(geb. Wittenberg, 24. Juni 1795; gest. Leipzig, 26. Januar 1878). Anatomie, Physiologie, Psychophysik.
Weber war der älteste der drei Brüder Weber, die zeitlebens in ihrer wissenschaftlichen Tätigkeit eng verbunden waren. Ihre größte Leistung lag in der Anwendung der modernen exakten Methoden der mathematischen Physik auf das Studium der Funktionsweise verschiedener Systeme höherer Tiere und des Menschen. Ernst, der in diesem Bereich führend war, lenkte sehr früh die Aufmerksamkeit des Physikers Wilhelm Eduard auf die Probleme der Kreislaufmechanik und beeinflusste später die Ausrichtung von Eduard Friedrich auf die theoretische Medizin, indem er ihm half, eine Stelle an der medizinischen Fakultät in Leipzig zu erhalten und dort als sein enger Mitarbeiter zu bleiben. Eduard wurde später von Wilhelm zum Studium der Muskelmechanik angeregt und unterstützt.
Ihr Vater, Michael Weber, war seit 1789 Professor der Theologie in Wittenberg und später – nach dem Fall der Stadt, einer napoleonischen Hochburg, im Jahr 1814 und der Evakuierung der Universität – in Halle. Ernst, das dritte seiner dreizehn Kinder, war stark von Ernst Chladni beeinflusst worden, der als Zehnjähriger die Familie besuchte und das Interesse der Jungen für die Physik als Grundlage aller Naturwissenschaften weckte. Weber besuchte das Gymnasium in Meißen, wo er sich hervorragende Lateinkenntnisse aneignete. 1811 begann er sein Medizinstudium in Wittenberg, doch der Krieg zwang ihn bald, nach Leipzig zu gehen. Er promovierte 1815 an der Universität Wittenberg und wurde dann vorübergehend nach Schmiedeberg evakuiert, wo er eine Dissertation über vergleichende Anatomie schrieb. Dort konnte er jedoch nicht bleiben, da die Universität keine Einrichtungen für seine anatomischen Arbeiten hatte und ihr Status ungewiss war. In Leipzig wurde Weber Assistent an der medizinischen Klinik von J. C. Clarus, habilitierte sich 1817 mit einer Arbeit über die vergleichende Anatomie des Nervus sympathicus und wurde im folgenden Jahr außerordentlicher Professor für vergleichende Anatomie. Im folgenden Jahr wurde er außerordentlicher Professor für vergleichende Anatomie. 1821 wurde er auf den Lehrstuhl für menschliche Anatomie berufen, der 1840 mit der Physiologie zusammengelegt wurde. 1865 gab er die Physiologie auf und unterstützte die Berufung von Carl Ludwig, der ein unabhängiges physiologisches Institut gründete, das viele ausländische Studenten anzog. 1871 schied Weber aus dem Lehrstuhl für Anatomie aus.
Weber begann mit Forschungen in der Anatomie und entdeckte mehrere wichtige Strukturen, von denen einige noch immer seinen Namen tragen – zum Beispiel die Weber’schen Gehörknöchelchen, die eine Kette von kleinen Knochen auf jeder Seite der Luftblase bilden, und den Ohrvorhof einiger Fische (den Weber’schen Apparat). Diese Arbeit markierte den Beginn einer Reihe vergleichender embryologischer und paläontologischer Studien, die zur Entdeckung der Zwischenstufen zwischen den primitiven Strukturen des Splanchnocraniums und den Mittelohrknöcheln der Säugetiere führten – ein brillanter Schritt zum Nachweis der Verbindungen zwischen isolierten Fakten und der Kontinuität in der Evolution von Struktur und Funktion. Webers Injektion der Ausführungsgänge bestimmter Drüsen zeigte, dass ihre feinsten Verzweigungen blind in den Azini enden und keine direkte Verbindung mit den umgebenden kleinen Blutgefäßen haben, wie man trotz früherer Abgrenzungen durch Malpighi (1686) angenommen hatte. Damit war endgültig bewiesen, dass die Verdauungssäfte spezifische Produkte von Drüsen sind, die aus dem vom Blut mitgebrachten Material gebildet und nicht einfach vom Blutplasma getrennt werden. Diese Erkenntnis eröffnete ein neues Feld physiologischer und chemischer Forschung. Webers große Erfahrung in Forschung und Lehre ermöglichte es ihm, eine überarbeitete Ausgabe von G. F. Hildebrandts Handbuch der Anatomie zu verfassen. Dessen erster Teil, die Allgemeine Anatomie, wurde zu einer wertvollen Informationsquelle, weil Weber Fakten und Theorie sorgfältig trennte und sich nicht mit der bloßen Beschreibung von Strukturen begnügte; vielmehr fügte er hinzu, was über deren physikalische Eigenschaften und chemische Zusammensetzung bekannt war, sowie eine Einschätzung ihrer Bedeutung. Er war davon überzeugt, dass zum Verständnis der Phänomene des Lebens die Kenntnis vieler Bedingungen und nicht nur der anatomischen Struktur erforderlich ist. Der Nachteil von Webers überarbeiteter Auflage war, dass sie vor dem Fortschritt abgeschlossen wurde, den die spätere Entwicklung der mikroskopischen Forschung und die Zelltheorie mit sich brachten. Er revidierte auch J. C. Rosenmüllers Handbuch der Anatomie (1840).
