Intelligente Netzhaut Das Auge rechnet mit

Unsere Augen sind kleine Computer. Nicht erst das Gehirn, sondern schon die Netzhaut rechnet die Rohdaten aus Licht um und komprimiert sie. Und das in Abhängigkeit von der Umwelt, fanden Wissenschaftler jetzt heraus: Die rechnende Retina passt sich der Umgebung an.

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Menschliches Auge: "Komplexes neuronales Netz"
DDP

Menschliches Auge: "Komplexes neuronales Netz"

Die menschliche Netzhaut ist ein Wunderwerk. Besser als jede Kamera, die jemals gebaut wurde, verwandelt sie Licht in Information - Nervenimpulse, die in unserem Gehirn entschlüsselt und in verständliche Bilder umgerechnet werden. Spezielle, fest verdrahtete Mechanismen sorgen zudem dafür, dass wir beispielsweise die Konturen von Objekten schärfer wahrnehmen können. In Wirklichkeit, schreibt eine Forschergruppe in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins "Nature", kann die Retina aber sogar noch mehr: Die Neurobiologen um Markus Meister von der Harvard University berichten, dass die Netzhaut, zumindest die von Salamandern und Kaninchen, auch einen wesentlichen Anteil an der Weiterverarbeitung optischer Reize hat (Bd. 436, S. 71). Sie passt sich dynamisch den jeweiligen Umweltbedingungen an, glauben die Forscher.

Basis ihrer Überlegungen ist ein Trick zur Datenkompression, den die Netzhaut beherrscht: Weil die Welt um uns herum sich aus Objekten zusammensetzt, die oft eine relativ gleichmäßige Oberfläche haben, lassen sich visuelle Eindrücke sparsam abbilden. Bestimmte Zellen in der Netzhaut vergleichen die Lichtintensität an einem bestimmten Punkt mit der, die aufgrund benachbarter Punkte zu erwarten wäre, glauben viele Forscher. Wenn der gemessene Wert von der Vorhersage abweicht, wird diese Differenz weitergeleitet. Solche Differenz-Signale haben eine geringere Schwankungsbreite als die Rohdaten für jeden bestimmten Punkt im Raum - man kann den Mechanismus mit Bild-Kompressions-Verfahren in elektronischen Medien vergleichen. Auch dort wird manchmal die Regel "Sieht genauso aus wie der Pixel nebenan" angewendet, um die Datenmenge zu reduzieren, mit der ein Bild beschrieben wird.

Die Netzhaut passt sich an

"Prädiktive Kodierung" nennen Meister und seine Kollegen dieses Verfahren, von dem sie glauben, dass es auch im menschlichen Auge zum Einsatz kommt. Nun haben sie in Experimenten gezeigt, dass diese Kodierung variabel ist - je nach Umwelt. "Tiere treffen auf viele Umgebungen, deren visuelle Statistiken von denen der durchschnittlichen Szene abweichen", schreiben die Forscher. Und die Netzhaut, so die Schlussfolgerung, die sie aus ihren Ergebnissen ziehen, passt sich an.

Um das zu überprüfen, setzten sie kleine Stückchen Netzhaut von einem Salamander und einem Kaninchen in Nährlösung auf kleine quadratische Leuchtplatten. Diese Platten strahlten entweder gleichmäßig hell oder sie wiesen ein Muster auf, etwa ein Schachbrett, Längs- oder Querstreifen. Die Aktivierung der sogenannten Ganglienzellen wurde dabei gemessen.

Die Ganglienzellen bekommen ihren Input von den Stäbchen und Zapfen der Netzhaut, sie sind diejenigen, die für den Vergleich mit umliegenden Punkten zuständig sind, also die Datenkompression im Auge erst möglich machen. Dabei zeigte sich: Die "rezeptiven Felder" der Ganglienzellen veränderten sich je nach Reiz. Das heißt, die Zellen gewichteten gewissermaßen ihren Input je nach Muster anders. So zumindest lassen sich die Daten erklären, die Meister und Kollegen gesammelt haben. In einem mathematischen Modell rechnen sie vor, wie genau diese Umgewichtung ablaufen soll.

"Die Retina ist ein Teil des Gehirns"

Jörg-Peter Ewert von der Universiät Kassel, der an ähnlichen Fragen gearbeitet hat, findet die Arbeit von Meisters Gruppe interessant, ist aber nicht wirklich überrascht. "Es gibt viele Arbeiten, die zeigen, dass die rezeptiven Felder von der Reizsituation abhängen", sagt er im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. Für Ewert liegt der wissenschaftliche Wert des Artikels in "Nature" vor allem in der mathematischen Modellierung der Prozesse, die im Auge möglicherweise ablaufen.

Eins sei aber schon vorher klar gewesen: "Die Retina ist ein vorgeschobener Teil des Gehirns, ein komplexes neuronales Netzwerk - da kann schon einiges an Verarbeitung ablaufen." Man dürfe diese Vorverarbeitung, die in der Netzhaut stattfinde, aber nicht überbewerten: "Es ist ja nicht so, dass der Salamander nur mit Hilfe seiner Retina die Umwelt erkennen könnte."



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