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Wie funktioniert das Sehen? In diesem Thema wird eine Einführung in das visuelle System des Mensches gegeben. Angefangen vom Aufbau des menschlichen Auges zur Reizweiterleitung in den visuellen Cortex.

Das menschliche Auge

Das menschliche Auge ist ein äußerst komplexes Gebilde. Hinter der Cornea (Hornhaut) sind die farbige Iris und die schwarze Pupille zu sehen. Durch die Pupille kann das Licht ins Innere des Auges dringen. Dort fällt es durch die Linse, welche durch das Ligament (Zunulafasern) gehalten wird, auf die Retina im hinteren Teil des Auges. Von dort wird der Reiz über den Sehnerv weitergeleitet.

Im Auge gibt es zwei Rezeptorarten, die Stäbchen und die Zapfen. Zapfen sind kleiner als Stäbchen und haben eine eher kegelartige Form. Stäbchen sind die größeren der beiden Zellen und ähneln der Form nach eher einem Zylinder. Nach der Duplizitätstheorie unterscheidet man zwei Arten des Sehens, welche durch die zwei verschiedenenen Rezeptorarten (Stäbchen udn Zapfen) bedingt wird.

Das zapfenvermittelte Sehen wird auch phonotopisches Sehen gegannt. Für diese Art des Sehens ist eine gute Beleuchtung wichtig. Die Zapfen liefern dann eine farbige und detaillierte Wahrnehmung der Umgebung.

Das stäbchenvermittelte Sehen nennt man skotopisches Sehen. Es kommt zum Zug, wenn die Beleuchtungsverhältnisse schlecht sind und dient eher dazu ein grobes Bild der Umgebung zu erhalten. Details und Farben sind in dieser Art der Wahrnehmung nicht (oder nur geringfügig) vorhanden.

Die Fovea befindet sich im Zentrum der Retina (Netzhaut). Hier ist die Stelle des schärfsten Sehens.

Wenn das Licht auf die Retina (Netzhaut) fällt, wird es zunächst von den retinalen Ganglienzellen and ei amamkrinen und Bipolarzellen weitergeleitet. Die Bipolarzellen sind wiederum mit den eigentlichen Rezeptoren, den Stäbchen und Zapfen verschaltet.

Konvergenz

Eine hohe Konvergenz findet man bei Verschaltungen, dei von Stäbchen ausgehen. Hierbei gibt eine retinale Ganglienzelle Informationen an mehrere Bipolarzellen weiter, die dann jeweils an mehrere Stäbchen pro Zelle weiterleiten.

Eine niedrige Konvergenz findet man bei Verschaltungen, die von Zapfen ausgehen. Hierbei gibt eine retinale Ganglienzelle Informationen an nur eine Bipolarzelle weitere. Diese wiederum leitet die Informationen auch nur an einen Zapfen weiter.

Augenbewegungen

Unwillkürliche Augenbewegungen sind uns nicht bewusst. Sie entsehen also automatisch, wenn wir uns auf ein Objekt konzentrieren (es mit dem Blick fixieren). Zu diese Bewegungen zählt der Mirkotremor, Drifts und auch Sakkaden. Dadurch dass wir unsere Augen minimal bewegen entsteht ein leicht verändertes Bild auf unserer Retina. Dies dient dazu, dass der Wahrnehmungseindruck des Objekts bei konstanter Fixierung nicht sofort wieder verschwindet, sondern ständig aktualisiert wird.