1821 begann Weber, unterstützt von seinem Bruder Wilhelm, der damals erst siebzehn Jahre alt war und sich auf die Hochschulreifeprüfung vorbereitete, eine lange physikalische Studie über die Strömung und den Verlauf von Wellen in Flüssigkeiten, insbesondere in elastischen Röhren. In ihrer Wellenlehre (1825) formulierten sie die grundlegenden Gesetze der Hydrodynamik und waren die ersten, die diesen Zweig der Physik auf den Blutkreislauf anwendeten. Ernst untersuchte – zunächst zusammen mit Wilhemm, einem frühreifen Genie – die mechanischen Eigenschaften der Arterien und beschrieb sie als technisches Gerät, wobei die Wirkung der Elastizität die pulsierende Bewegung des Blutes in den großen Arterien in einen kontinuierlichen Fluss in die kleinen Arterien umwandelt (18274). Er zeigte auch, dass der Puls eine Welle in den Arterien ist, die durch die Herzaktion verursacht wird, und dass seine Ausbreitung – berechnet aus der Verzögerung der Pulsation in einer weiter entfernten Arterie – viel schneller ist als der Fluss des Blutes (1834) und dass die Blutgefäße neben der Dilatation aufgrund des Drucks in einem elastischen Schlauch auch ihren Durchmesser unter dem Einfluss von Nerven auf die Muskelwand ändern (1831). Seine Erkenntnisse, die Theorie der Wellen in elastischen Röhren und die Gesetze der Blutbewegung in den Gefäßen fasste er 1850 zusammen.
Weber zeigte auch den Widerstand des Kapillarbettes, die Bedeutung des Blutvolumens und dessen Einfluss auf die Bewegung und Verteilung des Blutes im Körper. Seine Arbeit schuf die Grundlage für die genaue Analyse der Bewegung von Flüssigkeiten in elastischen Röhren; und obwohl der Blutkreislauf in der Folgezeit gründlich erforscht wurde, blieb Webers Arbeit, mit einigen Ergänzungen, aber ohne wesentliche Änderungen, ihre Grundlage.
Ein weiterer großer Beitrag zur Physiologie des Blutkreislaufs war die verblüffende Entdeckung von Eduard und Ernst Weber, dass die elektrische Stimulation einiger Teile des Gehirns oder des peripheren Endes des Vagusnervs die Tätigkeit des Herzens verlangsamen und es sogar zum Stillstand bringen kann (1845). Dies war der erste Fall, in dem die Wirkung eines Nervs eine autonome Aktivität hemmt, anstatt sie zu erregen. Sie wurde zu einem wichtigen Meilenstein in der Entwicklung der Physiologie, nicht nur wegen ihrer Bedeutung für den Kreislauf, sondern auch, weil ihre Entdeckung eine bis dahin unbekannte, aber wesentliche Art der Nervenaktivität ans Licht brachte. Die darauf folgende Kette von Untersuchungen zeigte, dass Hemmung ein häufiges Phänomen im Zentralnervensystem ist und dass ein angemessenes Gleichgewicht zwischen Erregung und Hemmung für dessen normale Funktion unerlässlich ist.
