Bildverarbeitung in der Netzhaut

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Bildverarbeitung in der Netzhaut

• Seminar Visuelle Wahrnehmung
• Dozent Kai Hamburger
• Referentin Stefanie Weis
• Datum 3.5.2005

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Gliederung

• Einführung
• Struktur der Netzhaut
• Verarbeitung von Helligkeitsinformationen
• Verarbeitung von Ortsinformationen
• Weitere Verarbeitungsaspekte
• Zusammenfassung
• Fragen

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Einführung

• Auge wichtigstes Sinnesorgan und
  wesentlichstes Wahrnehmungsinstrument
• Schon in der Netzhaut des Auges wird vorsortiert,
  gefiltert und nur noch ein Teil der Informationen
  ans Gehirn weitergeleitet
• Es gibt unterschiedliche Neuronen mit
  spezifischen Funktionen und Filtereigen-schaften,
  die jeweils auf bestimmte Aspekte einer visuellen
  Szene ansprechen

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Struktur der Netzhaut

• Durch das optische System des Linsenauges wird
  ein Bild auf den Augenhintergrund projiziert und
  von der Netzhaut in neuronale Signale umgewandelt
• Retina 0,2mm dick und anatomisch sehr klar
  geschichtet
• Photorezeptor ? Bipolarzelle ? Ganglienzelle
• Quervernetzung durch Horizontalzellen und
  Amakrinzellen ? dadurch können Signale stark
  moduliert werden

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Struktur der Netzhaut
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Verarbeitung von Helligkeitsinfos

• Dämmerungssehen Stäbchen
• Tagessehen Zapfen
• Zapfen Stäbchen werden bei Belichtung
  hyperpolarisiert, d.h. in ihrer Aktivität gehemmt
• Sie unterscheiden sich in ihrer Empfindlichkeit
  und dem Ansprechen auf bestimmte Wellenlängen
• Zapfen Stäbchen haben getrennte Bahnen, die zu
  den Ganglienzellen führen

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Zapfenbahn

• Jeder Zapfen ist mit 2 Sorten von Bipolarzellen
  verknüpft
• Aus-Bipolarzelle wird bei Belichtung ebenfalls
  gehemmt und bei Dunkelreiz erregt
• Ein-Bipolarzelle wird bei Belichtung erregt und
  bei Dunkelreiz gehemmt
• Ebenso gibt es auch Aus- und Ein-Ganglienzellen

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Zapfenbahn
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Stäbchenbahn

• Stäbchen hat nur Kontakt mit einer Sorte
  Bipolarzellen, den Stäbchenbipolarzellen
• Diese werden bei Belichtung erregt und bei
  Dunkelreizen gehemmt
• Stäbchenbipolarzellen haben keinen direkten
  Kontakt zu Ganglienzellen, sondern übertragen
  ihre Signale auf die Amakrinzellen

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Verarbeitung von Ortsinfos

• Jedes Neuron hat einen bestimmten Einzugsbereich,
  das rezeptive Feld
• Nur wenn sich ein Reiz innerhalb des rezeptiven
  Feldes befindet reagiert die Nervenzelle
• Anatomische Ausdehnung des Dendriten-baumes
  bestimmt die Größe des Feldes
• Rezeptives Feld Zentrum Umfeld
• Ein-Ganglienzelle wird bei Belichtung des
  Zentrums erregt, bei Belichtung des Umfelds
  gehemmt

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Verarbeitung von Ortsinfos

• Aus-Ganglienzelle wird bei Dunkelreiz im Zentrum
  erregt, bei Dunkelreiz im Umfeld gehemmt
• Erregung im Zentrum läuft über Bipolarzellen,
  Hemmung im Umfeld über Horizontal- und
  Amakrinzellen
• Antagonistische Organisation ? v.a. Kontraste und
  weniger Absoluthelligkeit werden gut wahrgenommen

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Verarbeitung von Ortsinfos

• Verschiedene Ganglienzelltypen
• Alpha-Zellen großer Zellkörper großer
  Dendritenbaum
• Beta-Zellen mittelgroßer Zellkörper kleiner
  Dendritenbaum
• Gamma-Zellen kleiner Zellkörper
  unterschiedlich große Dendritenbäume
• Jeder Zelltyp filtert unterschiedliche
  Informa-tionen aus dem Bild heraus und gibt sie
  in getrennten Kanälen parallel an die visuellen
  Zentren des Gehirns weiter

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Verschiedene Ganglienzelltypen
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Verschiedene Ganglienzelltypen
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Weitere Verarbeitungsaspekte

• Es gibt ca. 20 Amakrinzelltypen, die sich in
  Form, Funktion und Transmitter unterscheiden
• Die Ganglienzelltypen sind selektiv mit
  unterschiedlichen Amakrinzellen verknüpft und
  erhalten so unterschiedlich vorgefilterte Infos
• Jede Ganglienzellklasse überdeckt die Retina
  mosaikartig, überschaut so das gesamte
  Gesichtsfeld und filtert den Anteil der visuellen
  Informationen heraus, für den sie zuständig ist

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Weitere Verarbeitungsaspekte
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Weitere Verarbeitungsaspekte

• Im Zentrum der Retina sind die Zellen am
  dichtesten, weshalb das Auflösungs-vermögen dort
  besonders gut ist
• Zur Peripherie hin nimmt die Dichte der
  Ganglienzellen kontinuierlich ab, die einzelnen
  Dendritenbäume werden dabei entsprechend größer,
  um eine vollständige Überdeckung des
  Gesichtsfeldes zu garantieren

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Zusammenfassung

• Bereits ein beträchtlicher Teil der
  Bild-verarbeitung findet in der Retina statt,
  bevor die Signale an die visuellen Zentren des
  Gehirns weitergeleitet werden
• Verschiedene Nervenzelltypen filtern dabei
  unterschiedliche Informationsanteile des Bildes
  heraus und geben sie in getrennten Kanälen an die
  nächsthöheren Verarbeitungsstellen weiter

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Zusammenfassung

• Jede funktionelle Nervenzellklasse überdeckt die
  Retina mit einem regelmäßigen Mosaik allerdings
  sind diese Zellraster nur in der zentralen Retina
  sehr fein und werden zur Peripherie hin gröber

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Fragen

• Wie reagieren die Photorezeptoren der Retina auf
  einen Lichtreiz?
• Welche Arten von Ganglienzellen gibt es und worin
  unterscheiden sie sich?

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DANKE

• FÜR EURE AUFMERKSAMKEIT !!!