Farb- und Orientierungswahrnehmung

Fundamental neue Theorie für den Sehsinn

Lebewesen könnten verschiedene Orientierungen visueller Reize auf die gleiche Weise wahrnehmen wie verschiedene Farben. Diese neue Theorie schlagen Prof. Trichur Vidyasagar von der University of Melbourne und Prof. Ulf Eysel von der Ruhr-Universität Bochum in der Zeitschrift „Trends in Neurosciences“ vor.

Laut dem neuen Modell von Forschern aus Melbourne und Bochum könnten der Farb- und Orientierungswahrnehmung die gleichen neuronalen Mechanismen zugrunde liegen. Aus wenigen, ungenauen Informationen vom Auge errechnet das Gehirn eine Vielzahl sehr genauer Wahrnehmungen. (© T.R. Vidyasagar & S. Viswanathan, University of Melbourne)

Die Idee: Die Zellen der Netzhaut arbeiten bereits als Detektoren für wenige ausgewählte Orientierungen, die je nach Anordnung eines Reizes im Raum unterschiedlich stark angesprochen werden. Aus dem Verhältnis ihrer Antworten berechnet das Gehirn die genau vorliegende Orientierung. Das gleiche Prinzip könnte auch der Wahrnehmung anderer Reizeigenschaften zugrunde liegen.

Drei Farbrezeptoren, aber Hunderte von wahrgenommenen Farben
Die Netzhaut besitzt nur drei Arten von Farbrezeptoren, die gemeinhin Rot-, Grün- und Blau-Zapfen genannt werden. Dennoch können wir Hunderte verschiedener Farben wahrnehmen. Licht einer bestimmten Farbe spricht die drei Zapfentypen unterschiedlich stark an. Das Gehirn erhält die Information, wie stark rote, blaue und grüne Zapfen aktiviert sind, und „berechnet“ aus dem Verhältnis die wahrgenommene Farbe. Das gleiche Prinzip könnte auch der Orientierungswahrnehmung zugrunde liegen, postulieren Vidyasagar und Eysel.

Wenige Detektoren erzeugen Wahrnehmung vieler Eigenschaften
Nach dem neuen Modell besitzt die Retina Detektoren, die auf horizontale, vertikale und radiale Orientierungen spezialisiert sind. Sie sind nur grob abgestimmt, können also auch andere Orientierungen wahrnehmen, aber antworten am stärksten auf horizontal, vertikal oder radial. Sehen wir eine diagonale Linie, werden horizontale und vertikale Detektoren gleich stark angesprochen. Die radialen Detektoren können dann entscheiden, ob die Diagonale nach rechts oder links geneigt ist. Sehen wir eine vertikale Linie, werden hauptsächlich die vertikalen Detektoren angesprochen. Das Gehirn kombiniert die Informationen der Netzhautdetektoren. So können Nervenzellen im primären visuellen Kortex die genauen Orientierungen errechnen und besonders stark auf sie reagieren.

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Kortex verfeinert Signale aus der Retina
Vidyasagar und Eysel vermuten, dass auch andere Stimuluseigenschaften auf diesem Weg wahrgenommen werden könnten, etwa die Geschwindigkeit von Bewegungen, die Größe von Objekten, helle und dunkle Schattierungen. Sie postulieren damit eine fundamental neue Theorie für die visuelle Wahrnehmung.

Hubel und Wiesel, Nobelpreisträger des Jahres 1981, waren die ersten, die spezialisierte Zellen im visuellen Kortex fanden, etwa orientierungsselektive Zellen. Sie nahmen an, dass diese Spezialisierung im primären visuellen Kortex entsteht, also auf der Eingangsstation für Informationen des Sehsinns im Gehirn. Nach der neuen Theorie von Vidyasagar und Eysel läge der Ursprung dafür aber bereits in der Retina; der Kortex würde die Signale aus der Netzhaut lediglich verfeinern. Das Modell aus Melbourne und Bochum basiert auf Ergebnissen der Forschung am Sehsinn der vergangenen 35 Jahre; viele Studien stammen aus den Laboren der beiden Autoren.

Titelaufnahme:
T.R. Vidyasagar, U.T. Eysel (2015): Origins of feature selectivities and maps in the mammalian primary visual cortex, Trends in Neurosciences, DOI: 10.1016/j.tins.2015.06.003.

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Ulf T. Eysel
Abteilung für Neurophysiologie, Medizinische Fakultät der Ruhr-Universität
E-Mail: eysel@rub.de

Prof. Trichur Vidyasagar
Visual & Cognitive Neuroscience Laboratory, University of Melbourne
E-Mail: sagar.t@unimelb.edu.au

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