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Visuelles System A
Kernspintomogramm desrechten Auges
- Akkommodation- Sehschärfe- Dunkeladaptation- Kontrastwahrnehmung
2,3
http://neurophysiology-grantyn.charite.de/research_rg.htmPassword: rgvor0405
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
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)
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.
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 -24-12
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!
Aktivation,Deaktivation der Photorezeptoren
Müllerzellen
Pigmentepithelzellen
Lichtreiz
KS2001 -24-13
Die Funktion der Netzhaut kann durch Ableitung einesElektroretinogramms getestet werden
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