Prinzipien der Bildverarbeitung in der Retina Der Säugetiere Dozent: Dr. Schütz Seminar: Visuelle Wahrnehmung Referentin: Kristina Schindler

Gliederung Struktur der Netzhaut Verarbeitung der Helligkeitsinformation Zapfenbahnen Stäbchenbahnen Verteilung der Photorezeptoren Übergang vom Zapfen- zum Stäbchensehen Verarbeitung der Ortsinformation und weitere Verarbeitungsaspekte Mosaik der Ganglienzellen Zusammenfassung Klausurfragen Quellenangaben 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Struktur der Netzhaut Der Weg des Sehens Abb.1 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Struktur der Netzhaut ca. 2 Euro-Stück groß 0,2 mm dick Im hinterer Teil des Augapfels lokalisiert anatomisch klar geschichtet 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Struktur der Netzhaut geschichtete Anordnung der Nervenzellen HINTEN Umwandlung des Lichtsignal in elektrische Signale Aufnahme der Signale der Photorezeptoren in der ÄPS durch Dendriten Weiterleitung durch Axone der IPS an Ganglienzellen Verlauf zum Blinden Fleck Bildung des Sehnervs Weiterleitung der visuellen Information an das Gehirn Abb.2 VORN 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Photorezeptor – Bipolarzelle - Ganglienzelle Struktur der Netzhaut Durchgangsstraße des Informationsflusses Plexiforme Schichten = Synapsen zwischen den Nervenzellen Zellkörperschichten = Stoffwechselfabriken der Neurone Zusatz: Horizontalzellen (ÄPS) und Amakrinzellen (IPS) zuständig für laterale Inhibition  horizontale Signalübertragung Photorezeptor – Bipolarzelle - Ganglienzelle 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Verarbeitung der Helligkeitsinformation Photorezeptoren gleiche Reaktion auf Licht Hyperpolarisation bei Lichteinfall Depolarisation bei weniger Licht Unterscheidung in Empfindlichkeitsschwelle und Ansprechbarkeit auf Wellenlängen (Farbe) Getrennte Bahnen zu den Ganglienzellen Stäbchen - Dämmerungssehen Zapfen- Tagsehen 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Die Zapfenbahnen Übertragung des Signals auf 2 getrennte Kanäle AUS-Zellen (Bipolarzelle  Ganglienzelle) übernehmen Signale mit positiven VZ Bei Belichtung-> hyperpolarisiert Dunkler Reiz-> depolarisiert Abb.3 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Die Zapfenbahnen Ein-Zellen (Bipolarzelle  Ganglienzelle) übernehmen Signale mit negativen Vorzeichen Bei Dunkelheit -> hyperpolarisiert Bei Belichtung -> depolarisiert 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Die Zapfenbahnen Fazit: Durch Transmitterausschüttung Erzeugung spiegelbildlicher Bipolarzellreaktionen –> Erregung und Hemmung Einteilung des Reiz „Lichtintensität“ in EIN-Hell-Kanal und AUS-Dunkel-Kanal Getrennte parallele Verarbeitung bis hin zu der Großhirnrinde Doppelte Repräsentation ermöglicht gute abstufbare Verarbeitung der Helligkeitsinformation 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Die Stäbchenbahn Nur Kontakt zu einer Sorte von Bipolarzellen: Stäbchenbipolarzellen Bildung hemmender Synapsenkontakte -> EIN-Bipolare Kein direkter Ganglienkontakt -> positive Übertragung in der IPS auf All Zellen Abb.4 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Die Stäbchenbahnen Verzweigung der All auf 2 Ebenen EIN-Bipolare und Ganglien Aus-Bipolare und Ganglien AUS-Schicht -> Signalweitergabe mit negativ/hemmender Synapse EIN-Schicht -> Signalweitergabe mit erregender Synapse 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Verteilung der Photorezeptoren Gleichverteilung der Photorezeptoren über die Netzhaut?  Nein Fovea (1:1 Verschaltung) konzentrierte Ansammlung von ausschließlich Zapfen  bestes Auflösungsvermögen, Verwendung zum Fixieren, Detailsehen Peripherie (viele Stäbchen konvergieren auf eine Ganglienzelle)  schlechtes Auflösungsvermögen, Dominanz der Stäbchen, kein Detailsehen 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Verteilung der Photorezeptoren FOVEA Blinder Fleck 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung Abb. 5

Verteilung der Photorezeptoren Das Sehen eines Sterns am Nachthimmel als Beispiel für das Nichtvorhandensein von Stäbchen in der Fovea. 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung Abb. 6

Übergang vom Zapfen- zum Stäbchensehen Kohlrausch - Knick 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung Abb.7

Übergang vom Zapfen- zum Stäbchensehen Messung des Übergangs vom Licht ins Dunkle (Dunkeladaption) je dunkler es wird desto empfindlicher Vpn für den Lichtreiz abschalten des Umgebungslichts Zunahme Zapfen und Stäbchen nach 3-5 min Stagnation der Zapfen weiterer Anstieg der Stäbchen, Übernahme der Kontrolle des Sehens Kohlrausch-Knick: Der Punkt an dem die Stäbchen beginnen, den Verlauf der Dunkeladaptionskurve zu bestimmen. 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Gliederung Struktur der Netzhaut Verarbeitung der Helligkeitsinformation Zapfenbahnen Stäbchenbahnen Verteilung der Photorezeptoren Übergang vom Zapfen- zum Stäbchensehen Verarbeitung der Ortsinformation und weitere Verarbeitungsaspekte Mosaik der Ganglienzellen Zusammenfassung Klausurfragen Quellenangaben 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Verarbeitung der Ortsinformation Das rezeptive Feld Bereich(z.B. im Gesichtsfeld) aus dem Neuron Information enthält nur wenn ein Reiz innerhalb dieses Feldes ist reagiert das Neuron anatomische Ausdehnung des Dendritenfeldes bestimmt die Größe des Feldes Wichtig hierbei: Ganglienzellen Abb.8 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmnung

