Interviews & Features    

 
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Wie werden schnelle Bilder verarbeitet?
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· Die Virtuelle Fliege
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:: Nervennetze zur Auswertung von schnellem Bildfluss auf den Augen
Information über den Bildfluss liegt nicht explizit in den Eingangssignalen des Auges vor. Vielmehr muss diese Information in einer Reihe von Verarbeitungsschritten aus der sich ständig ändernden Helligkeitsverteilung auf dem Auge ausgewertet werden. Die neuronalen Schaltkreise zur Auswertung von retinalem Bildfluss konnten mittlerweile in ihren Grundzügen aufgeklärt werden.



  • Die Signale benachbarter Lichtsinneszellen innerhalb des Facettenauges werden so verarbeitet, dass sie nicht primär den jeweiligen Helligkeitswert in der Umwelt codieren, sondern die räumlichen und zeitlichen Helligkeitsänderungen. Derartige Verarbeitungsprozesse reduzieren die Flut an Information, die in den Netzhautbildern enthalten ist, auf das Wesentliche.


  • Bewegungsinformation wird zunächst parallel in den verschiedenen Augenbereichen durch ein Feld von lokalen Bewegungsdetektoren ausgewertet. Dabei werden von jedem Bewegungsdetektor die Signale benachbarter Lichtsinneszellen miteinander verglichen. Bewegt sich ein Bildpunkt in eine Richtigung, werden diese Sinneszellen nacheinander gereizt. Bewegt sich der Bildpunkt in die entgegengesetzte Richtung, werden sie in entgegengesetzter Reihenfolge aktiviert. Aus der zeitlichen Abfolge der Erregungen wird durch Nervenverschaltungen Information über die Bewegungsrichtung und -geschwin-digkeit ausgewertet.


  • Die Ausgangssignale vieler, über große Bereiche des Sehfeldes verteilter lokaler Bewegungsdetektoren werden von integrierenden Neuronen zusammengefasst. Eine derartige räumliche Integration lokaler Bewegungsinformation ist notwendig, da die charakteristischen Eigenschaften des Bildflusses auf den Augen, so wie er in unterschiedlichen Verhaltenssituationen auftritt, nur mit globalen Mechanismen erfasst werden kann. Der Blick in lediglich einen kleinen Bereich der Umwelt reicht hingegen nicht aus, um z.B. die Richtung der eigenen Bewegung abzuschätzen.


  • Als Folge dieser Verschaltungen reagieren die integrierenden Nervenzellen am besten auf einen bestimmten Typ von Bildfluss, z.B. wie er auftritt, wenn sich das Tier um seine Hochachse dreht. Die Antwort der Nervenzellen ist jedoch nicht sehr spezifisch, da sie auch noch auf andere Typen von Bildfluss reagieren, z.B. wie er bei einem Geradeausflug auftritt. Um die Spezifität der Neuronen für einen bestimmten Typ von Bildfluss zu erhöhen, ist ein Teil der integrierenden Neuronen in charakteristischer Weise miteinander verschaltet. Als Folge dieser Netzwerkinteraktionen antworten sie spezifisch während bestimmter Verhaltenssituationen, so z.B. auf Drehungen oder wenn sich ein kleines Objekt durchs Sehfeld bewegt.


Ähnliche Prinzipien der Verarbeitung von visueller Information und insbesondere von Bildfluss auf den Augen, wie wir sie bei der Fliege charakterisieren konnten, wurden auch bei "höheren" Tieren, einschließlich dem Menschen gefunden. Dort war es jedoch aus methodischen Gründen bislang nicht möglich, die zu Grunde liegenden Schaltkreise bis auf die Ebene der Rechenleistungen einzelner Neuronen und deren Verschaltungen zurückzuverfolgen.

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