Visuelle Wahrnehmung I

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1 Visuelle Wahrnehmung I

2 Licht: physikalische Grundlagen Licht = elektromagnetische Strahlung Nur ein kleiner Teil des gesamten Spektrums Sichtbares Licht: nm Licht erst sichtbar, wenn es gebrochen wird Absorption Reflektion

3 Das Auge: Weg des Lichts Hornhaut Kammerwasser Pupille Linse Glaskörper Netzhaut Fovea liegt genau auf der Blicklinie, d.h. wenn wir ein Objekt direkt anschauen, fällt sein Bild genau auf die Fovea.

4 Retina Licht wird in neuronales Signal umgewandelt Transduktion Retina enthält Photorezeptoren Bipolare und Ganglienzellen Horizontal und Amakrinzellen

5 Photorezeptoren 126 Mio. Photorezeptoren menschliche Retina = duplex Retina enthält zwei Arten von Rezeptoren Stäbchen Größte Dichte bei Zapfen Größte Dichte in Fovea Farbwahrnehmung

6 Photorezeptoren Hauptaufgabe der Rezeptoren: Transduktion mittels lichtempfindlicher chemischer Substanzen (Sehpigmente). Sehpigmente enthalten ein kleines, lichtempfindliches Molekül (Retinal) wenn Retinal Licht absorbiert, ändert es seine Form ( Isomerisation) Isomerisation erregt den Rezeptor Isomerisation eines Sehmoleküls reicht aus, den Rezeptor zu stimulieren. Um Licht wahrzunehmen, benötigt es 7 Rezeptoren.

7 Unterschiede: Stäbchen & Zapfen unterschiedlich geformt unterschiedlich auf der Netzhaut verteilt unterschiedliche Funktion für die Wahrnehmung Empfindlichkeit für Helligkeit vom Hellen ins Dunkle absolute Schwelle für Entdeckung eines Reizes steigt abrupt Nach Gewöhnung: Empfindlichkeit nimmt wieder zu absolute Schwelle wieder gesunken Dunkeladaptation

8 Empfindlichkeit für Helligkeit Adaptation in 2 Schritten Sofortadaptation durch Zapfen adaptiert nach 1 Minute Daueradaptation durch Stäbchen nach 10 Minuten steigt Sensitivität weiter stärkere Sehkraft aber keine Farben Im Dunkeln sind alle Katzen grau Doppelrezeptorsystem großes Helligkeitssprektrum

9 Photorezeptoren Rezeptoren erregen Zellen in Zwischenschicht Horizontal & Amakrinzelle: ermitteln Signale zwischen Rezeptoren Bipolare Zellen: übertragen Signal zu Ganglienzellen Rezeptoren kleiden Retina komplett aus Blockieren den Weg aus dem Auge heraus Blinder Fleck

10 Rezeptive Felder Rezeptoren mit Ganglienzelle verbunden alle Rezeptoren, die mit Ganglienzelle verbunden sind, stellen ihr rezeptives Feld dar rezeptive Felder verarbeiten Lichtsignal 3 Beispiele für solche neuronalen Verschaltungen

11 1. Einfacher linearer Schaltkreis Signal läuft direkt zur GZ Alle Verbindungen sind erregend. Rezeptives Feld von B sehr klein

12 2. Schaltkreis mit Konvergenz Mehrere Rezeptoren enden auf ein Neuron: größeres rezeptives Feld RF von B: 7 Rezeptoren Feuerungsrate von B steigt, je mehr Rezeptoren erregt

13 Konvergenz von Stäbchen und Zapfen Stäbchen konvergieren stärker als Zapfen weniger gute räumliche Auflösung Zapfen in Fovea haben exklusive Ganglienzellen Keine Konvergenz größere Sehschärfe: Ort des schärfsten Sehens Beispiel: Wann werden 2 Lichtpunkte als getrennte Punkte wahrgenommen?

14 Aber da Lichtsignal durch Konvergenz verstärkt wird: Empfindlichkeit der Stäbchen höher räumliche Summation Beispiel: Wann wird Licht wahrgenommen? Stäbchenganglienzelle feuert schon bei schwächerem Lichteinfall. Zapfenganglienzelle bleibt unterhalb der Reaktionsschwelle. (Annahme: Ganglienzelle benötigt 10 Lichteinheiten zum Feuern)

15 3. Schaltkreis mit Konvergenz und Hemmung Zellen A und C hemmen Aktivität von B Laterale Hemmung (auch seitliche Hemmung) Zellen A und C werden durch Licht gehemmt bzw. leiten hemmendes Signal weiter. + Diese Form der RF hauptsächlich auf Retina: Wichtig für die Wahrnehmung!

16 Laterale Hemmung Rezeptoren werden durch Licht erreget oder gehemmt konzentrische Anordnung entgegengesetzt verschaltet: ZentrumUmfeld Antagonismus OnZentrum: erregendes Zentrum, hemmendes Umfeld OffZentrum: hemmendes Zentrum, erregendes Umfeld A B C A: Licht erregt ONZentrum hohe Feuerungsrate B: Licht erregt ONZentrum. Hemmung durch hemmendes Umfeld weniger Erregung C: Licht trifft auf ONZentrum & OFF Umfeld noch weniger Erregung

17 Laterale Hemmung dient der höheren Kontrastfähigkeit an HellDunkelGrenzen Rechenbeispiel: Jede Bipolare Zelle erhält Signal, dass um 1/10 gehemmt wurde.

18 Laterale Hemmung A B C D E F Links der Hell/DunkelGrenze nimmt das OutputSignal zu, weil die Hemmung vom nur schwach beschienenen Photorezeptor D nicht so stark ist. Rechts der Hell/DunkelGrenze ist die Hemmung des hell beschienen Photorezeptors C sehr stark und führt zu einer Verringerung des SignalOutputs.

19 Laterale Inhibition und HermannGitter Kreuzungspunkt erscheinen dunkler graue Schatten Graue Stellen sind eine Illusion.

20 Grauer Schatten durch laterale Hemmung + +

21 Laterale Inhibition und Mach sche Bänder Die Helligkeitsverteilung innerhalb eines Streifens bleibt gleichförmig Wahrnehmung: Helligkeit innerhalb eines Streifens ändert sich

22 Zusammenfassung Den Großteil des Wahrnehmungsprozessen bekommt der Sehende gar nicht mit: Rezeptoren reagieren auf Lichtsignale neuronale Verschaltung bestimmt, welche Helligkeit wir wahrnehmen und welche Details wir erkennen. wichtiger Verarbeitungsmechanismus: laterale Inhibition in den rezeptiven Feldern. Signale werden dann durch den Sehnerv in das Corpus geniculatum laterale weitergeleitet.

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