Querdisparation

Ein wichtiges Phänomen ist die Querdisparation. Sie wird auch binokulare Disparität genannt. Hinter diesem Begriff verbirgt sich folgendes: Da Menschen zwei Augen haben werden auch zwei (leicht) verschiedenen Bilder der Umgebung kreiiert. Dieser Unterschied der retinalen Projektionen wird als binokulare Disparität bezeichnet. Für Objekte die nah dran sind, ist sie größer: Wir müssen unsere Augen nach innen drehen (konvergieren), damit wir z.B. ein Bild unserer Hand vor unseren Augen erhalten. Für weiter entfernte Objekte fällt die binokulare Disparität entsprechend geringer aus. Die Binokulare Disparität ist auch für das dreidimensionale Sehen wichtig.

visuelle Transduktion

Die Umwandlung einer Energieform in eine andere wird Transduktion bezeichnet. Im visuellen System geht es darum, Licht, welches in Wellenform auf das Auge trifft in neuronale Signale zu verwandeln.

Die retino-geniculo-striäre Bahn ist eine wichtige visuelle Bahn, welche Informationen vom Auge zum visuellen Cortex im Okzipitallappen (an der Rückseite des Kopfes) transportiert. Im Thalamus werden Informationen verschaltet. In Bezug auf die visuellen Informationen findet dies im Corpus geniculatum laterale statt.

Im Corpus Geniculatum laterale finden sich zwei Schichten, die sich in ihrer Struktur und Art der Informationsweiterleitung unterscheiden. Die parvozelluläre Schichten (P-Schichten) zeichnen sich durch kleinere Zellkörper und eine langsame Weiterleitung der Information aus. Die magnozelluläre Schichten (M-Schichten), welche sich in den unteren Schichten befinden, bestehen hingegen aus eher großen Zellen. Die Reizweiterleitung erfolgt im Vergleich zu den P-Zellen schneller.

Der visuelle Cortex

Der visuelle Cortex ist retinotop organisiert. Das bedeutet, dass benachbarte Areale auf der Retina auch im visuellen Cortex benachbart sind. Allerdings sind die Anteile der Repräsentation im Vergleich zur Retina anders proportioniert: Die Fovea als Stelle des schärfsten Sehens nimmt somit 25% des primären visuellen Kortex ein.

Die Art der Zellen im kortikalen visuellen System ist u.a. dann relevant, wenn es darum geht, bestimmte Eigenschaften eines Objektes zu erkennen. On- und Off-Zellen sind somit wichtig für das Sehen von Kanten.

On-Reaktionen bedeuten, dass das Neuron mit einer hohen Rate feuert. Bei Off-Reaktionen geschieht genau das Gegenteil. Eine Zelle besteht jeweils aus einem Zentrum und einer Peripherie (Umgebung). Eine On-Zentrum-Zelle wird also maximal feuern, wenn das Licht ins Zentrum fällt und weniger feuern, wenn das Licht in die Peripherie fällt.

Wenn das Licht sowohl Zentrum als auch Peripherie trifft wird die Zelle nur schwach reagieren. Entsprechend ist diese Art von Zellen sensitiv für das Erkennen von Kanten.

Die Art der Zellen im kortikalen visuellen System ist u.a. dann relevant, wenn es darum geht, bestimmte Eigenschaften eines Objektes zu erkennen. On- und Off-Zellen sind somit wichtig für das Sehen von Kanten.

On-Reaktionen bedeuten, dass das Neuron mit einer hohen Rate feuert. Bei Off-Reaktionen geschieht genau das Gegenteil. Eine Zelle besteht jeweils aus einem Zentrum und einer Peripherie (Umgebung). Eine Off-Zentrum-Zelle wird also maximal feuern, wenn das Licht in die Peripherie fällt und weniger feuern, wenn das Licht ins Zentrum fällt. Wenn das Licht sowohl Zentrum als auch Peripherie trifft wird die Zelle nur schwach reagieren. Entsprechend ist diese Art von Zellen sensitiv für das Erkennen von Kanten.

Einfache kortikale Zellen haben statische On-Off-Reaktionen und sind eher monokular (empfangen also nur Informationen aus einem Auge). Man findet sie im visuellen Kortex. Aufgrund der statischen On-Off-Reaktionen sind reagieren sie bevorzugt auf gradkantige Reize.

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