Prinzipien der Bildverarbeitung in der Retina der Säugetiere. Dr. Alexander Schütz

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1 Prinzipien der Bildverarbeitung in der Retina der Säugetiere Dr. Alexander Schütz

2 Aufbau des Auges

3 Aufbau der Retina

4 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

5 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

6 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

7 Stäbchenbahn Stäbchen werden durch Licht gehemmt. Hemmende Synapse mit Stäbchenbipolarzellen (Ein- Bipolarzellen) Diese haben eine erregende Synapse mit Amakrinzellen (AII). Amakrinzellen: Aus-Schicht: hemmende Synapse mit Aus- Ganglienzellen Ein-Schicht: erregende Synapse mit Ein- Ganglienzellen

8 Zapfen- & Stäbchenbahnen Zapfen- und Stäbchensignale laufen zuerst auf getrennten Bahnen, Zusammenführung auf Ebene der Ganglienzellen. Zwei getrennte, parallele Bahnen für Hell- & Dunkel- Informationenen

9 Fovea Verteilung der Photorezeptoren 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

10 Verteilung der Photorezeptoren

11 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

12 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

13 Klassifikation der Ganglienzellen

14 Klassifikation der Ganglienzellen

15 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

16 Betazellen Physiologische Eigenschaften Kleines Dendritenfeld => Kleines rezeptives Feld Tonische Reizantwort Psychophysische Eigenschaften Erfassung ruhender Muster z.b. beim Fixieren Detailsehen, Sehschärfe Farbsehen

17 Klassifikation der Ganglienzellen

18 Mosaik der Ganglienzellen

19 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

20 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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