zur Reizung des Muskelshatte Helmholtz einen zweiten eingerichtet, derzur Messung der „Stromzeit“ mit demGalvanometer diente. Beide Stromkreise verliefenunabhängig voneinander, waren aber punktuellmiteinander verbunden. Ziel der Konstruktion wares, erregenden und zeitmessenden Stromgleichzeitig starten zu lassen. Als Stromquelle Abbildung 4: Stromlaufplan der Stromkreise für die Erregung des Muskels und diedienten vier Daniellsche Elemente, je zwei in Messung der Zeit.einer Batterie. Die zwei Batterien wurden so in den Experimentalaufbau integriert, dasssie entweder einen gemeinsamen Stromkreis oder zwei voneinander unabhängigeStromkreise bildeten. Im ersten Fall würden sich zwei Batterien entgegenwirken undkein Strom entstehen. Der zweite Fall würde ausgelöst, sobald die amalgamierte Spitzed in das Quecksilbernäpfchen c getaucht würde (Vgl. Abb. 5). 114 „Der Muskel unterbricht darauf die Leitung des zeitmessenden Stromes bei a. Wird alsdann c von d wieder getrennt, so ist kein geschlossener Kreis mehr vorhanden, und alle Ströme hören auf.“115 Um diesen Prozess zu steuern, baute Helmholtz einen Hilfsapparat, den er die Wippe nennt (Vgl. Abb. 7116). Mittels eines Schließungsstabes, der von Hand betätigt wurde, öffnete dieAbbildung 5: Die "Wippe" ermöglichte, dass mit Bewegung der Wippe den induzierendenAuslösung des induzierenden Stromschlaggleichzeitig der zeitmessende Strom startete. Stromkreis – dies löste den Induktionsschlag aus, der den Muskel oder Nerven reizte – und114 Vgl. Fig. 7 in: Helmholtz 1850 – Messungen über den zeitlichen Verlauf, S. 365115 Ebd. S. 293116 Ebd. S. 365 27
  29. 29. schloss gleichzeitig den zeitmessenden Stromkreis. 117 Helmholtz war aufgrund dervielen Handgriffe bei dieser Methode auf Hilfe angewiesen und wurde deshalb vonseiner ersten Frau Olga, geborene von Velten, unterstützt: Meine Frau [...] steht mir treulichst bei bei meinen Versuchen als Protokollführerin der beobachteten Skalenteile, was sehr nötig ist, weil ich allein vollständig konfus werde, wenn ich auf so viele Dinge gleichzeitig achtgeben soll, als da sind: Umlegen höchst verwickelter Drahtleitungen mit Nebenströmen zweiter Ordnung, Einstellen des Muskels, Auflegen der Gewichte, Ablesen der Skalenteile, rechtzeitiges Öffnen und Schließen der Kette. 118Für die Zeitmessung verwendete Helmholtz, wie schonerwähnt, ein Galvanometer – ob er ein handelsüblichesverwendete oder es selber konstruierte, wird nicht erwähnt.Es bestand aus einem Holzrahmen, der mit 1.400Windungen Kupferdraht umwickelt war. Parallel dazu hingein neun Zentimeter langes Magnetstäbchen an mehrerenCoconfäden. An dem Magneten waren Spiegel befestigtsowie zwei verschiebbare dicke Metallringe. DieMetallringe verlangsamten die Schwingungsbewegung desMagneten, sodass die Werte besser abgelesen werdenkonnten. Um die Werte möglichst genau von der Skalaabzulesen, setzte Helmholtz außerdem Fernrohr und Spiegelein – eine Methode, die zuerst Carl Friedrich Gauß (1777) Abbildung 6:und Wilhelm Weber (1804-1891) einführten. „Die Messung Spiegelgalvanometer nach Weber.der Schwingungen geschah nach der von Gauß und Webereingeführten Methode durch Beobachtung des in dem Spiegel des Magnetes gesehenenBildes einer horizontalen Scale mittels Fernrohrs.