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Bau des Auges...

Description

Bestandteile Linse Linsenbänder und Ringmuskulatur Lederhaut Hornhaut Pupille Iris Glaskörper Augenmuskel Sehnerv Netzhaut Aderhaut mit Pigmentschicht

Funktion Schutz; bricht Licht Akkomodation (Scharfstellung) Lederhaut Schutz; bricht Licht Öffnung, wo das Licht in Auge gelangt Adaption (Lichtverhältnisse) Halt/Form Bewegung sendet Information zum Gehirn besitzt Photorezeptoren Versorgung mit Blut; Pigmentschicht (schwarz) → keine Rückreflektion des Lichtes bzw. des Bildes

Akkomodation scharf → Ziliarmuskel angespannt (Linse Rund und wird dicker) unscharf → Ziliarmuskel locker Adaption Hell → Pupille verkleinert → Iris breitet bzw. weitet sich Dunkel → Pupille geweitet → Iris zieht sich zusammen

Funktion und Bau Netzhaut/Retina

• Bevor Lichtstrahlen auf Netzhaut trifft, durchdringt es mehrere Schichten Nervenzellen

• Lichtsinneszellen bestehen aus: → Stäbchen (Hell-Dunkel-Sehen, etwa 120Mio) → Zapfen (Farbsehen, etwa 6Mio=

Zapfen benötigen bestimmte Lichtwellen zum erkennen (in nm)

Zellulärer Aufbau der Retina • besteht aus mehreren Zellschichten ‣ sind invers (verkehrt herum) angeordnet • Licht muss vom Glaskörper durch Müllerzellen, Ganglienzellen, amakrinen Zellen, Bipolarzellen und den Horizontalzellen gelangen, um auf die lichtempfindlichen Lichtsinneszellen/Fotorezeptoren zu gelangen ‣ Lichtsinneszellen/Fotorezeptoren --> Umwandlung des Lichtreizes in elektrische Signale Zellen Funktion Müllerzellen gehören zu den Ganglienzellen; durchzieht die Retina; stützen, "ernähren" und versorgen die übrigen Zellen Ganglienzellen erhalten Signale von einer Vielzahl von Fotorezeptoren amakrinen Zellen bekommen Informationen von Bipolarzellen und beeinflussen benachbarte Ganglienzellen, Bipolarzellen und andere amakrinen Zellen durch seitliche Verbindungen Bipolarzellen Vermittler zwischen den Fotorezeptoren und den Ganglienzellen --> Sehnerv Horizontalzellen Erhalten Informationen von den Fotorezeptoren und verändern über seitliche Fortsätze die Signale der Bipolarzellen und der Fotorezeptoren → blinder Fleck = Fleck/Ort an Austrittsstelle des Sehnervs, wo lichempfindliche Zellen fehlen ‣ "Bild" trotzdem ohne "Fehler", da Gehirn die Informationen mit dem anderen Auge den fehlenden Bereich ergänzt → es befinden sich Regionen mit unterschiedlicher Qualität in Bildauflösung in der Retina ‣ Zentrum des von der Linse erzeugten Bildes und fällt auf eine kleine, gelb erscheinende Fläche → kleine, gelb erscheinende Fläche= besteht aus besonders dünnen und durchscheinenden Zellschichten ‣ Dichte der Zapfen sehr hoch --> Bereich des schärfsten Sehens ‣ gelber Fleck/Fovea Durch den Aufbau von verschiedenen Zellschichten wird es ermöglicht, die von den Fotorezeptoren abgegebenen elektrischen Signalen miteinander zu verrechnen, bevor die entstehenden Signalmuster in entsprechenden Hirnzentren zu einer visuellen Wahrnehmung verarbeitet werden.

Fotorezeptoren → zwei Arten von Fotorezeptoren 1. Stäbchen 2. Zäpfchen • jeder Fotorezeptor besteht aus einem Außensegment und einem Innensegment Außensegment • enthält einen Stapel aus membranförmigen Scheibchen (Disk) ‣ in Membranabschnitten befinden sich lichtempfindliche Farbstoffmoleküle (Fotopigmente), die das Licht absorbieren und dabei eine Veränderung des Memrbanpotenzials auslösen Innensegment • enthält den Zellkern und alle Zellorganellen, die für die Aufrechterhaltung des Zellstoffwechsels notwendig sind • besitzt eine synaptische Endigung, über die die nachgeschlagenen Zellen aktiviert werden → Stäbchen = haben ein langes zylindrisches Außensegment mit vielen Disks = größere Anzahl an Disks

