Bildverarbeitung Wie das Auge Signale verstärkt

Das Auge erkennt nicht nur Details, sondern nimmt gleichzeitig auch Kontraste sehr gut wahr - eine einzigartige Fähigkeit, über die Forscher seit langem rätseln. Jetzt haben sie einen bisher unbekannten Mechanismus entdeckt. Er erklärt, warum das Organ vielen Kamerasensoren überlegen ist.

Auge im Zentrum der Forschung: Eher ein Computer als ein bloßer Sensor
Corbis

Auge im Zentrum der Forschung: Eher ein Computer als ein bloßer Sensor


Das Auge ist eines der Meisterwerke der Evolution. Neben Biologen interessieren sich auch Ingenieure für die Funktionsweise des Organs, denn offenbar ist es Kamera-Sensoren teilweise überlegen: Es kann Kontraste sehr gut wiedergeben und hat gleichzeitig eine hohe Empfindlichkeit. Bei der Erforschung dieses Phänomens kamen Wissenschaftler um Skyler Jackman von der University of California, Berkley auf ein überraschendes Ergebnis. In der in dem Fachblatt "PLoS Biology" veröffentlichten Studie beschreiben sie einen neuen Mechanismus, mit dem das Auge Signale durch Rückkopplungen bearbeitet.

Die Netzhaut ist mehr als ein bloßer Sensor, vielmehr gleicht sie einem Computer mit Bildbearbeitungssoftware. So kann das Auge die Empfindlichkeit in verschiedenen Bereichen der Netzhaut lokal steuern. Vor über 40 Jahren entdeckten Forscher den Hauptmechanismus, der dem Auge seine einzigartige Kontrastfähigkeit verleiht - die sogenannte negative Rückkopplung: Empfängt eine Lichtsinneszelle ein Signal gibt sie das nicht nur ans Gehirn weiter, sondern unterdrückt auch die Signalverarbeitung von weiter weg liegenden Zellen. Das führt dazu, dass sich das Signal lokal deutlicher abhebt, der Kontrast wird also erhöht.

Rätselhaft blieb allerdings, wie das Auge gleichzeitig seine hohe Empfindlichkeit beibehält. Denn die beschriebene negative Rückkopplung allein würde zu einer gesamten Abschwächung des Signals führen.

Jetzt haben Jackman und Kollegen herausgefunden, dass zusätzlich eine positive Rückkopplung stattfindet. Die Wissenschaftler entnahmen dafür Echsen die Netzhaut und maßen, wie einzelne Zellen auf Lichtsignale reagieren. Dabei stellten sie fest, dass Lichtsinneszellen zwar weiter weg liegende Zellen unterdrücken, ihre nächsten Nachbarn aber über einen neuen Mechanismus aktivieren. So wird das Signal lokal verstärkt.

Doch warum blieb dieser Mechanismus so lange unentdeckt? Die Wissenschaftler vermuten: Der Effekt sei nur bei ganz entnommenen Netzhäuten zu beobachten, die Mehrheit der Forschung würde aber mit Netzhaut-Teilen durchgeführt. Der Effekt ist nicht nur bei Echsen vorhanden - die Forscher wiesen die positive Rückkopplung auch in Fischen und Kaninchen nach. Deshalb gehen sie davon aus, dass das menschliche Auge auch so funktioniert.

hrb



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