“119 Die Magnetnadel diente als Zeiger,über ihm war der Spiegel angebracht und gegenüber das Fernrohr aufgestellt. 120 DieSkala war ober- oder unterhalb des Fernrohrs angebracht und zeigte vorne zum Spiegel.117 Vgl.: Kuhn, Carl (1866): Handbuch der angewandten Elektricitätslehre, mit besondererBerücksichtigung der theoretischen Grundlagen. Zweite Abtheilung. Leipzig. S. 1193118 Helmholtz in einem Brief an du Bois-Reymond, 14. Oktober 1849. In: Dokumente einer Freundschaft.Briefwechsel zwischen Hermann von Helmholtz und Emil du Bois-Reymond 1846-1894 (1986). Hg. v.Christa Kirsten. Berlin. S. 88119 Helmholtz 1850 – Messungen über den zeitlichen Verlauf, S. 290120 Vgl. im Folgenden zur Ablesetechnik mit Spiegel und Fernrohr: Schmidgen 2009 – Die Helmholtz-Kurven, S. 83f. 28
  30. 30. Beim Blick durch das Fernrohr sah er die im Spiegel erscheinende Skala, vor der dieMagnetnadel sich bewegte. Henning Schmidgen betont den auf den Blickkonzentrierten Charakter der gesamten Installation, die die Verwendung des Fernrohrsverdeutlicht: „Helmholtz hatte in der Tat eine Sehmaschine, keine Schreib- undZeichenmaschine zusammengebaut.“121 In diesem Zusammenhang ist HelmholtzBezeichnung dieser Art von Kurzzeitmessmethoden als eine „Mikroskopie der Zeit“ 122nicht ganz zutreffend, handelt es sich doch in diesem Fall eher um eine „Teleskopie derZeit“.123 Helmholtz griff hier auf ein Verfahren zurück, das bereits in einem anderenZusammenhang verwendet und beschrieben worden war. Sowohl Johann ChristianPoggendorf (1796-1877)124 als auch Gauß und Weber setzten das Verfahren ein, um Ort,Richtung und Größe des Erdmagnetismus zu bestimmen.Gauß und Weber verwendeten es außerdem für die Übermittlung telegraphischerNachrichten.125 An jeder der Sende- bzw. Empfangstationen war ein Fernschreiberinstalliert, der ein an einem Faden aufgehängten Magnet enthielt, auf dem ein Spiegelbefestigt war. Der Magnet war an beiden Enden mit Multiplikatorspulen umgeben. DasBetätigen eines Schaltwerks lenkte nun den Stab ab und über Spiegel, Fernrohr undSkala konnten die Schaltzeichen mit Hilfe eines Codes in Buchstaben übersetzt werden.Helmholtz übernahm die Technik der Spiegelablesung also aus einem teils optischen,teils elektrischen Telegraphieverfahren sowie aus dem Bereich der Geophysik undimportierte damit eine ganze „Kultur der Genauigkeit“ in die neu entstehende„Chronophysiologie“.126Helmholtz kam aber auch anderweitig mit der telegraphischen Technik in Berührung. Erorderte, als er zur Zeit seiner Nervenleitungs-Experimente in Königsberg weilte, seinetechnischen Bauteile und Apparate bei dem Mechaniker Johann Georg Halske (1814-1890), und du Bois-Reymond vermittelte für ihn in Berlin. 127 Halskes Lieferung der von121 Ebd. S. 83122 Helmholtz 1850 – Ueber die Methoden, S. 177123 Schmidgen 2009 – Die Helmholtz-Kurven, S. 89124 Poggendorf, Johann Christian (1826): Ein Vorschlag zum Messen der magnetischen Abweichung. In:Poggendorff’s Annalen 7 (82), S. 121–130. Online verfügbar unterhttp://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k15092v/f6.langEN, zuletzt geprüft am 04.11.2011125 Vgl. im Folgenden: Schmidgen 2009 – Die Helmholtz-Kurven, S. 86f.126 Vgl.: Ebd. S. 88127 Vgl.: Kirsten 1986 – Dokumente einer Freundschaft, S. 88f. 29