→ Zapfen

= ermöglichen das Sehen bei geringen Lichtintensitäten = enthalten alle das gleiche Fotopigment = besitzen ein kürzeres, sich zuspitzendes Außensegment mit weniger Disks = ermöglichen das Sehen bei hoher Lichtintensitäten = enthalten drei verschiedene Arten von Zapfen mit jeweils einem anderen Pigment = können verschiedene Wellenlänge absorbieren und sind für die Farbwahrnehmung verantwortlich

Fototransduktion und Farbsehen Sehfarbstoffe

→ lichtempfindliche Disks der Stäbchen und Zapfen enthalten eine große Anzahl von Farbstoffen → bestehen aus dem Farbstoff Retina (lichtabsorbierend) und Opsin (Membranprotein) ‣ bilden zusammen das Rhodopsin → bereits ein einziges Photon verändert die räumliche Struktur des Retinals → Bleichung = aus dem 11-cis-Retinal entsteht das all-traps-Retinal, innerhalb 1ms reagiert daraufhin das fotoangeregte Rhodopsin zum Metarhodopsin II = das violette Rhodopsin verändert seine Farbe zum gelben Metarhodopsin Vom Lichtreiz zum Nervenimpuls → Spannungsverhältnisse an den Membranen der Fotorezeptoren unterscheiden sich von anderen Rezeptorzellen → Ruhepotenzial eines Neurons bei etwa -65mV → Membranpotenzial der Disks von Stäbchen in völliger Dunkelheit bei etwa -40mV → Depolarisation der Fotorezeptoren wird durch ständigen Einstrom von Natriumionen verursacht ‣ auch Dunkelstrom genannt, da in Abwesenheit von Licht erfolgt → Natriumkanäle werden durch zyklisches Guanosinmonophosphat (cGMP) offen gehalten → Depolarisation führt zu einer permanenten Abgabe des Neurontransmitters Glutamat am Synapsenendknöpfchen des Stäbchens → eigentliche Umwandlung des Lichtreizes in einen Nervenimpuls (Fototransduktion) wird von der Bildung des Metarhodopsins II eingeleitet Abbau von cGMP) → Abnahme der Konzentration des cGMP durch einen Lichtreiz hat eine Schließung der Natriumionenkanäle zur Folge → es kommt zu einer Hyperpolarisation der Stäbchenmembran auf etwa -70mV Synapsenendknöpfchen der Stäbchen wird geringer, Hemmung der nachgeschalteten Neuronen nimmt ab → Konzentration von cGMP fällt rasch, da jedes Rhodopsinmolekül eine Vielzahl von Transducinmolekülen und Phosphodiesterasen aktiviert → cGMP-Moleküle übermitteln als sekundärer Botenstoff, als second messenger, die primäre Reizinformation intrazellulär an die Ionenkanäle und beeinflussen deren Öffnungszustand Photon, um den Fluss von mehr als einer Millionen Natriumionen zu

blockieren

Farbsehen → Prozess der Fototransduktion in den Zapfen ist nahezu der gleiche wie der in den Stäbchen empfindlich sind → In Abhängigkeit vom Absorptionsspektrum des eingelagerten Opsins unterscheidet man zwischen Blau-Zapfen, Grün-Zapfen und Rot-Zapfen → Im Gegensatz zu den Zapfen können Stäbchen nur Licht eines Wellenlängenbereichs absorbieren Zapfen ermöglicht

Hell-Dunkel-Sehen → Sehsinn während des Tages hängt vollständig von den Zapfen ab zu werden → hohe Lichtintensitäten führen in den Zapfen immer noch zu Nervenimpulsen → cGMP-Konzentration fällt in den Stäbchen dagegen auf einen Wert, bei de keine weitere Hyperpolarisation entstehen kann → Bei geringer Lichtintensität ist die Rhodopsinkonzentration in den Zapfen und Stäbchen hoch und die Lichtempfindlichkeit als am Tag → kein augenblicklicher Prozess zwischen Tagsehen und Nachtsehen umgebleichte Rhodopsin regeneriert wird → Empfindlichkeit gegenüber Licht steigt in diesem Zeitraum auf das Millionenfache Die Hell-Dunkel-Adaption ermöglicht es, dass das Sehen bei Lichtverhältnissen vom hellen Tag bis zu fast stockfinsterer Nacht funktioniert.

