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Größer oder heller? Wie Nervenzellen in der Netzhaut des Auges Bilder analysieren

27.01.2012
Grundlagenforschung zum Sehen: Forscher der Universitätsmedizin Göttingen und des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie Martinsried finden Mechanismen in den Nervenzellen des Auges, die beim Sehen zwischen kleinen, kontrastreichen und großen, kontrastarmen Objekten unterscheiden lassen.

Sehen beginnt, wenn Licht auf die Netzhaut des Auges trifft. Sofort werden Nervenzellen in der Netzhaut aktiv. Spezialisierte Zellen in der Netzhaut, die Photorezeptoren, nehmen dabei das Licht auf, wandeln es in elektrische Signale um und senden diese Information über ihre Synapsen an andere Nervenzellen in der Netzhaut weiter.


Blick durchs Mikroskop: Foto der für die Messung verwendeten Messelektroden mit retinalem Gewebe im Hintergrund. Foto: umg/Gollisch


Schematische Darstellung für die Umwandlung eines visuellen Bildes in die elektrischen Signale der Netzhaut sowie schematisches Netzwerk der Nervenzellen. Abbildung: umg/Gollisch

Bisher wusste man: Jede Zelle ist dabei für einen kleinen Ausschnitt des visuellen Gesichtsfeldes zuständig. Wie aber unterscheiden die Zellen, ob das Licht innerhalb dieses Ausschnitts von einem kleinen, hellen Objekt ausgeht, oder aber von einem großen, signalschwachen Objekt ausgesendet wird?

Forscher der Universitätsmedizin Göttingen und des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie Martinsried konnten nun zeigen, dass es hierzu zwei unterschiedliche Arten von Nervenzellen in der Netzhaut des Auges gibt. Die eine Art von Nervenzellen ist darauf spezialisiert, kleine Objekte zu erkennen. Andere Nervenzellen sind Experten beim Erkennen großer Objekte. Zusammen stellen diese Nervenzellen dem Gehirn die nötige Information zur Verfügung, um das Sehen und Unterscheiden von Objekten zu ermöglichen.

Die Untersuchungen zur Grundlagenforschung des Sehens unter der Leitung von Prof. Dr. Tim Gollisch, Professor für "Sensory Processing in the Retina" in der Abteilung Augenheilkunde und Forscher im Sonderforschungsbereich 889 "Zelluläre Mechanismen sensorischer Verarbeitung" an der Universitätsmedizin Göttingen, wurden jetzt im renommierten Wissenschaftsmagazin "Neuron" veröffentlicht.

Originalveröffentlichung: Bölinger D, Gollisch T (2012). Closed-loop measurements of iso-response stimuli reveal dynamic nonlinear stimulus integration in the retina. Neuron 73: 333-346, doi: 10.1016/j.neuron.2011.10.039

Entdeckt haben die Wissenschaftler aus Martinsried und Göttingen die beiden unterschiedlichen Arten von Nervenzellen bei ihren Untersuchungen in der Netzhaut von Salamandern. Dabei fanden die Forscher auch heraus, wie diese beiden Arten von Nervenzellen ihre jeweiligen Aufgaben erledigen: "Zellen, die für große Objekte zuständig sind, erhalten zusätzliche hemmende Signaleingänge. Die hemmende Wirkung entfaltet sich bei starkem Kontrast, also bei besonders hellen Objekten vor dunklem Hintergrund oder umgekehrt", so Prof. Dr. Tim Gollisch. "Daher sind kleine, kontrastreiche Objekte nicht gut geeignet, um diese Zellen zu aktivieren. Stattdessen führen große, kontrastärmere Objekte zu vermehrtem Feuern der Nervenzellen, da nun keine Hemmung auftritt. Bei den Nervenzellen, die für kleine Objekte zuständig sind, fehlen hingegen diese hemmenden Signale, sodass die Zellen schon auf kleine, aber kontrastreiche Objekte stark reagieren."

Dem Salamander selbst erlaubt diese Spezialisierung der Nervenzellen in seinem Auge möglicherweise, so vermuten die Forscher, die Unterscheidung zwischen kleinen Beutetieren und größeren Fressfeinden, die es auf den Salamander abgesehen haben. Auch beim Menschen könnte eine vergleichbare Unterscheidung zwischen kleinen und großen Objekten auf ähnliche Weise schon in der Netzhaut des Auges stattfinden. Sie würde beispielsweise für eine schnelle Reaktion sorgen, wenn aus dem Augenwinkel her Gefahr droht.

WEITERE INFORMATIONEN
Universitätsmedizin Göttingen, Georg-August-Universität
Abteilung Augenheilkunde
AG Sensory Processing in the Retina
Prof. Dr. Tim Gollisch, Telefon 0551 / 39-13542
tim.gollisch@med.uni-goettingen.de

Stefan Weller | idw
Weitere Informationen:
http://www.retina.uni-goettingen.de

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