  31. 31. Apparat seinen Berliner Kollegen, unter ihnen auch Helmholtz, im Frühjahr 1847 vor.236Als kurvenzeichnende Apparate orientierten sich Kymograph und Myograph anVerfahren aus dem Maschinenbau, genauer gesagt an James WattsDampfdruckindikator.237 Der sogenannte Dampfdruckindikator gab […] Auskunft über das physikalische Innenleben einer laufenden Maschine. Der Indikator unterrichtete über das Verhalten des Dampfdrucks während der Kolbenbewegung im Zylinder, indem er in einem geschlossenen Linienzug die Druckverhältnisse auf eine rotierende Metallwalze aufzeichnet. 238 Ludwig selbst wies auf auf das Vorbild Watts im Zusammenhang mit Helmholtz Myographen hin: „Die mitgetheilte Curve hat Helmholtz unmittelbarAbbildung 9: Clairs Druckindikator für durch den Froschmuskel zeichnen lassen; esDampfmaschinen. geschah dieses nach den Grundsätzen des graphischen Verfahrens von Watt.“239Im Gegensatz zum Myographen, bei dem mit dem Froschmuskel nur ein isolierter Teiltoten organischen Materials am Experiment mitwirkte, bezog der Kymograph dasgesamte noch lebende Tier, Kaninchen oder Hund, in das Experimentalsystem ein – einzentraler Unterschied, wie Sven Dierig betont. 240 Dierig verwendet in Bezeichnung dasApparates mit all seinen Komponenten den Begriff der Maschine. Auch die organischenPhysiker sprachen von ihren Apparate als Maschinen 241 und das implizierte auch dasverwendete organische Material beziehungsweise den gesamten tierischen Organismus.Du Bois-Reymond verglich das Spiel der Muskeln wiederholt mit der Arbeit deranorganischen Dampfmaschinen.242 Am 9. Februar 1852 schrieb er in einem Brief an236 Vgl.: Dierig, Sven (2006): Wissenschaft in der Maschinenstadt. Emil-Du Bois-Reymond und seineLaboratorien in Berlin. Göttingen: Wallstein, S. 115237 Vgl.: Ebd. S. 116238 Ebd. S. 108239 Ludwig, Carl (1852): Lehrbuch der Physiologie des Menschen. Physiologie der Atome, derAggregatzustände, der Nerven und Muskeln. Heidelberg: Akademische Verlagshandlung von C.F. Winter(1). S. 333240 Vgl.: Dierig 2006 – Wissenschaft in der Maschinenstadt, S. 116241 Zum Beispiel Helmholtz in einem Brief an Du Bois-Reymond vom 26. Oktober 1856, In: Kirsten 1986– Dokumente einer Freundschaft, S. 163242 Vgl.: Du Bois-Reymond, Emil (1912): Gedächtnisrede auf Johannes Müller. Gehalten in der Leibniz- 53
  32. 32. langsamer fortbewegten. Insofern diente dieser Vergleich mit der Telegraphie mithin alsdidaktisches Mittel, um von dort ausgehend die Andersartigkeit der Reizleitung imLebewesen vor Augen zu führen: Wenn die materielle Kultur von Elektromagnetismus und Telegraphie also eine positive technische Voraussetzung für die präzise Zeitmessung im physiologischen Labor war, bildete sie im Vortragssaal die negative Folie, vor der die stockende ‚Sendung der Nachrichten‘ innerhalb des Körpers eindringlich beschrieben werden konnte. 