Wie rechnet die Netzhaut?

Neue Technologie gibt Aufschlüsse über die Funktionsweise des menschlichen Auges

Dass es sich bei der menschlichen Netzhaut nicht nur um einen außergewöhnlich präzisen Detektor, sondern auch um ein hochspezialisiertes Instrument zur vielseitigen Bildverarbeitung handelt, ist seit langem bekannt. Die genaue Funktionsweise der "Retina" gibt den Forschern allerdings noch immer eine schier endlose Reihe von Rätseln auf. Mit Hilfe der Multiquanten-Mikroskopie ist Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für medizinische Forschung und der University of Washington jetzt offenbar ein entscheidender Durchbruch gelungen. Sie konnten nachweisen, dass in den einzelnen Nervenzellen der Netzhaut bestimmte Sektoren unabhängig voneinander auf unterschiedliche Bewegungsrichtungen reagieren.

Den in Nature veröffentlichten Untersuchungsergebnissen gingen weltweit jahrzehntelange Forschungen voraus, die bereits in den frühen 60er Jahren zu vielversprechenden Ansätzen führten. Damals hatten Mitarbeiter der Cambridge University in der Netzhaut Nervenzellen entdeckt, die nur dann reagierten, wenn sich ein Reiz in eine bestimmte Richtung bewegte. Kehrte man die Bewegungsrichtung desselben Reizes um, zeigten die "richtungsselektiven Ganglienzellen" der Netzhaut dagegen praktisch keine Reaktion.

Ungeklärt blieb bis vor kurzem die Frage, woher das Gehirn seine Informationen über die besagte Bewegungsrichtung jenes Reizes bezieht, sprich: ob die zu diesem Zweck unumgänglichen Berechnungen in den Ganglienzellen selbst oder in benachbarten Neuronen durchgeführt werden.

Auf der Suche nach einer plausiblen Antwort beschränkte sich das aktuelle Forscherteam zunächst auf die Untersuchung sogenannter "starburst"-Amakrinzellen, die zwar an sich nicht selektiv sind, mit Hilfe ihrer Fortsätze (Dendriten) aber Signale empfangen, die nach entsprechender Verarbeitung auch an die richtungsselektiven Ganglienzellen weitergegeben werden.

Um die nicht einmal hauchdünnen Dendriten der "starburst"-Zellen nicht zu beschädigen, bedienten sich die Wissenschaftler der neuentwickelten Multiquanten-Mikroskopie. Sie basiert auf einem gepulsten Infrarot-Laser, der die Reizung der Netzhaut mit Lichtmustern und die Anregung injizierter Farbstoffindikatoren ermöglicht, ohne die Lichtempfindlichkeit der Retina zu beeinträchtigen oder gar zu einer schnellen Erblindung zu führen - und das obwohl das Laserlicht nach Instituts-Angaben "millionenfach intensiver als direkte Sonneneinstrahlung" ist. Diese Methode, die sich von bisher bekannten Verfahren eben dadurch positiv unterscheidet, erlaubt nun endlich die Beobachtung und optische Darstellung der durch Kalzium vermittelten biochemischen Signale, mit deren Hilfe die Nervenzellen offenbar kommunizieren.

Die Ergebnisse der nachfolgenden Untersuchungen waren ebenso eindeutig wie verblüffend, denn die Max Planck-Forscher und ihre amerikanischen Kollegen fanden heraus, dass schon in diesen unscheinbaren "starburst"-Amakrinzellen bestimmte Bereiche nicht nur völlig unabhängig voneinander arbeiten, sondern dabei auch noch ganz unterschiedliche Bewegungsrichtungen favorisieren können. Damit scheint bewiesen zu sein, dass schon die Ausgangssignale ihrer Fortsätze richtungsselektiv sind, jeder einzelne Dendrit allerdings nur für eine bestimmte Bewegungsrichtung zuständig ist. Thomas Euler, Gruppenleiter am Max Planck-Institut und federführender Autor der entsprechenden "Nature"-Studie, ist deshalb davon überzeugt, dass diese Untersuchungen tatsächlich bahnbrechenden Charakter haben:

Auf Nachfrage von Telepolis betont Euler allerdings, dass von den bisherigen Erkenntnissen vorerst keine praktischen Anwendungen zu erwarten sind. "Wir befinden uns derzeit noch vollständig im Bereich der Grundlagenforschung und wollen zunächst einmal herausfinden, wie die gesunde Netzhaut im Detail funktioniert. Daraus können im Moment noch keinerlei Rückschlüsse auf mögliche Diagnose- oder Behandlungsmethoden gezogen werden."

http://www.heise.de/tp/artikel/13/13070/1.html