Netzhautfunktion: neue Studienergebnisse aus Tübingen zu Informationsübertragung

Unser Sehvermögen ist ausgezeichnet: Es funktioniert auch unter extremen Bedingungen, vom Spaziergang unterm Sternenhimmel bis zur Ski-Abfahrt im gleißenden Sonnenlicht - und dies weitaus geschmeidiger und stabiler, als selbst modernste Digitalkameras arbeiten. Wissenschaftlern war bekannt, dass die ersten Schritte der "Bildverarbeitung" bereits innerhalb des Auges ablaufen: die Netzhaut enthält nicht nur die lichtempfindlichen Sinneszellen, sondern sie bereitet Informationen auch auf und leitet diese als komplexes Aktivitätsmuster über den Sehnerv an das Gehirn weiter.

Neue Erkenntnisse des CIN

Eine Studie zeigt nun, dass dieser Vorgang noch vielschichtiger ist als gedacht: Wissenschaftler des Werner Reichardt Centrums für Integrative Neurowissenschaften (CIN) an der Universität Tübingen und des Tübinger Bernstein Centers for Computational Neuroscience wiesen nach, dass die Aktivitätsmuster, also die "Sprache" der Netzhaut, grundlegend von der Helligkeit unserer Umgebung abhängen. Ändern sich die Lichtverhältnisse, spricht die Netzhaut eine andere Sprache. Die Studie wurde am 8. Dezember 2014 in der Fachzeitschrift "Nature Neuroscience veröffentlicht: DOI 10.1038/nn.3891

Helligkeit beeinflußt Informationstransfer

„Bisher ging die Wissenschaft davon aus, dass die Netzhaut die gleiche Szene immer in ein bestimmtes Aktivitätsmuster umwandelt“, erklärt [Dr] Thomas Münch vom CIN. Wie er und seine Mitarbeiter der Arbeitsgruppe "Retinal Circuits and Optogenetics" aber feststellten, liefert die Netzhaut von der gleichen Szene jeweils völlig unterschiedliche Informationen ans Gehirn, sobald sich die Helligkeit auch nur leicht verändert. Beim Betrachter kommt zwar der gleiche Bildausschnitt an - aber die Impulse der Nervenzellen sind grundsätzlich andere. Ein besseres Verständnis dieser Vorgänge könnte dazu beitragen, Digitalkameras und andere technischen Geräte zu verbessern, aber auch Sehprothesen effizienter zu gestalten.

Kommunikation von Auge und Gehirn

Schon länger ist bekannt, dass die Netzhaut viele Einzelinformationen über das einfallende Bild gleichzeitig an das Gehirn weiterreicht. So geben bestimmte "Informationskanäle" Aufschluss über Farben, andere Kanäle über die Kanten innerhalb des Bildes, das Verhältnis von Licht und Schatten oder die Bewegungsrichtung von Objekten. Die Aktivität all dieser Informationskanäle zusammen formt die Sprache, mit der das Auge mit dem Gehirn kommuniziert. Doktorandin Katja Reinhard, die mit ihrer Kollegin Alexandra Tikidji-Hamburyan die Studie maßgeblich durchführte, erklärt die neuen Befunde an einem Beispiel: „Wenn Sie beim Skifahren das Alpenpanorama einmal mit und einmal ohne Sonnenbrille betrachten, dann schicken die verschiedenen Informationskanäle der Netzhaut grundverschiedene Signale ans Gehirn. Die Sprache der Netzhaut hat sich also alleine wegen der Sonnenbrille komplett verändert, obwohl man das gleiche Bild sieht.“

Komplexes Sehsystem

„Die Ergebnisse erfordern ein Umdenken über die Funktion unseres Auges und des Sehsystems insgesamt“, sagt Münch. Sie zeigten, wie komplex unser Sehsystem sei - selbst die ersten Schritte des Sehens in der Netzhaut. Für die Wissenschaftler ergeben sich damit auch neue Fragen: Warum ändert sich die Netzhaut-Sprache überhaupt? Wie kann unser Gehirn trotzdem immer das gleiche Bild erkennen?

Originalpublikation

Tikidji-Hamburyan A, Reinhard K, Seitter H, Hovhannisyan A, Procyk CA, Allen AE, Schenk M, Lucas RJ & Münch TA (2014) "Retinal output changes qualitatively with every change in ambient illuminance" Nature Neuroscience doi: 10.1038/nn.3891

Quelle

Universität Tübingen