Ludwig-Maximilians-Universität München
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Neurobiologie

Hell auf Dunkel schärft den Blick

München, 16.11.2017

Bildkontraste beeinflussen den Augenfolgereflex, der uns zum Beispiel eine vorbeiziehende Landschaft gut erkennen lässt. Welche visuellen Eigenschaften dabei den größten Einfluss haben, ist schon in der Retina festgelegt, zeigen LMU-Wissenschaftler.

Krallenfrosch (Xenopus laevis). Bild: AG Straka

Wenn wir beim Zugfahren aus dem Fenster blicken, bewegen sich unsere Augen unaufhörlich hin und her und folgen der vorbeiziehenden Landschaft. Dieser Augenfolgereflex ist notwendig, um die Umgebungsgeschwindigkeit einzuschätzen und das Bild zu stabilisieren – anderenfalls würde die Landschaft vor unseren Augen verschwimmen. Wissenschaftler um den LMU-Neurobiologen Professor Hans Straka zeigen, dass optische Eigenschaften der Umwelt die Bewegungsanalyse beeinflussen. Insbesondere der Kontrast bestimmt, wie effektiv die Umgebung wahrgenommen wird. Über ihre Ergebnisse berichten die Wissenschaftler im Fachmagazin Journal of Experimental Biology.

Der Augenfolgereflex tritt bei allen Wirbeltieren auf und ist für die Feinjustierung der unbewussten Bewegungen der Augenmuskulatur wichtig. Er setzt eine schnelle Bildverarbeitung und eine realistische Einschätzung, wie schnell sich beobachtete Objekte in der Umgebung bewegen, voraus – und zwar unter stark variierenden Sichtbedingungen. Um zu untersuchen, ob visuelle Parameter wie Musterformen, Lichtbedingungen oder Kontraste diese Fähigkeit beeinflussen, analysierten die Wissenschaftler mithilfe einer hoch auflösenden Videokamera die Augenbewegungen von Kaulquappen des Krallenfrosches Xenopus laevis, einem wichtigen Modellorganismus in der Neurobiologie. Dabei zeigte sich, dass die Augen sich einem hin und her bewegenden Punktemuster mit größeren Bewegungen folgten, wenn es sich um weiße Punkte auf schwarzem Hintergrund handelte, als wenn sich im umgekehrten Fall schwarze Punkte vor weißem Hintergrund bewegten. Die Art des Kontrastes spielt bei der Effektivität der Wahrnehmung demnach eine wichtige Rolle. Die Form der Muster war dabei unerheblich.

„Anschließend haben wir die Aktivität des optischen Nervs gemessen, der vom Auge zum Gehirn geht“, sagt Straka. „Dabei zeigte sich, dass die unterschiedlich effiziente Wahrnehmung schon auf Netzhautebene angelegt ist: Weiße Punkte auf schwarzem Grund erzeugten stärkere Impulse als schwarz auf weiß.“ Das Gehirn ist an dieser Entscheidung nicht beteiligt, es nimmt die Impulse nur auf und leitet die entsprechenden Signale zur Augenmuskulatur weiter. „ In der Umwelt wäre damit die Qualität der Ausgleichsbewegung, wie gut der Blick also einer Bewegung folgen kann, in einer dunklen Umgebung mit hellen Strukturen besser als umgekehrt“, sagt Straka. „Für uns war dieser Unterschied sehr erstaunlich. Möglicherweise entsteht er dadurch, dass Kaulquappen meistens in einer eher dunklen Umgebung leben und helle Futterpartikel suchen, ist also eine Anpassung an die Lebensweise.“ Erwachsene Krallenfrösche dagegen schwimmen eher an der Wasseroberfläche und blicken über das Wasser, um ihre Beute zu finden. Wissenschaftler gehen davon aus, dass bei diesen Tieren dunkle Punkte auf hellem Hintergrund größere Augenbewegungen auslösen. Die Wissenschaftler untersuchen nun, ob sich die Effektivität der Mustererkennung – also die Verschaltung der Retina – während der Metamorphose umkehrt und tatsächlich der erwachsene Frosch im Gegensatz zur Kaulquappe schwarz auf weiß effektiver wahrnimmt. „Das wäre sehr spannend, weil die Lebensweise dann definieren würde, wie die Mustererkennung erfolgt“, schließt Straka.
Journal of Experimental Biology 2017