Bildverarbeitung in der Netzhaut

Bildverarbeitung in der
Netzhaut
Seminar: Visuelle Wahrnehmung
Dozent: Kai Hamburger
Referentin: Stefanie Weis
Datum: 3.5.2005
Gliederung
 Einführung
 Struktur der Netzhaut
 Verarbeitung von Helligkeitsinformationen
 Verarbeitung von Ortsinformationen
 Weitere Verarbeitungsaspekte
 Zusammenfassung
 Fragen
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 Filtereigenschaften, die jeweils auf bestimmte Aspekte
einer visuellen Szene ansprechen
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
Struktur der Netzhaut
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
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 EinGanglienzellen
Zapfenbahn
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
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 Dendritenbaumes bestimmt die Größe des Feldes
 Rezeptives Feld: Zentrum + Umfeld
 Ein-Ganglienzelle wird bei Belichtung des
Zentrums erregt, bei Belichtung des Umfelds
gehemmt
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
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
Verschiedene Ganglienzelltypen
Verschiedene Ganglienzelltypen
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
Weitere Verarbeitungsaspekte
Weitere Verarbeitungsaspekte
 Im Zentrum der Retina sind die Zellen am
dichtesten, weshalb das Auflösungsvermögen 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
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
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
Fragen
 Wie reagieren die Photorezeptoren der
Retina auf einen Lichtreiz?
 Welche Arten von Ganglienzellen gibt es und
worin unterscheiden sie sich?
DANKE
FÜR EURE AUFMERKSAMKEIT !!!