Sehschärfe - neurophysiology-grantyn.charite.de · Visuelles System A Kernspintomogramm des rechten Auges - Akkommodation - Sehschärfe-Dunkeladaptation - Kontrastwahrnehmung 2,3

Visuelles System A

Kernspintomogramm desrechten Auges

- Akkommodation- Sehschärfe- Dunkeladaptation- Kontrastwahrnehmung

2,3

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Wie passen sich die optischenEigenschaften des Augesan die unterschiedlichen Entfernungender visuellen Zielobjekte an(Akkommodation)?

Q1

Die Brechkraft des normalen Auges bei Betrachten eines Gegenstands in der Ferne beträgt 1/0.017 m (= 58,8 dpt).Davon entfallen auf die Kornea 43 dpt, auf die Linse 19 dpt.

STL2000-16-6

Das reduzierte Auge zeigt, wie ein Gegenstandauf der Netzhaut abgebildet wird

Gegenstand1 Winkelgrad

= 60 Winkelminuten

Bild

Der normale Augapfel hat einen Durchmesser von 16,7 mm.

Für die Abbildung eines Gegenstandes gilt in etwa: 1/G + 1/B = 1/f (1/m)B - Abstand d. Gegenstands, B - Bildabstand, f - Brennweite; Für G = ∞ gilt 1/B = 1/f , also Bild im FokusDer Brechwert einer Linse: D (dpt) = 1/f (1/m)

Ein Winkelgrad entspricht etwa 0.29 mm auf der Netzhaut.

Knotenpunkt

Myopie (Kurzsichtigkeit) wird durch konkave Linsen korrigiert,Hypermetropie (Weitsichtigkeit) - durch konvexe Linsen.

Sog. Lesebrille bei Presbyopie (+1-3 dpt)STL2004-18-3

Die Linsen des Auges fokussieren das vom Objekt abgegebeneLicht genau auf den Augenhintergrund. Die bewegliche Linseakkommodiert, d.h. sie ermöglicht eine veränderliche Brechkraft

EntspannterZiliarmuskel

KontrahierterZiliarmuskel

Nahakkommodation: Anpassung an Objekte in kurzer EntfernungNahpunkt: Kürzeste Distanz eines noch scharf abgebildeten Gegenstands (0.067 bei Jugendlichen)Die Linsenfunktion kann durch Bestimmung der Akkomodationsbreite charakterisiert werden.

Ziliarmuskel kontrahiert über parasymp.Innervation mAChR: Atropin:-, Neostigmin:+

Zonulafasernangespannt

x

Ringförmiger Wulst

Akkomodationsbreite = =1/GN -1/GF (z.B. 1/0.067 m = 15 dpt).

An die Akkommodation gekoppelt sindKonvergenz und Pupillenkonstriktion

Durch die Pupillenkonstriktion wird das Streulicht eliminiert;Die konsensuelle Reaktion auf Licht ist die identische Reaktion der beiden Pupillen auf unilaterale Stimulation.

IrisRe Li

Fern

Nah

Die Pupillenfunktion kann mit dem Pupillenwechselbeleuchtungstest geprüft werden.

Wie passen sich die optischen Eigenschaften des Augesan die unterschiedlichen Entfernungen der visuellen Zielobjekte an(Akkommodation)?

1. Zusammenfassung- Die Anpassung an visuelle Ziele im Nahbereich erfolgt durch Steigerung der Brechkraft der Linse (=Akkommodation)

- Die Differenz zwischen Brechkraft bei Ferneinstellung und Brechkraft bei Naheinstellung ist die Akkommodationsbreite. Maximal: 15 dpt (Nahpunkt: 6.7 cm)

- Die Linse wird dicker (Brechkraft größer), wenn der ringförmigeZiliarmuskel kontrahiert; durch parasympatische Innervation; Aktivierung von mAChR (Blockade durch Atropin)

- Gleichzeitig verengt sich die Pupille, und die Augen gehen in eine Konvergenzstellung

Wie adaptiert das visuelle Systeman unterschiedliche Leuchtdichten?

Q2

Licht ist eine Form von elektromagnetischer Strahlung

Das sichtbare Licht umfaßt jedoch nur einenkleinen Wellenlängenbereich (400 bis 700 nm)

Wegen der unterschiedlichen Absorbtion bzw. Reflexion dervisuellen Objekte erscheinen diese bunt.

Die Basismaßeinheit für die Lichtstärke eines Objekts istdie Candela (cd).