1333.5 Berechnung der ZeitUm die Nervenleitgeschwindigkeit ermitteln zu können, musste der am Muskelaustretende Nerv an verschiedenen Stellen, muskelnah und muskelfern, gereizt werden.Die Änderung des zeitmessenden Stroms wurde durch die Ausschläge der Magnetnadelim Galvanometer angezeigt. Für die spätere Berechnung musste außerdem derAusschlag vor Beginn des zeitmessenden Stroms bekannt sein. Um den Ablauf desMessprozesses zu verdeutlichen, führt Helmholtz ein konkretes Beispiel an: Vor der Einwirkung des Stroms schwingt der Magnet hin und her zwischen den Zahlen 497,7 und 496,7, der dem Meridian entsprechende Scalenpunkt ist also 497,2. In dem Augenblicke, wo dieser Punkt unter dem Faden des Fernrohrs wieder vorbeigeht, wird der Strom geschlossen, und bleibt es, bis er vom Muskel wieder unterbrochen wird. Der Magnet ist nun in stärkere Schwingungen versetzt, und es werden nach einander abgelesen 597,7; 397,3; 596,9.134Die mit dem Galvanometer erhaltenen Messwerte allein gaben noch nicht dieNervenleitgeschwindigkeit an. Auf Basis einer Formel und mit Kenntnis verschiedenerParameter musste die „verlorene Zeit“135, die zwischen Reizinduktion undMuskelzucken verstrich, berechnet werden. Für die Berechnung mussten folgendenWerte bekannt sein: die Größe der Ablenkung der Magnetnadel im Galvanometer vorund nach der Reizung, die Ablenkung (α) im Moment der Schließung des zeitmessenden133 Schmidgen 2009 – Die Helmholtz-Kurven, S. 171134 Helmholtz 1850 – Messungen über den zeitlichen Verlauf, S. 300135 Mit der Bezeichnung „verlorene Zeit“ bzw. „temps perdu“ spielt Schmidgen auf Marcel Proustssiebenbändiges Werk „Auf der Suche nach der verlorenen Zeit“ an. Vgl.: Schmidgen 2009 – DieHelmholtz-Kurven, S. 93 31
  33. 33. Stromes, die Schwingungsdauer (T) des Magneten sowie die Ablenkung (I) desMagneten, wenn der zeitmessende Strom gleichmäßig anhalten würde. 136 DieBerechnungsformel musste so lauten: 137Helmholtz erkannte, dass er die Fehlerquote auf ein Minimum verkleinern konnte, wenner den zeitmessenden Strom genau in dem Moment schloss, wenn der Magnet denMeridian passierte. Für diesen Fall reduzierte sich die Formel wie folgt: 138Der Vergleich der Berechnungen bestätigte die Beobachtungen aus Helmholtz erstenTestversuchen mit der graphischen Methode. Entscheidende Voraussetzung war, dassbei beiden Messungen gleiche Bedingungen herrschten. Unter Einhaltung dieserMaßgabe konnte Helmholtz nun auch mit der elektromagnetischen Methodenachweisen, dass „die Verzögerung der Wirkung [des elektrischen Reizes auf denMuskel, Anm.d.Verf.] nur darauf beruhen [kann], dass eine Zeit vergeht, ehe sichdieselbe von der entfernteren Stelle bis zum Muskel hin fortpflanzt.“1393.6 Fehleranalyse mit Methoden der exakten WissenschaftenHelmholtz legte großen Wert auf Präzision. Diese war für ihn aber nicht gleichzusetzenmit der Anzahl der Dezimalstellen, die er in der Lage war zu messen. 140 In den vierzigerJahren des 19. Jahrhunderts konzentrierte man sich bei präzisen Messungen eher aufTechniken, die die Gültigkeit der Daten eingrenzten und die Richtigkeit der136 Vgl.: Helmholtz 1850 – Messungen über den zeitlichen Verlauf, S. 299137 Ebd. S. 299138 Ebd. S. 300139 Ebd. S. 330140 Vgl. hierzu und im Folgenden Olesko, Kathryn M.; Holmes, Frederic L. (1993): Experiment,Quantification, and Discovery. Helmholtzs Early Physiological Researches, 1843-50. In: David Cahan(Hg.): Hermann von Helmholtz and the Foundations of Nineteenth-Century Science. Berkeley/LosAngeles/London: University of California Press, S. 50–108, hier S. 95ff. 32
