Kontrastsehen – vom rezeptiven Feld zur optischen Täuschung

Kontrastsehen – vom rezeptiven Feld zur optischen Täuschung Übung

• Beschreibe die Funktionen der Zellen in der Netzhaut.

  Tipps

  Lateraler Informationsfluss = seitlicher Informationsfluss. Die Erregung wird nicht nur von rechts nach links weitergetragen, sondern es gibt auch eine Verrechnung der Signale zwischen benachbarten Zellen.

  Lösung

  Das Pigmentepithel bildet die äußerste Schicht der Netzhaut. Hier sind die Sensorzellen verankert. Es ist für den Schutz und die Versorgung der Netzhaut zuständig.

  In den Sensorzellen wird der visuelle Reiz in elektrische Erregung umgewandelt. Man unterscheidet zwischen Zapfen (Farbensehen) und Stäbchen (Schwarz-Weiß-Sehen).

  Die Bipolarzellen leiten die Erregung von den Sensorzellen weiter zu den Ganglienzellen. Hier findet bereits eine erste Verrechnung der Signale statt. Eine Bipolarzelle ist in der Regel mit mehreren Sensorzellen verschaltet.

  Die Axone der Ganglienzellen bilden den Sehnerv, über den die Erregung ins Gehirn weitergeleitet wird. Sie bilden die vorderste Schicht der Netzhaut.

  Die Horizontalzellen sind mit den Sensorzellen und den Bipolarzellen verbunden. Sie ermöglichen eine Verrechnung von Signalen benachbarter Sensorzellen. Dies bezeichnet man als lateralen Informationsfluss.

  Die Amakrinzellen haben eine ähnliche Funktion wie die Horizontalzellen. Auch sie sorgen für einen lateralen Informationsfluss, allerdings zwischen den Bipolarzellen und den Ganglienzellen.

• Nenne Eigenschaften eines rezeptiven Feldes.

  Tipps

  Ein rezeptives Feld ist eine Gruppe von Sinneszellen, die ihre Informationen an die gleiche Ganglienzelle weiterleiten.

  Lösung

  Alle Sinneszellen, die ihre Informationen an die gleiche Ganglienzelle weiterleiten, bezeichnet man als rezeptives Feld. Ein rezeptives Feld besteht immer aus einem Zentrum und einem Umfeld. Dabei wirken diese beiden Regionen immer gegensätzlich. D.h. wirken die Sinneszellen des Zentrums aktivierend, dann wirken die Sinneszellen des Umfelds hemmend. Ein hemmendes Zentrum und ein aktivierendes Umfeld sind ebenfalls möglich.

  Durch die gegenseitige Beeinflussung benachbarter Zellen spielen rezeptive Felder eine wichtige Rolle bei der lateralen Informationsverarbeitung.

• Ermittle die Anzahl der Aktionspotentiale nach der lateralen Inhibition.

  Tipps

  Erst in der untersten Zahlenreihe werden die Signale miteinander verrechnet. In der Reihe darüber musst du angeben, wie stark die Hemmung ist, die von der jeweiligen Sinneszelle ausgeht.

  Die Hemmung berechnet sich wie folgt: Erregungsstärke x Inhibitionsrate z.B.: 100 x 30% = 100 x 0,3 = 30

  Lösung

  Nochmal vorneweg die Erinnerung: Die hier verwendeten Zahlen sind nur exemplarisch und dienen der Veranschaulichung!

  Als erstes musst du für jeden Zapfen die Erregungsstärke mit der lateralen Hemmung verrechnen. Für die Zapfen im dunklen Bereich ergibt das: 40 x 30% = 12. Für die Zapfen im hellen Bereich: 100 x 30% = 30. Um diese Anzahl an Aktionspotentialen werden also die benachbarten Zellen jeweils gehemmt. An der Grenze von hell zu dunkel ist es wichtig, auf die Verschränkung zu achten. Die Zellen in der Mitte der Abbildung werden um 42 APs gehemmt.

  Bei der endgültigen Verrechnung werden die hemmenden APs von der ursprünglichen Erregung abgezogen. Für den äußeren dunklen Bereich lautet die Berechnung wie folgt: 40 - 12 -12 = 16. Für den äußeren hellen Bereich: 100 -30 -30 = 40

  An der Grenze zwischen hell und dunkel ist die Anzahl der hemmenden APs anders. Für das Stäbchen im Dunkeln: 40 -12 -30 = -2. Für das Stäbchen im Hellen: 100 -12 -30 = 58.

