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Auge einer Frau.

Die Netzhaut ist auf Dunkles spezialisiert

Die Netzhaut des Auges und das Gehirn beschäftigen sich beim Betrachten von Bildern eher mit dunklen Stellen als mit hellen. Eine Analyse von Aufnahmen aus der Natur zeigt: Auch in der "Welt da draußen" herrschen dunkle Stellen vor.

Neurowissenschaft 24.09.2010

Auf den Kontrast kommt es an

Beim Sehen denkt man in erster Linie an Licht und Farben. Doch jedes Bild enthält auch Kontraste und damit mehr oder minder viele dunkle Anteile. Diese Stellen sind zwar meist kleiner als die hellen, aber zahlreicher. Und sie dürften für unser Auge mehr Information beinhalten, weshalb sich ein größerer Teil bestimmter Sehzellen und größere Bereiche der Gehirnrinde vor allem mit den dunklen Stellen beschäftigen.

Zur Studie:

Der Artikel "Retina is structured to process an excess of darkness in natural scenes" ist in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift "PNAS" erschienen.

Diesen Zusammenhang haben Wissenschaftler um den Physiker Vijay Balasubramanian von der Abteilung für Physik und Astronomie an der Universität Pennsylvania nun durch die Analyse von Netzhäuten und Bildern nachgewiesen.

Mehrschichtige Netzhaut

Die Zellen, die in der Netzhaut von Wirbeltieren für das Wahrnehmen der Kontrast zuständig sind, sind die sogenannten bipolaren Zellen. Sie verarbeiten Informationen der Rezeptoren, jener Zellen, die Lichtimpulse empfangen. Die bipolaren Zellen leiten den Reiz weiter an die Nervenzellen, die vom Auge zum Gehirn gehen.

Von diesen bipolaren Zellen gibt es sogenannte OFF- und ON-Zellen. Die einen werden bei zunehmender Helligkeit stimuliert, die anderen werden bei Licht gehemmt. Dieses Wechselspiel erhöht laut den Studienautoren die Effizienz der Zellen. Sie brauchen weniger Volumen und Energie, um eine bestimmte Informationsmenge weiterzuleiten.

Untersucht wurden bipolare Zellen aus den Augen von Meerschweinchen. Von den OFF-Zellen, die auf dunkle Stellen reagieren, fanden die Forscher circa doppelt so viele, wie von den ON-Zellen. Ähnliche Muster haben andere Studien auch bereits bei Ratten, Hasen, Affen und Menschen festgestellt.

Wie das Auge, so die Welt

Für die Fragen zur Analyse der Bilder gingen die Forscher zunächst von dieser Struktur der Nervenzellen der Netzhaut aus. Da sich dort mehr Zellen und Schaltkreise mit dunklen Stellen in Bildern beschäftigen, nahmen die Wissenschaftler an, dass dieses Muster auch in Bildern aus er Natur zu finden sein müsste.

Das war auch der Fall, wie die Wissenschaftler zum Beispiel an einem Bild von Blättern auf einem Baum beobachtet haben. Bei einem rein statistischen Muster wäre zu erwarten, dass die hellsten und dunkelsten Stellen beide am seltensten sind und Orte mittlerer Helligkeit am häufigsten auftreten. Tatsächlich aber fanden die Forscher in dem Bild mehr dunkle Stellen.

Neuronale Schaltkreise nutzen Information möglichst effizient, wie die Autoren schreiben. Zudem seien Verhalten und Entscheidungen auf die Information aus der Umwelt angewiesen. Die höhere Anzahl der Sinneszellen für dunkle Stellen müsse sich also dadurch rechtfertigen lassen, dass es von diesen Stellen in natürlichen Szenen auch mehr zu finden gibt und die optische Information, die wir verarbeiten, vor allem aus diesen Bereichen stammt.

Neuroanatomie und Informationsflüsse

Die Forscher wollten damit Neuroanatomie und Informationsfluss verbinden. Für ein bestimmtes Maß an Information gäbe es auch bestimmte Synapsen, also Verbindungen zwischen Nervenzellen. Diesen haben die Forscher nun durch ihre Analyse für Kontraste bestätigt.

Die beiden unterschiedlichen Typen an bipolaren Zellen im Auge dürften also nicht nur der Effizienz und dem Energiehaushalt dienen. Der Studie zufolge lassen sich durch diese Anatomie auch strukturelle Informationen der Natur besser verarbeiten, schreiben die Autoren.

Mark Hammer, science.ORF.at

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