  34. 34. Erkenntnisse, die sie lieferten, bestätigten. Helmholtz ging es zunächst darum, möglicheexterne Störfaktoren und Fehlerquellen zu beseitigen oder zumindest soweit zuminimieren, dass sie das Messergebnis nicht beeinflussten, und sichergestellt war, dassdie Messergebnisse tatsächlich den zu messenden Ablauf repräsentierten, also denzeitlichen Verlauf der Zuckung des Muskels, und nicht anderweitige Faktoren dasErgebnis verfälschten. Zu solchen Störquellen gehörten Luftströme, Kälte, mechanischeFehler und bestimmte Muskeleffekte.Helmholtz teilte die Fehlerquellen in zwei Klassen: Die erste umfasste Fehler, die dieMessung der Zeit zwischen Reizung und Öffnung des Stromkreises betrafen, und diezweite jene, die verhinderten, dass die Trennung der Unterbrechungsstelle im genauerforderten Moment geschah. Unter den Einflüssen der ersten Klasse, zu denenHelmholtz Störungen der „Bewegung des Magnetes durch Luftströme, Fehler derAblesung, Dauer des Inductionsstroms, Änderungen in der electromotorischen Kraftund dem Widerstande der Daniellschen Elemente“141 zählte, identifizierte Helmholtz nureinen, der das Resultat signifikant verändern konnte, und dieser betraf die „nicht immervollkommene Schließung des Stroms an der Unterbrechungsstelle.“ 142 In diesen Fällenschlug die Magnetnadel des Galvanometers kaum aus, weil sich zum Beispiel ein„unsichtbares Stäubchen zwischen Goldkuppe und Goldplatte“143 befand. Diesesverhältnismäßig kleine Problem war mit einem säuberndem Pinselstrich schnellbehoben.Ein anderer Grund für die schlechte Schließung des Kontakts an derUnterbrechungsstelle war der mangelnde Druck, der an der Stelle ausgeübt wurde.Dieses Problem trat vor allem bei den Versuchen auf, wo der Muskel nicht mit einemGewicht belastet war. Helmholtz sprach konkret von Belastung und Überbelastung desMuskels. Der Begriff der Belastung bezog sich auf das Gewicht des stromleitendenZwischenstücks mit den Kontakten, das an dem Muskel hing. Die Überbelastungbezeichnete wiederum die zusätzlich Belastung durch Gewichte, die in die an demZwischenstück hängende Schale gelegt werden konnten. Die Überbelastung141 Ebd. S. 310142 Ebd. S. 310143 Ebd. S. 310 33
  35. 35. gewährleistete, dass die angehängten Teile nicht weiter absinken konnten, die Kontakteordentlich schlossen und der Muskel sich nicht weiter spannen konnte. In den Fällen,wo kein Gewicht aufgelegt war, musste der Muskel so eingestellt sein, dass sich dieMetallteile an der Unterbrechungsstelle möglichst zart berührten. Helmholtz behalf sichdamit, ein ganz geringes Gewicht von zum Beispiel einem Gramm aufzulegen, damit indiesen Fällen der Widerstand an der Kontaktstelle nicht zu groß werden würde und dieIntensität des Stromes möglichst konstant blieb.144Die zweite Klasse von Fehlerquellen, die das Experiment stören konnten, umfassteFaktoren, die verhinderten, dass die Trennung der Unterbrechungsstelle im genauerforderten Moment geschah. Um dieses genaue Timing einhalten zu können, musstesichergestellt sein, dass alle beteiligten Komponenten in der ausgerichteten Positionverharrten und keine widerstrebenden Bewegungen machten. Der Froschmuskel bliebaber nicht in der Position, in die er mit Hilfe eines Gewichts gebracht wurde, sondernzog sich in seiner elastischen Eigenschaft