  Die Differenz von 60 APs zwischen -2 und 58 an der Grenze zwischen hell und dunkel verdeutlicht die Kontrastverstärkung durch laterale Hemmung.

• Erkläre das Phänomen des Hermann-Gitters.

  Tipps

  Fovea centralis = Sehgrube, Ort des schärfsten Sehens in der Netzhaut

  Lösung

  Wenn man das Hermann-Gitter betrachtet, fällt auf, dass nur die Kreuzungsmitte, die fokussiert wird, weiß erscheint. Die Kreuzungsmitten, die im Bereich der peripheren Sicht liegen, erscheinen grau.

  Erklären lässt sich das mithilfe von rezeptiven Feldern: Beim Feld in der Kreuzungsmitte liegen mehr Sinneszellen im weißen Bereich als beim Feld auf der „Straße". Folglich werden auch mehr Zellen erregt. Da die Zellen des Umfelds aber eine hemmende Wirkung haben, wirkt das Umfeld in der Kreuzungsmitte insgesamt hemmender als sein Nachbar. Durch die starke hemmende Wirkung des Umfelds wird die aktivierende Wirkung des Zentrums verringert. Sogar so stark, dass wir statt eines weißen Flecks einen grauen wahrnehmen.

  Wieso sehen wir dann aber die fokussierte Kreuzungsmitte als weißen Fleck? Hier kommt die Fovea centralis ins Spiel. Sie ist der Ort des schärfsten Sehens. Nur an diesem Ort auf der Netzhaut können wir scharf sehen und wirklich fokussieren. Der Grund dafür ist die etwas andere Verschaltung der Nervenzellen. Hier ist jede Sinneszelle mit nur einer Ganglienzelle verschaltet. So liefern die Informationen ein viel genaueres Bild als in der restlichen Netzhaut. Die rezeptiven Felder der Fovea centralis sind also deutlich kleiner und liefern so einen korrekten Seheindruck der Kreuzungsmitte.

• Definiere den Begriff Kontrast.

  Tipps

  Der Kontrast beim Fell des Zebras ist besonders groß, da hier schwarz und weiß direkt nebeneinander liegen.

  Lösung

  Als Kontrast bezeichnet man den Unterschied zwischen hellen und dunklen Bereichen oder Farben. So ist der Kontrast beim Fell des Zebras besonders groß, da hier schwarz und weiß direkt nebeneinander liegen. Je geringer der Unterschied zwischen den Farben oder den Helligkeitsstufen ist, desto kleiner ist der Kontrast.

• Deute die folgende Abbildung.

  Tipps

  Die Fovea centralis (Ort des schärfsten Sehens) ist der Mittelpunkt des gelben Flecks.

  Lösung

  Die Abbildung zeigt die Verteilung der Stäbchen und Zapfen auf der Netzhaut. Man kann erkennen, dass es in der Netzhaut deutlich mehr Stäbchen als Zapfen gibt.

  Am blinden Fleck tritt der Sehnerv aus der Netzhaut aus in Richtung Gehirn. Deswegen ist an dieser Stelle kein Platz für Sensorzellen. Fällt Licht auf den blinden Fleck, kann der Reiz nicht verarbeitet werden. Da sich die blinden Flecken beider Augen nicht überlagern, kann diese Lücke in der Netzhaut durch das jeweils andere Auge ausgeglichen werden.

  Der gelbe Fleck ist der Ort mit den meisten Zapfen. Hier liegt auch die Fovea centralis, der Ort des schärfsten Sehens. Jeweils eine Sensorzelle ist mit einer Ganglienzelle verschaltet. Das ermöglicht uns genauers Fokussieren. Aufgrund der hohen Dichte an Zapfen gibt es hier weniger Stäbchen.

  Insgesamt umfasst unser Gesichtsfeld eine Spanne von etwa 180°, wenn unsere Augen nach vorne gerichtet sind. Das kannst du selbst mal testen: Halte deine Hände auf einer Linie links und rechts neben deine Schultern. Bewege sie dann langsam nach vorne und nach hinten. Schau dabei geradeaus und bewege deine Augen nicht. Ab wann kannst du deine Hände erkennen?