Verarbeitung der Ortsinformation antagonistische Wechselwirkung Umfeld konzentrisches Zentrum Folge: Wahrnehmung besonderer Kontraste optimale Reaktion auf den Reizpunkte Abb.9 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Verarbeitung der Ortsinformation Klassifikation der Ganglienzellen Alpha-Zellen: großer Zellkörper, großer Dendritenbaum Beta-Zellen: mittelgroß Gamma-Zellen: klein Abb.10 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Verarbeitung der Ortsinformation Korrelation zwischen anatomischer Größe und rezeptiven Feldeigenschaften Abb.11 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Verarbeitung der Ortsinformation Alpha-Zellen (Y) - phasisch Bewegungssehen Räumliches Sehen, Tiefenwahrnehmung Eignung als Warnsystem und Hinlenkung der Aufmerksamkeit an bestimmten Gesichtsfeldort Globale Formwarnehmung Grobstruktur 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung Abb.12

Verarbeitung der Ortsinformation Beta-Zellen (X) – tonisch Erfassung ruhender Muster z.B. beim Fixieren Detailsehen, Sehschärfe Farbsehen Abb.13 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Weitere Verarbeitungsaspekte Abb.14 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Gliederung Struktur der Netzhaut Verarbeitung der Helligkeitsinformation Zapfenbahnen Stäbchenbahnen Verteilung der Photorezeptoren Übergang vom Zapfen- zum Stäbchensehen Verarbeitung der Ortsinformation und weitere Verarbeitungsaspekte Mosaik der Ganglienzellen Zusammenfassung Klausurfragen Quellenangaben 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Das Mosaik der Ganglienzellen Präsenz des vollständigen Repertoires rezeptiver Feldtypen an jedem Retinaort Warum? sonst „blinde Flecken“ in einzelnen Verarbeitungleistungen 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Das Mosaik der Ganglienzellen höchste Dichte im zentralen Teil der Retina (bestes Auflösungsvermögen) Abnahme der Dichte in Richtung Peripherie (schlechteres Auflösungsvermögen) ´Sie können das leicht probieren indem sie versuchen den Anfang der Zeile…` 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Das Mosaik der Ganglienzellen Funktionelle Überdeckung der Retina von Ganglienzellen Bildung eines Mosaiks/Geflecht Vermeidung von Lücken und Überlappungen EIN-und AUS Alphazellen / EIN-und AUS Betazellen EIN-Alpha Zellen Abb.15 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Das Mosaik der Ganglienzellen Abb.16 Abb.17 Überlagerung beider Mosaiken vorhanden in der Retina AUS-Alpha Zellen 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Zusammenfassung beträchtlicher Anteil der Bildverarbeitung in der Retina Verschiedene Nervenzelltypen Parallelverarbeitung Wichtige Prinzipien: Getrennte Verarbeitung von Hell-Dunkelreizen Getrennte Kanäle für grobe und feine Muster Getrennte Kanäle für Tages –und Dämmerungssehen Existenz eines ökonomischen Mosaiks 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Klausurfragen Nennen sie die Durchgangsstraße des Informationsflusses in der richtigen Reihenfolge und ergänzen sie die dazukommenden Quervernetzungen. Erläutern sie den Unterschied zwischen den in der Retina vorkommenden Zapfen und Stäbchen. Ist die Verteilung der Verschaltung von Photorezeptoren und Ganglienzellen über die Retina hinweg konstant? Beschreiben sie die damit zusammenhängenden Folgen für das Sehen des Menschen. 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Klausurfragen Beschreiben sie die Klassifikation der Ganglienzellen und geben sie jeweils für die 2 wichtigsten 2 Funktionen an. 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Quellenangaben Peichl,Leo: Prinzipien der Bildverarbeitung in der Retina der Säugetiere, Psychologie in unserer Zeit, 22Jahrg.1992, Nr.1, Seite 45-53 folgende Abbildungen entstammen dem oben genannten Artikel: Abb. 2,3,4,8,10,11,12,14,15,16,17 Abb.1 http://www.augenlaser.ch/_bilder/dasauge/dasauge.gif Abb.5 -- Abb.6 http://www.lunabaer.de/bilder/hintergruende/nachthimmel.jpg Abb.7 Goldstein, Wahrnehmungsphysiologie 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Quellenangaben Abb.9 http://images.google.de/imgres?imgurl=http://www.psychologie.uni-heidelberg.de/ae/allg/lehre/wct/w/w3_visuelles_system/pictures/w3_rezeptive_felder02.jpg&imgrefurl=http://www.psychologie.uni-heidelberg.de/ae/allg/lehre/wct/w/w3_visuelles_system/w330_neuronale_verarbeitung.htm&usg=__GJttkEhqt3eS4pwQDOI9m828a9A=&h=331&w=450&sz=34&hl=de&start=2&um=1&tbnid=PKyChbSM6_PgVM:&tbnh=93&tbnw=127&prev=/images%3Fq%3Drezeptive%2Bfeld%26hl%3Dde%26client%3Dfirefox-a%26rls%3Dorg.mozilla:de:official%26sa%3DN%26um%3D1 Abb.13 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e0/Ishihara_9.png/600px-Ishihara_9.png 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung

Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit 08.04.2017 Visuelle Wahrnehmung