Die Leuchtdichte (cd/m2) der menschlichen Umwelt variiertzwischen 107 cd/m2 und 10-6 cd/m2.

f

I

Photonen breiten sich geradlinigmit einer Geschwindigkeit von ca. 3x105 km/s aus.

Rhodopsin - Stäbchen3 Jodopsine - Zapfen

Rhodopsin

STL2004-18-11

Photorezeptoren werden durch die Absorption von Photonen aktiviert. Dafür stehen in den Stäbchen und

Zapfen Photopigmente zur Verfügung

KS2001-24-9

Die Phototransduktion: Im Unterschied zu and. Rezeptoren löst die Reizungdurch Licht eine Hyperpolarisation der Rezeptorzellmembran aus

Die Hyperpolarisation ist umso größer, je stärker der Lichteinfall ist

icCaicCa

Bei Licht zerfallen die Photopigmente, die cGMP-abhänge Na-Kanäle schließen, die Rezeptormembran hyperpolarisiert, die Glutamatfreisetzung nimmt ab

STL2004-18-11

STL-2004-18-16

Zeit (min)

Loga

rithm

us re

lativ

e S

ensi

tivitä

tStimulation mit rotem Licht

Die Anpassung an eine abnehmende Umgebungshelligkeitwird durch Messen der Intensitätsschwellen getestet

Die Dunkeladaptationskurve spiegelt vor allem die Wiederherstellung der Sehpigmente wider;Bei Vitamin-A-Mangel kommt es zum Mangel an Rhodopsin unddamit zu Nachtblindheit

Der Kehrwert der Intensitätsschwelle ist die Empfindlichkeit (E=1/S)

Wie adaptiert das visuelle System an unterschiedliche Leuchtdichten?

2. Zusammenfassung- Bei Licht (Absorption von Photonen) zerfallen die Photopigmente,

ein cGMP-abhängiger Kanal schließt, die Rezeptormembran hyperpolarisiert, die Bildung von die Ausschüttung von Glutamat sinkt.

- Die Wiederherstellung der Photopigmente ist langsam (Dauer bis zu 30 min). Nur wenn Rhodopsin verfügbar und vollständig wider-hergestellt ist, erreicht das visuelle System seine maximale Empfindlichkeitssteigerung um x106.

- Rhodopsin wird durch rotes Licht fast nicht gebleicht. Die Wiederherstellung des für Rot zuständigen Jodopsinsermöglicht nur eine Empfindlichkeitssteigerung von nur 103.

- Nachtblindheit bei Vit A-Mangel.

- Funktionstest: Adaptationskurve (= Messung der über die zeit veränderlichen Intensitätsschwelle des visuellen Systems)

Wie beeinflußt der Aufbau der Netzhautdas räumliche Auflösungsvermögen(die Sehschärfe)?Q3

Das räumliche Auflösungsvermögen ist die Fähigkeit, 2 Punkte als getrennt wahrzunehmen

Bedeutung für räumliches Auflösungsvermögen(Sehschärfe!)

Zwei Stimuli können separiert werden, wenn zwischen2 Rezeptoren ein Rezeptor liegt, der weniger aktiviert wird

Geringere Rezeptordichte,höhere Konvergenz

Höhere Rezeptordichte,niedrigere Konvergenz

3 Winkelgrad 0.3 Winkelgrad

Peripherie Fovea

Zwischen Netzhautperipherie und Fovea centralisexistieren beträchtliche Unterschiede - in der Dichte der Rezeptoren- in dem Grad der Konvergenz

Hell

Dunkel

Das räumliche Auflösungsvermögen des visuellen Systemswird durch Bestimmung der Sehschärfe charakterisiert

STL2004-18-21

Der Visus ist größer bei Abbildung des Reizes auf der Fovea centralis,verlangt aber entsprechend höhere Reizintensitäten

1‘=1/60o

(~1.5 mm bei Abstand 5 m)

E=1/S

Visus Raumschwelle

Wie beeinflußt der Aufbau der Netzhautdas räumliche Auflösungsvermögen(die Sehschärfe)?

3. Zusammenfassung

- Das visuelle Auflösungsvermögen hängt also ab von der Rezeptordichte (Rezeptorgröße) und dem Grad der Konvergenz/Divergenz.

- Die visuelle Empfindlichkeit (Visus, Sehschärfe) ist 1, wenn die Raumschwelle gleich 1 Winkelminute ist (also zwei Objekte im Abstand von nur 1‘ aufgelöst werden). Der Visus ist am höchsten bei fovealer Stimulation (= Ort des schärfsten Sehens).