Um 1826 begann Weber eine lange Reihe bemerkenswerter systematischer Studien der sensorischen Funktionen, insbesondere der „unteren Sinne“, die bis dahin eines der am meisten vernachlässigten Gebiete der Physiologie gewesen waren. Die Physiologen hatten sich hauptsächlich mit den Problemen des Sehens und Hörens beschäftigt, die interessanter und vielversprechender erschienen. Bei der Untersuchung anderer physiologischer Probleme verfolgte Weber, ein hervorragender Anatom, gewöhnlich die Funktion in enger Beziehung zur Struktur. Auf diesem Gebiet fehlte jedoch die anatomische Grundlage, da die Haut-, Muskel- und Eingeweiderezeptoren erst später entdeckt wurden (Meissner, 1852; Krause, 1860). Dennoch führten sein physikalischer Ansatz und seine Versuche, quantitative Beziehungen zwischen dem Reiz und seiner Wirkung, der Empfindung, zu bestimmen, trotz der sehr einfachen Methoden, die er bei seinen Beobachtungen und Experimenten verwendete, zu bemerkenswerten Ergebnissen. Ein wichtiges Merkmal von Webers Untersuchungen und Vergleichen war die Verwendung des Begriffs der Schwelle (obwohl dieser Begriff eigentlich nicht verwendet wurde). Er war sich der Bedeutung ihrer genau bestimmten Werte für die Abschätzung und den Vergleich der Leistungen der Haut und anderer Sinnesorgane bewusst. Die deutlich größere Fähigkeit, zwei sehr geringfügig unterschiedliche Gewichte zu unterscheiden, wenn sie von der Hand gehoben werden, als wenn sie auf die Hand gelegt werden, wird durch den speziellen Muskelsinn erklärt. Weber untersuchte den Tastsinn eingehend, insbesondere den lokalen Tastsinn und die Differenzialschwelle mit einem Kompass, und bestimmte die Merkmale der Druck- und Temperaturempfindungen – positiv (warm) und negativ (kalt) – und betonte die Rolle der Anpassung und der lokalen Unterschiede. Damit gab er der Sinnesphysiologie eine neue Orientierung hin zu quantitativen Ansätzen und Methoden, wobei er sowohl Fakten (meist eigene Erkenntnisse) als auch Probleme in den Vordergrund rückte. Er sammelte nicht nur systematisch Fakten, sondern zog auch rationale Schlüsse über die physiologischen Grundlagen der beobachteten Phänomene. Er ging von einer isolierten Reizleitung in den Nervenfasern aus und formulierte Theorien der Projektion und Objektivierung. Die Unterteilung jeder Nervenfaser in einen kleinen Kreis von Nervenenden war der Hintergrund der lokalen Unterscheidung und der Unterschiede in ihren Grenzen, wie sie mit einem Kompass bestimmt werden.
Auf der Grundlage seiner physikalischen Überlegungen untersuchte Weber die unterschiedlichen Schwellenwerte von Haut- und Muskelempfindungen und stellte fest, dass zwei Empfindungen nur so lange merklich unterschiedlich sind, wie das Verhältnis der Stärken in jedem Reizpaar konstant bleibt. Zum Beispiel ist der kleinste wahrnehmbare Unterschied zwischen zwei Gewichten oder Längen (gewöhnlich als „gerade wahrnehmbare Differenz“ oder „Weber-Bruchteil“ bezeichnet) ein konstanter Bruchteil der Gewichte selbst, etwa 1/30 (ein gerade wahrnehmbares Intensitätsinkrement).
Man nahm an, dass Webers Gesetz allgemein gültig sei, aber viele Diskussionen und Kritiken führten zu der gemäßigteren Ansicht, dass es für die meisten Modalitäten nur über einen begrenzten Bereich von Intensitäten gilt. Nichtsdestotrotz leitete Fechner unter der Annahme, dass unterscheidbare Inkremente gleiche Empfindungseinheiten sind, die Formel
S = K log I + C,
wobei die Intensität der Empfindung (S) eine lineare Funktion des Logarithmus der Intensität des Reizes (I) ist und K und C Konstanten sind. Fechners Herleitung ist vor allem deshalb kritisiert worden, weil der Reiz – ein physikalischer Faktor – leicht gemessen werden kann, während die Empfindung – ein subjektiver Eindruck – nicht in physikalischen Begriffen ausgedrückt werden kann. Quantitative Vergleiche wurden jedoch möglich, als moderne elektrophysiologische Methoden es ermöglichten, die Reaktion einzelner Sinnesfasern zu verfolgen, d. h. die Häufigkeit der Meldungen von einem einzelnen Rezeptor. In einem bestimmten Intensitätsbereich ist sie in der Tat eine lineare Funktion des Logarithmus des Reizes, wie von B. H. Matthews für die Muskelspindel und von H. K. Hartline und C. H. Graham für das Limulus-Auge gezeigt wurde. Es kann nicht gesagt werden, ob sie für die Reaktion aller Formen von Sinnesorganen zutreffend ist, aber es scheint, dass Fechners Gleichung einem grundlegenden Merkmal des Verhaltens von Sinnesorganen entspricht.
