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Bildverarbeitung in der Netzhaut Seminar: Visuelle Wahrnehmung Dozent: Kai Hamburger Referentin: Stefanie Weis Datum: 3.5.2005.

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1 Bildverarbeitung in der Netzhaut Seminar: Visuelle Wahrnehmung Dozent: Kai Hamburger Referentin: Stefanie Weis Datum:

2 Gliederung Einführung Struktur der Netzhaut Verarbeitung von Helligkeitsinformationen Verarbeitung von Ortsinformationen Weitere Verarbeitungsaspekte Zusammenfassung Fragen

3 Einführung Auge: wichtigstes Sinnesorgan und wesentlichstes Wahrnehmungsinstrument Schon in der Netzhaut des Auges wird vorsortiert, gefiltert und nur noch ein Teil der Informationen ans Gehirn weitergeleitet Es gibt unterschiedliche Neuronen mit spezifischen Funktionen und Filtereigen- schaften, die jeweils auf bestimmte Aspekte einer visuellen Szene ansprechen

4 Struktur der Netzhaut Durch das optische System des Linsenauges wird ein Bild auf den Augenhintergrund projiziert und von der Netzhaut in neuronale Signale umgewandelt Retina: 0,2mm dick und anatomisch sehr klar geschichtet Photorezeptor Bipolarzelle Ganglienzelle Quervernetzung durch Horizontalzellen und Amakrinzellen dadurch können Signale stark moduliert werden

5 Struktur der Netzhaut

6 Verarbeitung von Helligkeitsinfos Dämmerungssehen: Stäbchen Tagessehen: Zapfen Zapfen + Stäbchen werden bei Belichtung hyperpolarisiert, d.h. in ihrer Aktivität gehemmt Sie unterscheiden sich in ihrer Empfindlichkeit und dem Ansprechen auf bestimmte Wellenlängen Zapfen + Stäbchen haben getrennte Bahnen, die zu den Ganglienzellen führen

7 Zapfenbahn Jeder Zapfen ist mit 2 Sorten von Bipolarzellen verknüpft Aus-Bipolarzelle: wird bei Belichtung ebenfalls gehemmt und bei Dunkelreiz erregt Ein-Bipolarzelle: wird bei Belichtung erregt und bei Dunkelreiz gehemmt Ebenso gibt es auch Aus- und Ein- Ganglienzellen

8 Zapfenbahn

9 Stäbchenbahn Stäbchen hat nur Kontakt mit einer Sorte Bipolarzellen, den Stäbchenbipolarzellen Diese werden bei Belichtung erregt und bei Dunkelreizen gehemmt Stäbchenbipolarzellen haben keinen direkten Kontakt zu Ganglienzellen, sondern übertragen ihre Signale auf die Amakrinzellen

10 Verarbeitung von Ortsinfos Jedes Neuron hat einen bestimmten Einzugsbereich, das rezeptive Feld Nur wenn sich ein Reiz innerhalb des rezeptiven Feldes befindet reagiert die Nervenzelle Anatomische Ausdehnung des Dendriten- baumes bestimmt die Größe des Feldes Rezeptives Feld: Zentrum + Umfeld Ein-Ganglienzelle wird bei Belichtung des Zentrums erregt, bei Belichtung des Umfelds gehemmt

11 Verarbeitung von Ortsinfos Aus-Ganglienzelle: wird bei Dunkelreiz im Zentrum erregt, bei Dunkelreiz im Umfeld gehemmt Erregung im Zentrum läuft über Bipolarzellen, Hemmung im Umfeld über Horizontal- und Amakrinzellen Antagonistische Organisation v.a. Kontraste und weniger Absoluthelligkeit werden gut wahrgenommen

12 Verarbeitung von Ortsinfos Verschiedene Ganglienzelltypen: Alpha-Zellen: großer Zellkörper + großer Dendritenbaum Beta-Zellen: mittelgroßer Zellkörper + kleiner Dendritenbaum Gamma-Zellen: kleiner Zellkörper + unterschiedlich große Dendritenbäume Jeder Zelltyp filtert unterschiedliche Informa- tionen aus dem Bild heraus und gibt sie in getrennten Kanälen parallel an die visuellen Zentren des Gehirns weiter

13 Verschiedene Ganglienzelltypen

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15 Weitere Verarbeitungsaspekte Es gibt ca. 20 Amakrinzelltypen, die sich in Form, Funktion und Transmitter unterscheiden Die Ganglienzelltypen sind selektiv mit unterschiedlichen Amakrinzellen verknüpft und erhalten so unterschiedlich vorgefilterte Infos Jede Ganglienzellklasse überdeckt die Retina mosaikartig, überschaut so das gesamte Gesichtsfeld und filtert den Anteil der visuellen Informationen heraus, für den sie zuständig ist

16 Weitere Verarbeitungsaspekte

17 Im Zentrum der Retina sind die Zellen am dichtesten, weshalb das Auflösungs- vermögen dort besonders gut ist Zur Peripherie hin nimmt die Dichte der Ganglienzellen kontinuierlich ab, die einzelnen Dendritenbäume werden dabei entsprechend größer, um eine vollständige Überdeckung des Gesichtsfeldes zu garantieren

18 Zusammenfassung Bereits ein beträchtlicher Teil der Bild- verarbeitung findet in der Retina statt, bevor die Signale an die visuellen Zentren des Gehirns weitergeleitet werden Verschiedene Nervenzelltypen filtern dabei unterschiedliche Informationsanteile des Bildes heraus und geben sie in getrennten Kanälen an die nächsthöheren Verarbeitungsstellen weiter

19 Zusammenfassung Jede funktionelle Nervenzellklasse überdeckt die Retina mit einem regelmäßigen Mosaik; allerdings sind diese Zellraster nur in der zentralen Retina sehr fein und werden zur Peripherie hin gröber

20 Fragen Wie reagieren die Photorezeptoren der Retina auf einen Lichtreiz? Welche Arten von Ganglienzellen gibt es und worin unterscheiden sie sich?

21 DANKE FÜR EURE AUFMERKSAMKEIT !!!


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