- Die Rezeptoren der Fovea sind kleiner und dichter, und die Verbindungen der Fovea centralis sind divergent.

Wie wird Kontrast detektiert?Q4

KS-2001-24-7

Die Netzhaut und dienachfolgenden visuellenProjektionsgebietehaben eine deutlicheSchichtung (Organisationin vertikalen Kolumnen)

Nur Ganglionzellen und einige Amakrinein der Ganglionzellschichthaben Axone und generierenvolle Aktionspotentiale;alle anderen Zellen generieren graduierte, nicht fortgeleitete Potentiale

Die Netzhaut enthält 7 Zellklassen . Diese unterscheiden sichdurch Struktur, Position, Konnektivität und die jeweils abgegebenen chemischen + elektrischen Signale

Müllerzellen

Pigmentepithel

Rezeptorzellen

On-Bipolare Zelle

On-Ganglionzelle

Horizontalzelle

Amakrine Zelle

Off-Ganglionzelle

M

Licht

P

GABA

GABAGly

Glu

Glu

Glu

-

+

+

-

-+

Glu-

Invertierende Synapse (mGluR)

Signalweg der On-Ganglion Zellen

Glu

Glu

Die antagonistische rezeptive Feldorganisation in der Netzhaut:Eine Stimulation führt zu unterschiedlichen Ergebnissen, je nachdem, ob der Stimulus auf das Zentrumoder die Peripherie der konzentrischen rezeptiven Felderfällt

On-Zentrum RGZ

Off-Zentrum RGZ

RGZ werden nach der Antwort beiZentrum-Stimulation klassifiziert

+

+

Glutamaterge inhib. Synapse(mGluR)

Erreg. Synapse(GluR)

Inhib. Synapse(GABAAR)

Fehlt diese Hemmung, wird das erregende Zentrum viel größer und die Raumschwelle nimmt zu.

On-RGZs

Glutamatergeexzit. SymapseAMPAR

Die antagonistische rezeptive Feldorganisation beruht u.a. auf horizontal angeordneten hemmenden Verbindungen (Horizontalzellen-Hemmung)

KS2001 -24-11

-

+

-++

GABA(A)R

Horizontalzelle(GABAerg)

KS2001 -24-12

Die antagonistische rezeptive Feldorganisation derretinalen Ganglionzellen ist die Voraussetzungfür die Wahrnehmung von Kontrast

4. ZusammenfassungWie wird Kontrast detektiert?

- Die retinalen Ganglionzellen haben kreisförmige rezeptive Felder (RZ),wobei die Antworten bei Reizung des Zentrums und der Peripheriein einem reziproken Verhältnis zu einander stehen. - Die Antworten werden nach dem Typ der Antwort auf Zentrumreizungklassifiziert. On-Ganglionzellen reagieren bei Einschalten des Reizesmit einer Steigerung der Entladungsrate , Off-Ganglionzellen - mit einer Pause. Beide werden durch die gleichen Transmitter angetrieben. Der Unterschied ist: in der On-Bahn aktiviert die Glu-Freisetzung inhibitorische metaborope GluR. Entsprechend wird das hyper-polarisierende Signal der Photorezeptoren in den Bipolareninvertiert. Dagegen stehen in der Off-Bahn ionotrope Glutamatrezeptoren (AMPA-Rezeptoren) zur Verfügung. Bei Rezeptorhyperpolarisation wird auch in den nachgeschalteten Zellen eine Hyperpolarisation/Entladungspause produziert.- Die reziproken Antworten bei Stimulation in Zentrum und Peripheriedes RZ werden maßgeblich durch die GABAergen Horizontalzellen bestimmt, welche vom naheliegenden Rezeptor über ionotrope GluRaktiviert werden und ihrerseits die benachbarten Rezeptoren hemmen.- Wichtig: zweimal aufeinander folgende Hemmung bedeutet Disinhibition =Erregung!

und ein paar weitere nützliche Abbildungen aus IhrenLehrbüchern...

Fovea centralisBlinder Fleck

Gefäße

Das Augenspiegeln zeigt den Augenhintergrundim aufrechten Bild

KS2001 -24-14

KS2001 -24-15

Aktivation,Deaktivation der Photorezeptoren

Müllerzellen

Pigmentepithelzellen

Lichtreiz

KS2001 -24-13

Die Funktion der Netzhaut kann durch Ableitung einesElektroretinogramms getestet werden

Durch die Analyse von Sinnestäuschungenkann man die Mechanismender Kontrastwahrnehmung kennenlernen