Neurowissenschaft - Auge und visuelles System

Die Axone der Ganglienzellen verlassen die Retina über den blinden Fleck und die Fasern kommen zusammen und formen den N. opticus.

Stäbchen/Zäpfchen => bipolare Zellen (Retina) => Ganglienzellen (Retina) und Fortsetzung (N. opticus) => Chiasma opticum => Tractus opticus => Corpis geniculatum laterale (Thalamus) => Radiation optica => primärer visueller Kortex (V1)

1. Totaler Verlust des Sehens mit dem linken Auge = Verlust des Teils des linken Gesichtsfeldes
2. Verlust des totalen Sehfeldes rechts von beiden Augen
3. Verlust der visuellen Informationen, die über die überkreuzenden Farern Richtung Hirn transportiert werden. Sehfeld schränkt sich auf beiden Seiten ein.

• (Hauptziel) Thalamus: Corpus geniculatum laterale
  • Synapse dann Nerv zum V1
  • 80% der Afferenzen kommen aus dem primären visuellen Kortex (Feedback, Aufmerksamkeitsprozess)!
  • Afferenzen von Retina, visueller Kortex und Hirnstamm
• Hypothalamus: Nucleus suprachiasmaticus
  • Wach-Schlaf-Rhythmus, Tag-Nacht-Rhythmus
  • Infos aus spezielisierten Ganglienzellen (Melanopsin)
• Pretectum: Mesencephalon (oberer Teil Hirnstamm)
  • Öffnung der Pupille, Bewegungen des Auges
  • Pupillenreflex
• Colliculus superior: Dach Mesencephalon
  • Bewegung Kopf, Augen
  • wird benötigt, um ein Bild auf der Fovea zu zentrieren
  • Verbindung mit Motoneuronen

• in 6 übereinanderliegenden Schichten, getrennt durch jeweils eine weiss Schicht
• unterste Schicht = Coniozelluläre Schicht (keine M oder P Ganglienzellen)

• Informationen über das rechte Auge machen Synapsen mit den Schichten 2, 3, 5
• Inromationen über das linke Auge machen Synapsen mit den Schichten 1, 4, 6

Regionen, die bei der Netzhaut übereinander sind, werden nebeneinander beim CGL projeziert. Die Information wird bis zum primären Kortex beibehalten.

• der inferiore Teil von V1 bekommt die relativen Informationen vom superioren Teil des Gesichtsfeldes
• Der superiore Teil des V1 bekommt die relative Information des inferioren Teils des Gesichtsfeldes

6 Schichten (Aufgabeneinteilung)

Schicht III, IVb, V, VI: Pyramidale Zellen

Schicht IVc: kleine stachelige Sternzellen

Die Axone, welche vom CGL kommen, werden in die IVc Schicht projiziert:

• M-Zellen in die IVcalpha
• P-Zellen in die IVcbeta
• Coniozellen in die Schichten I-III

• Ursprung Netzhaut
• Projektion in Schicht 1 und 2 des CGL
• Projektion in Schicht IVcalpha des visuellen Kortex
• Weiterleitung der Information an Sternzellen in Schicht IVb und III

übermittelt Form und Kontur

• Ursprung auf der Netzhaut
• Projektion in Schicht 3-6 des CGL
• Projektion in Schicht IVbeta des V1
• Weiterleigung an Schicht III

Farbenübermittlung

• Ursprung in der Netzhaut
• Projektion in die koniozellulären Schichten des CGL (dazwischen, K1-K6)
• Projektion in die Schicht III des V1

• grösser, länglich, binokular
• nicht alle mit Zentrum-Peripherie
• Reaktion auf Lichtbalken und nicht Lichtflech
• Selektive Reizorientierung (Wahrnehmung von Bewegung)
• selektiv zur Bewegungsrichtung von Reizen (beste Antwort, wenn der Lichtstrahl vertikal auftrifft, also in der ON-Zone ist)

Ort im Kortex, der alle Stimuli analysiert

Funktionen

• Kodierung von Konturorientierung (Elemente Erkennen, Gruppierungen)
• Kodierung von Bewegungsrichtung
• Kodierung der relativen Tiefe
• Kodierung von chromatischen Kontrasten

=> Objekt wird als Ganzes wahrgenommen

Okzipitalkortex: V1

Parietalkortex: dorsaler Weg, V7 (Ort, wo), Analyse Bewegung und Raum

Temporalkortex: V6 (Qualität, was), Erkennen von Objekten (Form und Farbe)

• medio-temporal
• infero-temporal

1. Hemianopsie (Verlust der Hälfte des Gesichtsfeldes) der kontralateralen Seite der Läsion
2. Komplette Zerstörung des primären visuellen Kortex, man sieht noch, Info kann aber nicht wahrgenommen werden = kortikale Blindheit
   Objekte können lokalisiert werden (wo V7, was V6), weil dieser Weg erhalten bleibt!