noch einige Zeit weiter in die Länge – dasbereits erwähnte Problem der Muskel-Dilatation. Dasselbe passierte, wenn dieMuskelspannung nachließ, dann zog sich der Muskel auch erst allmählich wiederzusammen und befand sich nicht schlagartig in seiner entspannten Position. Mit diesemVerhalten störte der Muskel den zeitlichen Ablauf, weil es passieren konnte, dass er zuspät auf den Reiz reagierte. Schon Eduard Weber hatte diesen sehr nachhaltigen Effektder elastischen Nachwirkung in den Muskeln beobachtet und Helmholtz bezog sich inden Messungen auch direkt auf Webers Forschungen zur mechanischen Wirkung derMuskeln.145 Helmholtz half sich, indem er den Muskel vor dem Versuch mit einer vielgrößeren Belastung dehnt, als er sie später brauchte. Außerdem musst er beachten,genügend Zeit zwischen zwei Versuche zu lassen, ca. 30-40 Sekunden, da der Muskelsich so lange noch in Spannung befinden konnte. Doch die Fehleranalyse brachteHelmholtz keine exakteren Messwerte, sondern nur Erkenntnis über die mangelndeVerlässlichkeit der Daten, die durch störende Einflüsse ein verzerrtes Bild abgeben. UmWerte zu erhalten, die den exakten am nächsten kamen, wendete Helmholtz dieMethode der kleinsten Quadrate an – eine mathematische Methode.146 Dass Helmholtz144 Vgl.: Helmholtz 1850 – Messungen über den zeitlichen Verlauf, S. 310ff.145 Vgl.: Helmholtz 1850 – Messungen über den zeitlichen Verlauf, S. 276 und 278146 Vgl. Olesko/Holmes 1993 – Experiment, Quantification, and Discovery, S. 95ff. 34
  36. 36. sich hier einer mathematischen Methode bediente, die in den 1850er Jahrenhauptsächlich in den exakten Wissenschaften, also der Astronomie, Physik und ChemieAnwendung fand, spricht auch für sein Selbstverständnis als Organischer Physiker.Während die Methode der kleinsten Quadrate in den zuerst genanntenForschungszweigen bereits Anwendung fand, kannte man sie in denLebenswissenschaften kaum, zumal zu berücksichtigen ist, dass letztere mit vielunregelmäßigeren Messwerten arbeiten mussten, weshalb diese Methode nichtunbedingt die passendste zu sein schien. In einer Fußnote erläutert Helmholtz die Artund Weise, mit welcher Wahrscheinlichkeit und Sicherheit die Messwerte einerbestimmten Versuchsreihe zu betrachten sind: Für diejenigen meiner Leser, welchen die Begriffe der Wahrscheinlichkeitsrechnung nicht geläufig sind, bemerke ich hier, dass z.B. die Angabe in der neunten Versuchsreihe, der Werth des Zeitunterschieds wegen der Fortpflanzung sei 0,00175 Secunden mit dem wahrscheinlichen Fehler ±0,00014, nach einem populären Ausdrucke bezeichne, es sei 1 gegen 1 zu wetten, dass der wahre Werth dieser Differenz zwischen 0,00189 und 0,00161 Secunden liege. Es ist ferner 10 gegen 1 zu wetten, dass die Abweichung höchstens 2,5 mal, 100 gegen 1, dass sie höchstens 3,8 mal, 1000 gegen 1, dass sie 4,8 mal so groß sei, als der wahrscheinliche Fehler. Der Werth liegt also mit der Wahrscheinlichkeit 1 gegen 1 zwischen 0,00189 und 0,00161 10 gegen 1 zwischen 0,00210 und 0,00140 100 gegen 1 zwischen 0,00228 und 0,00122 1000 gegen 1 zwischen 0,00242 und 0,00108147Ob die Daten letzten Endes verlässlich und akkurat sind, hängt neben dem Vertrauen aufdas verwendete Instrumentarium auch von den individuellen theoretischen