Retina

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Prinzipien der Bildverarbeitung
in der Retina der Säugetiere
Dr. Alexander Schütz
Aufbau des Auges
Aufbau der Retina
Aufbau der Retina
○
Vertikale Signalübertragung
1. Photorezeptoren (Umwandlung von Licht in elektrische Signale)
2. Bipolarzellen
3. Ganglienzellen
○
Horizontale Signalübertragung
•
•
○
○
Horizontalzellen
Amakrinzellen
Plexiforme Schichten = Synapsen zwischen den Nervenzellen
Zellkörperschichten = Stoffwechselfabriken der Neurone
Photorezeptoren: Zapfen & Stäbchen
○ Zapfen
• 3 verschiedenen Typen
(L, M, S), die für
unterschiedliche
Wellenlängen sensitiv sind
• Grundlage des Farbensehens
• Tagessehen
○ Stäbchen
• Nur ein Typ
• Hohe Sensitivität
• Nachtsehen
Zapfenbahnen
○ Zapfen werden durch Licht
gehemmt.
○ Weiterleitung an
Bipolarzellen durch
• Erregende Synapse
(Aus-Bipolar &
Aus-Ganglienzellen)
• Hemmende Synapse
(Ein-Bipolar &
Ein-Ganglienzellen)
○ Zwei getrennte, parallele
Kanäle
• Hell-Kanal
• Dunkel-Kanal
Stäbchenbahn
○ Stäbchen werden durch
Licht gehemmt.
○ Hemmende Synapse mit
Stäbchenbipolarzellen (EinBipolarzellen)
○ Diese haben eine
erregende Synapse mit
Amakrinzellen (AII).
○ Amakrinzellen:
• Aus-Schicht: hemmende
Synapse mit AusGanglienzellen
• Ein-Schicht: erregende
Synapse mit EinGanglienzellen
Zapfen- & Stäbchenbahnen
○ Zapfen- und Stäbchensignale laufen zuerst auf
getrennten Bahnen, Zusammenführung auf Ebene
der Ganglienzellen.
○ Zwei getrennte, parallele Bahnen für Hell- & DunkelInformationenen
Verteilung der Photorezeptoren
○ Fovea
• 1:1 Verschaltung von Zapfen
• Keine Stäbchen
• Bestes Auflösungsvermögen, Verwendung zum Fixieren,
Detailsehen
○ Peripherie
• Viele Stäbchen konvergieren auf eine Ganglienzelle)
• Schlechtes Auflösungsvermögen, Dominanz der
Stäbchen, kein Detailsehen
○ Blinder Fleck
• Hier verlässt der Sehnerv das Auge
• Gar keine Photorezeptoren
Verteilung der Photorezeptoren
Übergang vom Zapfen zum Stäbchensehen
○ Bei der Dunkeladaptation
kann der Übergang vom
Zapfen- zum
Stäbchensehen beobachtet
werden.
○ Innerhalb der ersten
Minuten adaptieren die
Zapfen, die jedoch bald ihre
maximale Empfindlichkeit
erreichen.
○ Danach wird die
Empfindlichkeit durch die
langsamer adaptierenden
Stäbchen bestimmt
Rezeptive Felder von Ganglienzellen
○ 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
Klassifikation der Ganglienzellen
Klassifikation der Ganglienzellen
Alphazellen
○ Physiologische Eigenschaften
• Großes Dendritenfeld => Großes rezeptives Feld
• Phasische Reizantwort
○ Psychophysische Eigenschaften
• Bewegungssehen
• Räumliches Sehen, Tiefenwahrnehmung
• Eignung als Warnsystem und Hinlenkung der
Aufmerksamkeit an bestimmten Gesichtsfeldort
• Globale Formwarnehmung
• Grobstruktur
Betazellen
○ Physiologische Eigenschaften
• Kleines Dendritenfeld => Kleines rezeptives Feld
• Tonische Reizantwort
○ Psychophysische Eigenschaften
• Erfassung ruhender Muster z.B. beim Fixieren
• Detailsehen, Sehschärfe
• Farbsehen
Klassifikation der Ganglienzellen
Mosaik der Ganglienzellen
Mosaik der Ganglienzellen
○ Funktionelle Überdeckung der Retina von
Ganglienzellen
○ Vermeidung von Lücken und Überlappungen
○ Jeder Kanal bildet ein vollständiges Mosaik
•
•
•
•
EIN-Alphazellen
AUS-Alphazellen
EIN-Betazellen
AUS Betazellen
○ Aber: größte Dichte in der Fovea, abnehmende
Dichte zur Peripherie
Zusammenfassung
○ Retina klar anatomisch geschichtet,
unterschiedliche Nervenzellen
○ Bildverarbeitung findet schon in der Retina statt
○ 3 Dichotomien
• Photorezeptoren: Zapfen & Stäbchen
• Kanäle: EIN- & AUS Kanäle
• Ganglienzellen: Alpha- & Beta- (& Gamma)
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