Billedstabilisering hos hvirveldyr afhænger af kontrast mellem objekter

Kontrast har indflydelse på den optokinetiske refleks, som gør os i stand til tydeligt at opfatte landskabet fra et tog i bevægelse. LMU-forskere har nu vist, at visuelle funktioner, der modulerer denne evne, er kodet i nethinden.

Når vi ser ud af vinduet på et tog i bevægelse, vores øjenmuskler er konstant i arbejde, stabilisere blikket for at holde det forbipasserende landskab i fokus. Denne såkaldte optokinetiske refleks giver os mulighed for at måle den relative hastighed af den forbipasserende scene, og hjælper os dermed til at stabilisere de hurtigt skiftende billeder på nethinden – ellers ville vi opfatte det, der bevæger sig forbi os ud over vognvinduet, som en diffus sløring. Forskere ledet af LMU neurobiolog professor Hans Straka har nu eksperimentelt vist, at visuelle billedegenskaber i miljøet spiller en vigtig rolle i analysen og vurderingen af ​​relativ bevægelse. I særdeleshed, de finder, at kontrastniveauerne bestemmer effektiviteten, hvormed den forbipasserende parade opfattes af en bevægende observatør. Resultaterne af den nye undersøgelse fremgår af Journal of Experimental Biology .

Alle hvirveldyr viser optokinetiske reflekser, som er ansvarlige for at finjustere de ufrivillige bevægelser af øjenmusklerne, som igen tillader os trofast at stabilisere genstande, når vi bevæger os. Betjeningen af ​​dette optokinetiske system afhænger af hurtig behandling af visuel information, og på evnen til realistisk at estimere objekternes relative hastighed i den forbipasserende scene - under vidt forskellige belysningsniveauer. For at undersøge, hvordan visuelle parametre såsom billedmønstre, lysforhold og lysstyrke kontraster ændrer denne kapacitet, Straka og hans kolleger henvendte sig til den afrikanske klofrø Xenopus laevis, et populært modelsystem inden for neurobiologi, og brugte et videokamera med høj opløsning til at følge øjenbevægelser i haletudser. De afslørede, at når de konfronteres med et stort feltmønster af prikker, der bevægede sig frem og tilbage, haletudsens øjne udførte bevægelser med større amplitude, når mønsteret bestod af hvide prikker på en sort baggrund, end når "farveskemaet" var omvendt. Med andre ord, kontrastens polaritet havde en markant indflydelse på effektiviteten af ​​perceptionen af ​​det bevægelige mønster. Strukturen af ​​selve mønsteret, på den anden side, var irrelevant i denne sammenhæng.

"Vi målte derefter aktiviteten af ​​synsnerven, som overfører det visuelle signal fra nethinden til de visuelle centre i hjernen, ", siger Straka. "Resultaterne afslørede, at forskellen i effektiviteten af ​​bevægelsesopfattelse er kodet på niveau med nethinden:Hvide prikker på en sort baggrund genererer nerveimpulshastigheder med højere amplitude end sorte prikker på en hvid grund." , hjernen er ikke involveret i at foretage denne sondring. Den opfanger simpelthen impulsmønstrene fra nethinden og sender dem videre til de nerver, der styrer øjenmusklerne.

"Dette indebærer, at kvaliteten af ​​den miljømæssige bevægelse karakteriseret ved stærkt oplyste strukturer mod en mørkere baggrund - og dermed evnen til at spore objekter af interesse - er større, end den er i den omvendte situation, hvor mørke strukturer ses i lyse omgivelser, " som Straka forklarer. "Vi var meget overraskede over at opdage denne forskel. Det kan være en afspejling af, at haletudser tilbringer deres liv i et relativt grumset medie, og fodre med ting, der er lysere end damvand. Det kunne derfor være en tilpasning til deres livsstil."

Modne frøer, på den anden side, har tendens til at svømme tættere på overfladen og få deres mad ved eller over den. Derfor, LMU-holdet mener nu, at et mønster af sorte prikker mod en hvid baggrund sandsynligvis vil fremkalde større øjenbevægelser hos voksen Xenopus. De er nu i gang med at teste, om den relative effektivitet af mønstergenkendelse - medieret af forbindelsen mellem fotoreceptorerne i nethinden - vendes under metamorfosen, når haletudsen forvandles til den modne frø.

"Hvis den voksne frø faktisk er bedre rustet til at opfatte mørke mønstre mod en lys baggrund, som ville bevise, at de relative effektiviteter af forskellige måder for mønstergenkendelse er defineret af dyrets levemåde, " slutter Straka.