Erwartungendes Experimentators ab. Helmholtz versuchte sich seiner Daten zu versichern, indem erin verschiedenen breit angelegten Messreihen möglichst viele Messpunkte erzeugte, dieer dann miteinander vergleichen konnte. Er baute seine Überzeugungsarbeit nicht nurauf präzisen Messungen auf, sondern auch auf Berechnung der Ungewissheiten. Aufdiese Weise schärfte er die Daten Stück für Stück, näherte sich dem wahrscheinlichstenWert immer mehr an. Nichtzuletzt zeigte die Methode der kleinsten Quadrate, dassGenauigkeit und Präzision allein keine Garanten für Gewissheit waren.148147 Helmholtz 1850: Messungen, S. 337f.148 Olesko/Holmes 1993 – Experiment, Quantification, and Discovery, S. 98f. 35
  37. 37. 3.7 Die Rolle des Experiments in Helmholtz ForschungsarbeitDas Gesetz zur Erhaltung der Kraft als Mittel gegen die Lehre von derLebenskraftBereits 1845 berichtete Helmholtz in dem Beitrag „Ueber den Stoffverbrauch bei derMuskelaktion“149 über einen seiner ersten Versuche zur Muskelaktivität. Seine Versucheschlossen an die Frage nach der Lebenskraft an, nämlich die, ob das Leben der organischen Körper die Wirkung sei einer eigenen, sich stets aus sich selbst heraus erzeugenden, zweckmäßig wirkenden Kraft, oder das Resultat der auch in der leblosen Natur thätigen Kräfte, nur eigenthümlich modificirt durch die Art ihres Zusammenwirkens […].150Helmholtz ging davon aus, dass es nicht möglich sei, „durch die Wirkungen irgend einerCombination von Naturkörpern auf einander in das Unbegrenzte Arbeitskraft zugewinnen.“151 In seiner 1847 veröffentlichten physikalischen Abhandlung „Über dieErhaltung der Kraft“152 verallgemeinerte er seine Erkenntnisse und fasste zusammen,dass „jede Umwandlung von Kraft der Bewegung elektrische und magnetische Energieoder Wärme kundgiebt“.153 Heute ist dieses Prinzip unter dem Begriff Energieerhaltungbekannt – Helmholtz verwendete den Begriff der Kraft anstelle der eigentlich gemeintenEnergie.154 Das Prinzip von der Erhaltung der Kraft stand für Helmholtz schon langefest155 und auch andere Forscher vertraten ähnliche Positionen; Helmholtz fasste diesesPrinzip aber zum ersten mal als grundlegendes Gesetz theoretisch zusammen, sodass esfür darauf aufbauende Experimente als Leitfaden gelten konnte.156 Der Zweck dieser Untersuchung, der mich zugleich wegen der hypothetischen Theile149 Helmholtz, Hermann von (1845): Ueber den Stoffverbrauch bei der Muskelaktion. In: Johannes Müller(Hg.): Archiv für Anatomie, Physiologie und wissenschaftliche Medicin. Berlin: Veit & Comp., S. 72–83150 Ebd. S. 72151 Helmholtz, Hermann von (1847): Über die Erhaltung der Kraft. Eine physikalische Abhandlung.Berlin: G. Reimer. S. 3152 Helmholtz, Hermann von (1847): Über die Erhaltung der Kraft. Eine physikalische Abhandlung.Berlin: G. Reimer.153 Koenigsberger 1902 – Hermann von Helmholtz (1), S. 83154 Vgl.: Rechenberg, Helmut (1995): Hermann von Helmholtz. Bilder seines Lebens und Wirkens.Sonerausgabe für die Hermann von Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschugnszentren (HGF).Weinheim: VCH. S. 61155 Vgl.: Koenigsberger 1902 – Hermann von Helmholtz (1), S. 59156 Vgl.: Helmholtz 1847 – Über die Erhaltung der Kraft, S. 7 36

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