Weber war der erste, der die Aufmerksamkeit der Physiologen auf die Haut als Sitz differenzierter Sinnesorgane lenkte, die wie andere Sinnesorgane auf die äußere Welt gerichtet sind, im Gegensatz zum allgemeinen, auf den eigenen Körper gerichteten Gemeingefühl. Seine Forschungen hatten viele philosophische Implikationen und einen großen Einfluss auf weitere Studien der Hautsinne und einige allgemeine Probleme der Empfindung durch Physiologen und Psychologen. Er leitete eine sehr fruchtbare Periode in der Sinnesforschung ein und gilt zu Recht als einer der Begründer der Psychophysik. Seine Arbeiten über taktile Empfindungen sind zu Klassikern geworden.
BIBLIOGRAPHIE
I. Originalarbeiten. A partial list of Weber‘;s writings was published in Almanach der K. Akademie der Wissenschaften in Wien, 2 (1852), 203–211; and, more recently, by P. M. Dawson (see below), 110–113. They include Anatomia comparata nervi sympathici (Leipzing, 1817); De aure et auditu hominis et animalium (Leipzing, 1820); Wellenlehre, auf Experimenten be gründet (Leipzing, 1825), written with Eduard Weber; Zusätze zur Lehre von Bau and Verrichtungen der Geschlechtsorgane (Leipzig, 1846); „Tastsinn and Gemeingefühl,“ in R. Wagner, Handwörterbuch der Physiologie, III, pt. 2 (Brunswick, 1846, repr. separately 1851), also Ostwalds Klassiker der Exakten Wissenschaften no. 149 (Leipzing, 1905); Ueber die Anwendung der Wellenlehre auf die Lehre vom Kreislauf des Blutes und insbesondere auf die Pulslehre (Leipzing, 1850); and „Ueber den Raumsinn und die Empfindungskreise in der Haut und im Auge,“ in Berichte über die Verhandlungen der K. Sächsischen Gesellschaft der Wissenschaften, Math.-phys. KI. (1852), 85–164, his chief paper on projection and the theory of circles.
Weber’s papers were published mainly in Deutsches Archiv für die Physiologie and Meckel’s Archiv für Anatomie and Physiologie (1820-1828), Müller’s Archiv für Anatomie, Physiologie und wissenschaftliche medizin (1835-1846), and Berichte über die Verhandlungen der K. Sächsichen Gesellschaft der Wissenschaften zu Leipzig (1846—1850). Dissertations written under his guindance were collected in Annotationes anatomicae et physiologicae (Programata collecta), 2 fascs. (Leip-zing, 1827-1834, 1836-1848), both reed. (1851) with fasc. 3, containing several of his own important papers.
II. Secondary Literature. An appreciation of Weber’s scientific achievement is C. Ludwig, Rede zum Gedächtniss an Ernst Heinrich Weber (Leipzig, 1878). A fairly detailed account in English is P. M. Dawson, „The Life and Work of Ernest Heinrich Weber,“ in Phi Beta Pi Quarterly, 25 (1928), 86–116. Im Hinblick auf die Bedeutung und den Einfluss seiner Arbeit sind Arbeiten über Weber eher rar. Siehe auch Ursula Bueck-Rich, Ernst Heinrich Weber (1795-1878) und der Anfang einer Physiologie der Hautsinne (inaug. diss., Zürich. 1970); H. E. Hoff, „The History of Vagal Inhibition,“ in Bulletin of the History of Medicine, 8 (1940), 461-496; P. Hoffmann, „Ernst Heinrich Weber’s Annotationes anatomicae et physiologicae,“ in Medizinische Klinik, 30 (1934), 1250. Viele Hinweise auf Webers Arbeiten zur Sinnesphysiologie finden sich in E. G. Boring, A History of Experimental Psychology, 2. (New York, 1950); und Sensation and Perception in the History of Experimental Psychology New York, 1942).
Vladislav Kruta