Vom Reiz zur Wahrnehmung

Verarbeitung in der Netzhaut → bereits in der Retina des Auges beginnt die Verarbeitung der Reizinformation → Signale der knapp 130 Millionen Fotorezeptoren werden von etwa einer Million Ganglienzellen interpretiert, bevor die Information weiter ans Gehirn geht → kleine Gruppe meist kreisförmig zusammenstehender Fotorezeptoren beeinflusst die Aktivität einzelner Ganglienzellen

→ man Unterscheidet rezeptive Felder mit ON-Zentrum und OFF-Zentrum und umgekehrt der weiterleitenden Ganglienzelle verknüpft → fällt Licht auf die Stäbchen im Zentrum, führt dies zu einer Abnahme ihrer Transmitterfreisetzung → wird dadurch die ON-Bipolarzelle depolarisiert, bewirkt sie über erregende Synapsen eine erhöhte Aktionspotenzialfrequenz der nachgeschalteten Ganglienzelle → Im Umfeld sind die Stäbchen über Horizontalzellen mit den Stäbchen im Zentrum verknüpft

Zentrum nicht verändert haben → Licht im Umfeld hemmt somit die Aktivität der zentralen ON-Bipolarzellen → Verschaltung führt dazu, dass Kontraste verstärkt werden → rezeptives Feld mit OFF-Zentrum und ON-Umfeld funktioniert entsprechend umgekehrt → helle Flecken vor dunklem Hintergrund führen zu besonders starken Änderungen der Aktionsporenzialfrequenz → in der Netzhaut beginnt die Bildverarbeitung, Informationen werden verstärkt, vernachlässigt und gebündelt

Von der Netzhaut ins Gehirn → Axone aller Ganglienzellen verlassen gemeinsam durch die Austrittsstelle am Augapfel, den blinden Fleck, das Auge und bilden Bündel von etwa einer Million Nervenfasern → gebündelten Nervenfasern = Nervus opticus/Sehnerv → Sehnerven beider Augen treten durch eine Öffnung in der Schädelbasis in das Gehirn ein gegenüberliegenden Seite des Gehirn → Sehnervkreuzung = Chiasma opticum → Aufteilung erfolgt so, dass alle Nervenfasern, deren Ursprung in den rechten Netzhauthälften beider Augen liegt, in die rechte Großhirnhälfte führen und umgekehrt Gesichtsfelder von beiden Augen zur Sehrinde, dem visuellen Cortex, der rechten Hirnhälfte und die Informationen der rechten Hälfte der Gesichtsfelder zum visuellen Cortex der linken Hirnhälfte → Je ein Bündel von Nervenfasern verläuft ausgehend vom Chiasma opticum als Sehstrang oder Tractus opticus zum Thalamus und dann zum visuellen Cortex in

Corticale Verarbeitung → Nervenfaser der Sehbahn sind mit Neuronen im visuellen Cortex verbunden → Einige Felder reagieren ebenso wie in der Netzhaut besonders auf Kontraste, Konturen oder Farbunterschiede im Gesichtsfeld Umgebung antworten → Vom visuellen Cortex ausgehend wird die verarbeite Information zu weiteren Cortexarealen über zwei Hauptpfade weitergeleitet → Verbreitungsstrom über den Scheitellappen und zum Stirnlappen dient der Raum- und Positionswahrnehmung sowie der Richtungswahrnehmung "Wohin-Strom" genannt → Strom über den Schläfenlappen ist für das Erkennen und Benennen von Objekten, also für die Farb-, Muster- und Formwahrnehmung von besonderer Bedeutung → visuelle Informationsverarbeitung erfolgt parallel, schrittweise und arbeitsteilig in verschiedenen Arealen → Neuronengruppen bilden funktionale Netzwerke, die jeweils für bestimmte Eigenschaften visueller Reize empfindlich sind → parallele Bildverarbeitung bietet den Vorteil, dass sich große Informationsmengen gleichzeitig verarbeiten lassen → Vernetzung der Cortexareale ermöglicht, dass die bereits gefilterten und analysierten Informationen zusammengeführt und mit gespeicherten Informationen aus dem Gedächtnis verglichen und zu einem Gesamteindruck verknüpft werden → Verarbeitung der Information kann allerdings auch zu Fehlinterpretation führen → Reizinformation aus unserer Umgebung wird durch gespeicherte Erfahrungen interpretiert und verändert → subjektive Gesamteindruck des Gesehenen

Optische Täuschung Wahrnehmung normal: • Bild wird normal vom Auge wahrgenommen • Weiterleitung zum Assoziationsfeld, welches in einem anderen spezialisierten Bereich des Großhirns liegt → Bild kann durch bereits gespeicherte Informationen zugeordnet werden Wahrnehmung optischer Täuschungen • gleicher Vorgang wie bisher nicht „richtig“ zugeordnet werden kann → nach einer schon „gelösten“ optischen Täuschung, werden diese „schneller“ gelöst bzw. wahrgenommen...