• Richtung von Bewegungen
• Farbe
• Formen

Er hat eine superiore analytische Funktion (mehr im Detail sehen, feinere Analyse, empfindlicher auf niedrigere räumliche Frequenzen, Dinge erkennen/erahnen, die gar nicht da sind)

V1 => V2 => V3 (räumliche Orientierung, Richtung und Tiefe => Form der Objekte)

dann zu

V5 (Infos aus V1, V2, V3 und IVb) => spezialisiert für die Wahrnehmung von Bewegung

dann zu V7

• Navigation: Fluss der Objekte, wenn wir uns in der Umwelt bewegen
• Orientierung der Augenbewegung: Bewegung von Objekten wahrnehmen in Zentrum und Peripherie
• Perzeption der Bewegung: Kapazität, Objekte und Bewegung zu identifizieren

V1 => V2 => V3 => V4

oder

V1 => V2 => V4 

Form- und Farberkennung, dann weiter zu

V6 (inferotemporaler Kortex)

• Erkennung von Gesichtern
• Pathologie: Prosopagnosie = Störung der Gesichtererkennung

• Sinneseindruck: Primäres Wissen durch Transduktion (Umwandlung der Energieform) nach Stimulus eines Sinnesorgans 

• Sinneswahrnehmung: Verarbeitetes Wissen in Form eines komplexen Verständnisses nach Verarbeitung der  Sinneseindrücken im Gehirn 

Spezifische Empfindungen (Jeder Rezeptor ist für bestimmte Stimuli sensitiv)

• Vision: Lichtenergie
• Audition: Ton
• Gleichgewicht
• Olfaktorisch: chemische Variationen (Geruch)
• Gustation: chemische Variationen (Geschmack)

Somatosensorische Empfindungen

• Exterozeptiv: taktil, thermisch (mechanische Variationen (Deformation, Schmerz)
• Proprioceptiv: Muskelspannung, Spannung der Bänder und Ligamente
• Interoceptiv: Sensibilität der inneren Organe
• Nozizeptiv: Sensibilität des Schmerzes

• Zusammenhang zwischen visuellem und auditiven System, wenn wir die Bewegung des Mundes sehen, nehmen wir vielleicht einen anderen Ton wahr, als wenn wir es nicht sehen. zB den Ton «Ba» nehmen wir als «Ba» wahr, wenn wir die entsprechende Bewegung des Mundes sehen und im Gegenteil dazu nehmen wir «fa» wahr, wenn wir diese entsprechende Bewegung des Mundes sehen.

Energietransport ohne Transport von Material (physisches Phänomen). Es handelt sich um elektromagnetische Wellen, die von Auge wahrnehmbar sind.

• Amplitude
• Wellenlänge
• Frequenz (Hz)

Frequenzen zwischen 400 und 700 sind für den Menschen sichtbar. Der Rest ist nicht sichtbar.

• Externe Anatomie
  • Augenlider: Schliessung, Schutz, M. orbicularis oculi (I: N. facialis)
  • Subpalpebrales Bindegewebe: Haltung des Auges in Orbita
  • Extra-occuläre Muskeln: 6 Muskeln, Innerviert durch Hirnnerv III (oculomotorius), IV (trochlearis) und VI (abducens), Bewegung in alle Richtungen
    • Pathologie: Schielen (Esotrophie, Exotrophie, Hypertrophie, Hypotrophie)
  • Glandula lacrymale (Tränendrüse): Tränenproduktion
  • Pupille: Öffnung des Lichteintritts
    • Pupillenreflex: Verbindung mit Hirnstamm
  • Iris: Kontrollmuskel der Pupillenöffnung
  • Hornhaut: bedeckt Pupille und Iris
  • Sklera (Lederhaut): Haut um Glaskörper, Ansatz der extra-occulären Muskulatur, Eintritt der Strahlen
  • Aderhaut: Absorption der unnützen Strahlen, sehr vaskularisiert
  • Retina: interne Schicht, die das Bild in elektrische Signale umwandelt
  • N. opticus
• Interne Anatomie
  • Macula: gelber Fleck
  • Fovea: Vertiefung im gelber Fleck, Ort des schärfsten Sehens
  • Blinder Fleck: keine Photorezeptoren, kein Sehen, Kompensation durch das Gehirn
  • Optische Platte: gibt Indikation über intrakranialer Druck (papilläre Ödeme)
  • Vordere und hintere Augenkammer: hinter Hornhaut, erhält die Form des Auges, bringt Nahrung zu den fobrösen Zellen und der Linse, Pathologie: Glaukom, Sichtfeldeinschränkung
  • Glaskörper: 80% des Volumens des Auges, viskös, intraocculärer Druck, Pathologie:
  • Linse: hinter Iris, an Ligamenten aufgehängt

• Myotopie: Brennpunkt vor der Retina, Korrektur mit konkaver Linse (Kurzsichtigkeit)
• Hypermetropie: Brennpunkt hinter der Retina, Korrektur mit konvexer Linse (Weitsichtigkeit)
• Astigmatismus: Hornhautverkrümmung, Linse oval gekrümmt, schräge Projektion auf die Retina, Korrektur mit schräger Linse (torisches Glas)
• Katarakt: Eintrübung der Linse, Verlust der Transparenz

