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Sehen auf neuen Wegen

In der Netzhaut der Augen sitzen zwei Sorten von Licht-Sinneszellen: zum einen Zapfen, zuständig für Tageslicht und Farbensehen, zum anderen Stäbchen, die das Sehen in der lichtarmen Dämmerung übernehmen - wenn 'alle Katzen grau' werden. Bisher galt, daß die Signale beider Rezeptortypen in nachgeschalteten Nervenschichten der Netzhaut gesondert verarbeitet werden. Doch jetzt sind Wissenschaftler auf 'Brückenschaltungen' gestoßen, über die Signale von den Stäbchen in die Sehbahn der Zapfen laufen. Die Frage, ob diese Querverbindungen nur Überbleibsel der Evolution verkörpern oder gezielt das Dämmerungssehen optimieren, ist derzeit noch offen.
Der lichtaufnehmende, sensorische Teil des Auges ist die Netzhaut oder Retina, die als dünnes Häutchen den Augenhintergrund auskleidet. Die Netzhaut wandelt Licht- in Nervensignale um und sendet diese zu den visuellen Zentren im Gehirn. Dort entstehen die Bilder der uns umgebenden Welt – wobei die komplexe Verarbeitung visueller Information bereits in der Netzhaut beginnt.

Ein lang bekanntes Charakteristikum der Informationsverarbeitung in der Säugernetzhaut ist "parallel processing", die Verarbeitung verschiedener Reizkomponenten in getrennten, parallelen Bahnen. Zwei dieser Bahnen sind die Zapfen- und die Stäbchenbahn. Das Zapfensystem ist für das Sehen bei Tageslicht verantwortlich. Es ermöglicht die Wahrnehmung räumlicher und zeitlicher Reize mit höchster Auflösung sowie das Farbensehen. Im Unterschied dazu ist das Stäbchensystem für das Sehen bei geringen Lichtintensitäten – Dämmerung bis Sternenlicht – optimiert. Bislang galt, daß Zapfen und Stäbchen ihre Signale an getrennte Neuronenpopulationen, die Zapfenbipolarzellen bzw. Stäbchenbipolarzellen, weitergeben.

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Hirnforschung haben jetzt einen neuen, alternativen Signalweg zur Übertragung der Stäbcheninformation in der Säugernetzhaut entdeckt: Die Stäbchen geben ihre Signale über chemische Synapsen auch direkt an Zapfenbipolarzellen weiter. Iris Hack von der Neuroanatomischen Abteilung des Instituts (Arbeitsgruppen von Johann Helmut Brandstätter und Leo Peichl) gelang die Entdeckung mit molekularen Proben zum Nachweis von Neurotransmitter-Rezeptoren und elektronenmikroskopischer Analyse. Ihr Befund widerlegt die klassische Vorstellung der klaren Trennung von Stäbchen- und Zapfenbahn (Proceedings of the National Academy of Sciences vom 23. November 1999, Abstract).

Noch ist offen, ob es sich bei dem alternativen Stäbchensignalweg um ein stammesgeschichtliches Relikt handelt (niedere Wirbeltiere haben Bipolarzellen, die von Zapfen und Stäbchen gemeinsam bedient werden), oder ob hier eine weitere Raffinesse der Natur entdeckt wurde. Die klassische Stäbchenbahn zeichnet sich durch höchste Lichtempfindlichkeit aus, die allerdings durch eine eingeschränkte Bandbreite der übertragbaren Lichtintensitäten erkauft wird; außerdem arbeitet sie relativ träge. Der jetzt entdeckte zusätzliche Weg über die Zapfenbipolarzellen könnte den Übertragungsbereich von Stäbchensignalen zu höheren Lichtintensitäten erweitern und gleichzeitig von den schnelleren Reaktionszeiten der Zapfenbahn profitieren. Multiple Signalwege, die nicht getrennt verlaufen, sondern miteinander verflochten sind, könnten so eine optimale Auswertung der auf die Netzhaut auftreffenden Lichtquanten ermöglichen.

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