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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. Bipolarzellen3. 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 (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
Zapfen- & Stäbchenbahnen○ Zapfen- und Stäbchensignale laufen zuerst auf
getrennten Bahnen, Zusammenführung auf Ebene der Ganglienzellen.
○ Zwei getrennte, parallele Bahnen für Hell- & Dunkel- Informationenen
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)