• Laminäre Organisation der Retina
  • Ganglienzellschicht
  • Innere Körnerschicht: bipolare Neuronen, horizontale Zellen, Amakrinzellen
  • Äussere plexiforme Schicht: bipolare Neuronen, Horizontalzellen, synaptische Endigungen der Photorezeptoren (Synapsen zwischen den Endigungen der Photorezeptoren und den bipolaren Zellen)
  • Äussere Körnerschicht: Zellkörper der Photorezeptoren
  • Aussensegmente der Photorezeptoren: Elemente, die sensibel sind aufs Licht
  • Pigmentepithel: enhält die Photorezeptoren, Absorption des Lichts, um die Reflexion zu minimieren

• Photorezeptoren: Konversion der elektromagnetischen Signale des Lichts in ein Nervensignal (Aktionspotential), bestehen aus 4 Schichten
  • Externes Segment: sensibel auf Licht, enthalten Photopigmente
  • Internes Segment
  • Zellkörper
  • Synaptische Endigung
• Stäbchen (in der Peripherie)
  • Langes externes Segmet
  • Mehrere Disken an der synaptischen Endigung
  • 1000 mal sensibler auf Licht als die Zäpfchen (mehr photosensible Pigmente)
  • Schwarz/weiss Sehen
• Zäpfchen (in der Nähe der Fovea)
  • Farbensehen
  • 3 verschiedene Typen aufgrund des Opsins (Pigment), trochromatisches Sehen
    • S Zäpfchen: blau, sensibel auf kurze Wellenlängen
    • M Zäpfchen: grün, sensibel auf mittlere Wellenlängen
• L Zöpfchen: rot, sensiel auf lange Wellenlängen

• Direkter Weg: Transfer der visuellen Information der Photorezeptoren – bipolare Neuronen – Ganglienzellen – Aktionspotential im Sehnerv – Gehirn
• Indirekter Weg: Horizontalzellen beeinflussen die retinale Sehverarbeitung und aktivieren bipolare Neuronen, die Zellen erhalten Informationen von den Bipolarzellen und projizieren nach lateral, um die Ganglienzellen zu aktivieren

• Rhodopsin: Opsin + Retinal (Vitamin A), photosensible Pigmente in den externen Segmenten der Stäbchen, funktionieren wie ein Proteinrezeptor (Opsin)
  • Bei Lichteinfall: Änderung der Konfiguration der anatomischen Struktur des Retinals – Aktivierung Opsin – Aktivierung der Rezeptoren – Reaktionskaskade, hilft bei der Hyperpolarisation der Membran (ua. Schliessen des Na Kanals
    • Aktivierung des Rhodopsins durch Änderung der Konfiguration des Retinals
    • Aktivierung eines Protein G (Transducin)
    • Aktivierung eines Enzyms (Photodiesterase)
    • Verringerung der Konzentration von GMPc im externen Segment
    • Schliessung der Ionenkanäle
    • Hyperpolarisation der Mebran
    • Elektrisches Signal = Rezeptorpotential

• Wenn alle drei Farben gleichzeitig aktiviert sind = weiss
• Andere Farben: relative Verteilung der 3 Zäpfchenfarben

Bewegung eines Auges verursacht die gleiche Bewegung des anderen. Dies gibt Fähigkeit, in der Tiefe und in 3D zu sehen.

1. Refraktion: Hornhaut, konv konvergenz der Strahlen (Distanz Hornahut - Brennpunkt = Brennweite)

2. Refraktion: Linse

angemacht an den Ziliarmuskeln

• Objekt weit weg: Linse platt
• Objekt Nahe: Linse rund

Stimulation der Muskeln = Linse entspannt (Ruhezustand)

Relaxation der Muskeln = Verformung der Linse

• unter statischen Bedingungen wahrgenommene Auschnitt des Raumes, also die Gesamtheit der rezeptiven Felder aller retinalen Sinneszellen
• Bild wird umgekehrt wahrgenommen

• Morphologie
• Verteilung auf der Netzhaut
• Art der darin enthaltenen lichtempfindlichen Pigmente
• Organisation der synaptischen Verbindungen

• S-Zapfen: 400nm, blau, 5-10%
• M-Zapfen: 540nm, grün, hauptsächlich in der Fovea
• L-Zapfen: 560nm, rot, hauptsächlich in der Fovea

• alle Zapfen oder Stäbchen, die auf eine retinale Ganglienzelle konvergieren

• ON Zellen
  • metabotrope Glutamat Rezeptoren
  • Hyperpolarisation der Photorezeptoren = verminderte Sekretion von Glutamat
  • Depolarisation der Bipolarzelle
• OFF Zellen
  • ionotrope Glutamat Rezeptoren
  • Licht induziert eine Hyperpolarisation der Bipolarzelle
  • Hyperpolarisation der Photorezeptoren = verminderte Sekretion von Glutamat

Bei einem Lichteinfall aus der Peripherie kommt die Information aus den Horizontalzellen, welche aus dem Peripheren Feld kommt. Dort ist die Programmierung genau umgekehrt (also Mitte ON, Peripherie OFF oder umgekehrt). Es kehrt also das ganze um!