Arbeitsauftrag 1
Steuerung der Augenbewegungen
Schauen Sie sich das Bild an und beantworten Sie die folgenden Fragen:
Arbeitsauftrag 2
Arten von Augenbewegungen
Die roten Linien in den Bildern zeigen Aufzeichnungen von Augenbewegungen. Welche Aufzeichnung gehört zu welcher Augenbewegung? Ordnen Sie den Linien jeweils die richtigen Augenbewegung zu.
Arbeitsauftrag 3
Die motorische Karte des Colliculus superior
Die Darstellung rechts zeigt das rechte Gesichtsfeld. Die Koordinaten des Gesichtsfeld werden als Amplitude von der Fovea (grün) und Richtung (blau) angegeben. Die linke Abbildung zeigt die motorische Karte im linken Colliculus superior. Jede Position des rechten Gesichtsfeldes ist auch in der motorischen Karte repräsentiert. Auch hier ist die Amplitude (grün) und die Richtung (blau) dargestellt.
Schauen Sie sich den roten Punkt im Gesichtsfeld (rechtes Bild) an. An welcher Stelle der motorischen Karte (linkes Bild) werden durch diesen Reiz Neurone aktiviert? Ziehen Sie das Bild mit dem roten Punkt an die richtige Stelle.
Populationskodierung im Colliculus superior
Um die bevorzugte Amplitude zu bestimmen, für die das Neuron kodiert, wurde die Richtung der Sakkaden beibehalten und die Amplitude systematisch variiert (linke Abbildung). Um die bevorzugte Richtung zu bestimmen, für die das Neuron kodiert, wurde die Amplitude der Sakkaden beibehalten und die Richtung systematisch variiert (rechte Abbildung).
Schauen Sie sich das Ergebnis an und beantworten Sie die folgenden Fragen:
Dieses Experiment zeigt, dass Neurone in der motorischen Karte des Colliculus superior für eine Augenbewegung in eine bevorzugte Richtung und mit einer bevorzugten Amplitude kodieren. Die Zellen haben aber ein breites Tuning, so dass sie auch bei Augenbewegungen zu benachbarten Punkten aktiv sind. Die Information über eine Augenbewegung wird deshalb nicht nur von einer Zelle, sondern durch die Aktivität einer Gruppe von Zellen kodiert. Das heisst, man findet hier wieder das Prinzip der Populationskodierung.
Im Experiment unten wurde die Aktivität von einer Gruppe von Neuronen abgeleitet während eine Sakkade an einen Zielpunkt ausgeführt wurde. Man findet die höchste Aktivität in Zellen in dem orangen Kreis (linke Abbildung) und abnehmende Aktivität für die gelb, grün und blau markierten Zellen.
An welcher Stelle im Gesichtsfeld liegt der Zielpunkt, zu dem die Sakkade ausgeführt wurde? Ziehen Sie das Bild mit dem roten Punkt an die richtige Stelle der Abbildung der Gesichtsfelds (rechtes Bild).
Arbeitsauftrag 4
Selektive Zellaktivität im frontalen Augenfeld
In diesem Experiment wurde ein Affe trainiert seine Aufmerksamkeit auf einen roten Punkt zu lenken, obwohl andere ablenkende Reize in Form von grünen Punkten im Gesichtsfeld vorhanden sind. Während der Aufgabe wurde ein einzelnes Neuron im frontalen Augenfeld abgeleitet. Neurone im frontalen Augenfeld verfügen über ein Reaktionsfeld, das ist der Bereiche im Gesichtsfeld zu dem ein Neuron eine Sakkade hin auslösen kann. Die Forscher hatten im voraus bereits bestimmt, wo das Reaktionsfeld des Neurons lag, das abgeleitet wurde, es ist mit einer orange Box gegenzeichnet.
Es wurden drei verschiedene Situationen verglichen.
1. Wie feuert das Neuron, wenn der Zielreiz im Reaktionsfeld liegt
2. Wie feuert das Neuron wenn der Zielreiz direkt neben dem Reaktionsfeld des Neurons liegt.
3. Wie feuert das Neuron, wenn der Zielreiz weiter entfernt vom Reaktionsfeld des Neurons liegt.
Für jede Situation wurde der Versuch mehrmals wiederholt, immer wurde die Feuerrate des gleichen Neurons gemessen. Ein Wechsel von Grün zu Violett zeigt an, wann der Affe eine Sakkade zum Zielpunkt gemacht hat.
Schauen Sie sich das Ergebnis des Experiments an und beantworten Sie die Fragen unten.
Das abgeleitete Neuron feuert also schwächer wenn sich der Zielpunkt direkt neben dem Reaktionsfeld des Neurons befindet, als wenn sich der Zielpunkt weiter entfernt vom Reaktionsfeld des Neurons befindet.
Haben Sie ein ähnliches Phänomen bereits kenngelernt?
Lösungsvideo
Arbeitsauftrag 5
Colliculus superior vs. frontales Augenfeld
Sie haben bereits viel über den Colliculus superior und das frontale Augenfeld gelernt. Erinnern Sie sich noch welche Struktur welche Funktion hat?
Arbeitsauftrag 6
Kalorischer Nystagmus
Augenbewegungen stellen eine gute Möglichkeit dar, um die Funktion der vestibulären Afferenzen zu überprüfen. Wenn der Kopf in der Horizontalebene gedreht wird, so erhöht sich die Aktivität in den vestibulären Afferenzen auf der Seite zu welcher die Kopfdrehung erfolgt. Auf der anderen Seite wird die Aktivität der vestibulären Afferenzen vermindert.
Abbildung 7.4 – Illustration der Aktivität der Bogenorgane bei Drehbewegungen des Kopfes. Quelle: Dale Purves et al.: Neuroscience, fifth edition, Sinauer Associates, 2012, p. 326
Das vestibuläre System kann durch das Einlassen von erwärmtem (ca. 42°C) oder abgekühltem (<30°C) Wasser in den äusseren Gehörgang überprüft werden. Dazu wird die Person auf dem Rücken platziert und die Rückenlehne etwa um 30° über die Horizontale erhöht. Somit stehen die horizontalen Bogengänge etwa vertikal (Abbildung 7.5). Durch die Spülung des äusseren Gehörganges kommt es zur Erwärmung bzw. Abkühlung derjenigen Anteile des Vestibularapparats, die nahe am äusseren Gehörgang liegen. Ein Temperaturanstieg in den Bogengängen des rechten Ohres bewirkt lokal eine Ausdehnung der Endolymphe. Das darauf folgende Aufsteigen der erwärmten, weniger dichten Endolymphe führt zu einer Strömung im Bogengang, aus welcher eine Auslenkung der Cupula und damit eine Depolarisation der Haarzellen resultiert. Ein Temperaturabfall in den Bogengängen des linken Ohres hingegen bewirkt lokal eine Verdichtung der Endolymphe. Das darauf folgende Absinken der abgekühlten, dichteren Endolymphe führt zu einer Strömung im Bogengang, aus welcher eine Auslenkung der Cupula und damit eine Hyperpolarisation der Haarzellen resultiert.
Abbildung 7.5 – Illustration der horizontalen Bogengänge während des Experiments. Quelle: Dale Purves et al.: Neuroscience, fifth edition, Sinauer Associates, 2012, p. 327
Beantworten Sie folgende Fragen: