Biologische Grundlagen (2): Visuelle Wahrnehmung - neuro

Neuronale Netze 2
Visuelle
Wahrnehmung
Informationspfade im visuellen System
Das Auge
Photorezeptoren
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reagieren auf Lichtsignale
●
2 Sorten: Stäbchen und Zapfen
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Zapfen reagieren selektiv auf bestimmte Wellenlängen
( Farbwahrnehmung!)
Rezeptorzellen besitzen ein Innen- und ein
Außensegment
Außensegment enthält lichtempfindliche chemische
Substanzen (bei Stäbchen: Rhodopsin)
Bei Belichtung wird die Zelle hyperpolarisiert!
Photorezeptoren
Farbrezeptoren
Photorezeptoren
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produzieren keine Aktionspotenziale!
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Membranpotential bei völliger Dunkelheit ca.- 30 mV
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wird bei Belichtung hyperpolarisiert
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produzieren Glutamat als Neurotransmitter
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und erzeugen dadurch postsynaptische Potentiale bei
anderen Netzhautneuronen
Aufbau der Netzhaut
Licht
Vereinfachtes Schema
Bipolarzellen
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Jede Bipolarzelle besitzt ein rezeptives Feld
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Das Feld besteht aus Zentrum und Umfeld
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Es gibt jetzt zwei Typen von Bipolarzellen: ON- oder OFFZentrum
ON-Zellen werden durch Licht im Zentrum aktiviert
(depolarisiert)
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OFF-Zellen werden deaktiviert (hyperpolarisiert)
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Grund: unterschiedliche Glutamat-Rezeptoren
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In der Peripherie ist die Reaktion genau umgekehrt
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Grund: Interaktion mit Horizontalzellen (GABA)
Bipolarzellen
Reaktion auf Licht
ON-Zelle
OFF-Zelle
Zentrum
aktiviert
deaktiviert
Umfeld
deaktiviert
aktiviert
ON-Zellen
Bipolarzellen
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Neuronen fungieren als Musterdetektoren
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Kontrastwahrnehmung
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ON-Zellen: heller Punkt auf dunklem Hintergrund
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OFF-Zellen: dunkler Punkte auf hellem Hintergrund
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Funktionsweise resultiert aus der Verschaltung der
Bipolarzellen mit Rezeptoren und Horizontalzellen
 neuronale Schaltkreise
Vereinfachtes Schema
Ganglienzellen
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Bipolarzellen leiten Information weiter an Ganglienzellen
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ON-Zentrum und OFF-Zentrum
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Ganglienzellen produzieren Aktionspotenziale ( Information
wird in die Sprache des Gehirns übersetzt)
Nervenimpulse werden über den Sehnerv ans Gehirn
weitergeleitet
Dabei findet Informationsverdichtung statt
(„Datenkompression“): ca.120 Mio Rezeptoren konvergieren auf
ca. 1 Mio Ganglienzellen!
Rezeptive Felder >> 120 Rezeptoren
Ganglienzellen
Ganglienzellen
M-Zellen und P-Zellen
●
●
M = magnozellulär, P = parvozellulär
M-Zellen sind relativ große Zellen mit einem großen
rezeptiven Feld (P umgekehrt)
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Zahlenverhältnis: 90 % M, 5 % P, 5 % NonM-NonP
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P-Zellen sind großenteils „Gegenfarbenzellen“
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R+G- Zellen werden durch Rot im Zentrum aktiviert
und durch Grün im Umfeld deaktiviert
B+G- -Zellen werden durch Blau im Zentrum aktiviert
und durch Gelb im Umfeld deaktiviert
M-Zellen und P-Zellen
Zusammenfassung
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●
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In der Netzhaut werden Lichtsignale in elektrische Signale
(Nervenimpulse) umgewandelt
In der Netzhaupt findet bereits eine wichtige Vorverarbeitung der
visuellen Information statt
Neuronen fungieren als Musterdetektoren (zum Beispiel für Helligkeitsund Farbkontraste)
Die Funktion ergibt sich aus der Verschaltung mit anderen
Netzhautneuronen in den zugehörigen neuronalen Schaltkreisen
Informationspfade im visuellen System
Retinofugale Projektion
Chiasma opticum
Chiasma opticum
Corpus geniculatum laterale (CGL)
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Lokalisierung im Thalamus
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Linkes und rechtes CGL
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Aufbau in sechs Schichten
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Verschiedene Schichten
erhalten Inputs aus
unterschiedlichen Quellen:
M-Zellen und P-Zellen
Ipsilaterales und
kontralaterales Auge
Corpus geniculatum laterale (CGL)
Informationspfade im visuellen System
CGL: Afferenzen und Efferenzen
Retina
CGL
Hirnstamm
V1
Visuelle Areale
V1 = primäre Sehrinde = Brodmann-Areal 17 = striärer Cortex
Retinotopie
Schichten in V1
Verbindungen CGL  V1
③④⑤⑥
①②
Augendominanzsäulen
Intracortikale Verbindungen
●
●
Vertikale und horizontale Verbindungen
Vertikale Verbindungen erhalten die retinotope
Organisation
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Neuronen in IV C projizieren hauptsächlich zu IV B
●
Neuronen in IV C projizieren hauptsächlich zu III
●
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Neuronen in IV C besitzen typischerweise kleine
monokuläre Felder mit konzentrischer ZentrumUmfeld-Struktur (in IV C auch mit Farbantagonismus)
In Schicht III erstmals binokuläre Eingänge
Orientierungsselektivität
Orientierungsselektivität
Cortikale Module
Jenseits von V1
V1 = primäre Sehrinde = Brodmann-Areal 17 = striärer Cortex
Extrastriäre Bahnen
Dorsaler Pfad
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Verarbeitung von Bewegung
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MT = mediotemporales Areal
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MT-Neuronen haben relativ große rezeptive Felder
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reagieren auf Bewegungen in definierte Richtungen (
Richtungssäulen)
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MST-Neuronen reagieren auf komplexere Bewegungsmuster
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Z.B. radiale (strahlenförmige) und kreisförmige Bewegungen
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Erkenntnisse durch Mikroelektroden (im Tierversuch), Läsionen
(Prof. Zihl, Schlaganfall-Patienten), PET-Aufnahmen
Ventraler Pfad
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IT = inferotemporales
Areal
zuständig für komplexe
Muster
Z.B. Gesichter und
Hände
Regel: Komplexität der
Muster wächst mit der
Verarbeitungstiefe
Ventrale Bahn
Literatur
Literatur