Durcheinander auf der Netzhaut

News: Durcheinander auf der Netzhaut

Die besten Bilder, die man bisher von der lebenden menschlichen Netzhaut gemacht hat, zeigen eine Überraschung: Die für das Farbsehen verantwortlichen Zäpfchen sind willkürlich auf der Netzhaut verteilt. Große Bereiche enthalten oft nur Zellen, die für eine Farbe empfindlich sind. Auch besitzen manche Menschen viel weniger für bestimmte Farben zuständige Zäpfchen als andere, ohne daß deshalb ihr Farbsinn beeinträchtigt ist. Die Aufnahmen wurden mit dem ursprünglich für militärische Zwecke entwickelten Verfahren der adaptiven Optik gemacht.

"Seit 200 Jahre wissen wir daß es drei Typen von Zäpfchen im menschlichen Auge gibt, aber aber bisher waren wir noch nicht in der Lage zu sehen, wie sie angeordnet sind", sagt Austin Roorda von der University of Rochester. "Wir hoffen, daß die Technik, die wir angewandt haben, eines Tages Ärzten helfen wird, Krankheiten zu erkennen und zu heilen, die Blindheit hervorrufen."

Die Aufnahmen wurden durch ein Lasersystem ermöglicht, daß auf dem 1953 von dem Astronomen H. W. Babcock erstmals vorgeschlagenen Prinzip der adaptiven Optik beruht. Dabei werden Verzerrungen ausgeglichen, die das Medium hervorruft, durch welches das Licht sich bewegt. Ein jedem bekanntes Beispiel für solche Verzerrungen ist das Flimmern der Luft über einer Straße an einem heißen Tag. Die Lichtstrahlen werden erneut parallelisiert, so daß sie sich in einem Punkt bündeln lassen und auf diese Weise ein scharfes Bild liefern. Zur Anwendungsreife gebracht wurde das Verfahren, um von Spionagesatelliten gelieferte Bilder schärfer zu machen. Heute ist es auch in Teleskopen sehr verbreitet. David Williams vom Center for Visual Science der University of Rochester adaptierte das Verfahren für die Augenoptik.

Roorda und Williams gelangen Netzhautaufnahmen von drei Personen, zwei davon mit normalen Farbsehvermögen und einer mit Problemen bei der Farberkennung. Die menschliche Netzhaut ist eine Art Schirm innerhalb des Augapfels, der mit Millionen von Zellen bestückt ist, die Lichtsignale in elektrische Signale umwandeln. Man unterscheidet Stäbchen und Zäpfchen, von denen erstere auf nur Helligkeitswerte, letztere auch auf unterschiedliche Frequenzen und damit Farben reagieren. Es gibt drei Arten von Zäpfchen: S für kurzwelliges Licht oder blaue Farbe, M für mittlere Wellenlängen, die grün entsprechen und L für langwelligeres rotes Licht. Die meisten Zäpfchen gibt es für Rot und Grün, aber wie sie verteilt sind, war bisher nicht bekannt.

Am meisten überrascht war das Team von den erheblichen Unterschieden bei den Personen mit normaler Farbsicht. Eine von ihnen hatte etwa genausoviel L- wie M-Zäpfchen, während bei der anderen das Verhältnis 1:4 betrug. Dazu kam noch, daß die einzelnen Typen von Zäpfchen völlig ungleichmäßig über die Retina verteilt waren. Es gab große Gebiete, in denen einer der drei Zelltypen völlig fehlte. Beide Personen zeigten trotzdem dieselben normal entwickelten Fähigkeiten, Farben zu erkennen.

"Diese zufällige Anordnung hatten wir überhaupt nicht erwartet", sagte Williams. "Wenn man eine Digitalkamera bauen würde, käme man nie auf auf die Idee, eine solche Geometrie zu wählen." Seit längerem ist bekannt, daß die Region der Netzhaut mit dem schärfsten Sehvermögen blind gegenüber Blau ist. Das Gehirn scheint aber die fehlenden Farbinformationen irgendwie zu ergänzen.

"Das Gehirn tut eine ganze Menge hinter den Kullissen", sagt auch Roorda, der inzwischen an der University of Houston ist. "Es saugt eine unglaubliche Menge von visueller Rohinformation auf und verarbeitet sie, um uns schließlich unser Bild von der Welt zu liefern. Es ist kein Wunder, daß ein Drittel unseres Gehirns dem Sehvermögen gewidmet ist."

Im Experiment ließen die Wissenschaftler kurzzeitig einen Laserstrahl ins Auge einfallen und spalteten das reflektierte Licht in in über 200 dicht gepackte Einzelstrahlen auf. Mit einem Sensor wurde für jeden dieser Teilstrahlen die Abweichung berechnet, die durch die unterschiedliche Ausformung von Augapfel und Hornhaut zustande kommt. Diesen Abweichungen wurde dann mit Hilfe eines sogenannten "magischen" oder "verformbaren Spiegel" entgegengewirkt. Die Spiegelfläche wurde dabei mit 37 computergesteuerten Kolben so verändert, daß die auftretenden Abweichungen gerade ausgeglichen wurden. Im Ergebnis war es möglich, jedes einzelne Zäpfchen auf der Netzhaut mit Licht unterschiedlicher Farbe einzeln anzusprechen.

Das Verfahren könnte für Augenärzte bei der Früherkennung von Krankheiten wie Glaukomem oder Retinopathie große Bedeutung bekommen. Williams denkt aber auch an künstliche Sehkraftverstärkung bei Piloten oder Sportlern. "Adaptive Optik läßt die Welt knackiger aussehen", sagt er. "Sie könnte uns zu einem Niveau von Sehkraftkorrekturen führen, das man heute einfach noch nicht erreichen kann."

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