Neuroproteomics & Neuroplasticiteit Wat is zien?

Transcriptie

1 Wat is zien? Lut Arckens

2 Gedrag: interactie met omgeving

3 Horen zien en zwijgen...of eerder zwijgen, horen en zien? Met dank aan Julie Puttemans bij de zoektocht naar illustraties

4 Welke eigenschappen van een object worden geanalyseerd? Vorm grootte - kleur textuur - beweging WAT? WAAR?

5 Waarheid of illusie? Meer dan parallelle processing!

6 De subjectiviteit van visuele waarneming De interpretatie van de visuele stimulus

7 Cultuur Cfr Zoeloes Wie opgroeit in een wereld zonder rechte hoeken en lijnen zal de illusie niet als zodanig ervaren. 3A 3B 3C 3D 3E Eigenzinnigheid van visuele waarneming, interpretatie

8 Het visueel systeem gebruikt licht om beelden te vormen van de wereld om ons heen Licht Electromagnetische straling - electromagnetisch spectrum Hoge frequentie ~hoge energie Kortere golflengte lage fequentie~lage energie langere golflengte Golglengte wordt door de hersenen geïnterpreteerd als kleur Interactie van lichtstralen met de omgeving Het meeste van wat we zien is licht gereflecteerd door objecten in onze omgeving Transfer van lichtenergie (denk aan zonnebaden) Zwart kleur - wit Brekingshoek hangt af van snelheid van licht in verschillende media Cfr cornea en lens oog

9 Het oog gespecialiseerd orgaan voor de detectie, localisatie en analyse van licht Oftalmoscopisch beeld Centraal zicht (circulaire spier: pupilgrootte) Optische zenuw Waterig lichaam Extraoculaire spieren (3 paar)

10 Het oog Het pad afgelegd door licht tot aan de lichtgevoelige cellen

11 Het oog Gangliocellaag OUTPUT Binnenste plexiforme laag Binnenste nucleaire laag: bipolaire, horizontale, amacriene cellen Buitenste plexiforme laag Buitenste nucleaire laag: staafjes en kegeltjes INPUT pigmentepitheel Kegeltjes: details en kleur, bij helder licht, vooral in centrale retina Staafjes: bij dim licht, vooral in perifere retina (cfr sterren kijken) Staafjes en kegeltjes in vertebraten oog

12 Het oog Normaal zicht Lens accomodatie (leeftijd...) Cornea zorgt voor refractie Normale projectie in rust: punt - punt Lens helpt bij refractie Bijziend zonder bril Object dichter dan 9 meter correctie verziend bijziend Afwijkingen op de projectie van het beeld op het netvlies Correctie bijziendheid met convex brilleglas

13 Oog aandoeningen strabismus cataract

14 Therapieën voor oogaandoeningen Cataract: implantatie nieuwe lens Strabismus: het oog wijktaf bij het bekijken van een object (2-5 % van kinderen) behandeling strabsimus: best vroeg in het leven ( voor 6-7j) Oogspier anomalie: chirurgie oogspiertraining (geen focus op neurologische, visuo-motor problemen) Visus therapie: correctie van oogbewegingen en visuo-motor deficieten: oog alignatie, oog teaming, oog focusering capaciteit, oogbewegingen Oog naar buiten Exotropie Oog naar boven Hypertropie Oog naar beneden Hypotropie Oog naar binnen Esotropie

15 Waarom twee ogen? De positie van de twee ogen in het hoofd bepaalt de breedte van het gezichtsveld en de mate van diepteperceptie rechter tractus opticus rechter LGN radiatio optica Primaire visuele cortex Het versmelten van de info uit de twee monoculaire gezichtsvelden tot één beeld ter hoogte van de hersenen laat toe diepte waar te nemen (stereoscopisch zicht) Weinig overlap Groot gezichtsveld prooidier (Schaduw, relatieve grootte) grote overlap kleiner gezichtsveld Dieptezicht predator

16 De visuele hersenschors rechteroog Linkeroog Optische zenuwen Optisch chiasma Tractus Opticus Laterale geniculate nucleus Geen compensatie mogelijk bij letsel Occipitale lobben van cerebrum (visuele cortex)

17 De visuele hersenschors

18 De visuele hersenschors Retinotopie: naastliggende punten gezien door naastliggende neuronen Afdruk van de visuele scéne op het hersenoppervlak RF Dougherty et al., 2003

19 De visuele hersenschors Eerste menging van info van beide ogen

20 De visuele hersenschors 1960 en later : David Hubel en Torsten Wiesel (samen met Roger Sperry), Nobel Prijs winnaars: kritische periode voor de ontwikkeling van normale visus inclusief stereopsis

21 De visuele hersenschors oogdominantie

22 LGN inputs in de visuele cortex ondergaan segregatie tijdens de ontwikkeling Ontwikkeling van oogdominantiekolommen

23 Effect van visuele deprivatie op oogdominantiekolommen Autoradiografie van visuele cortex, 10 dagen na tracer injectie in 1 oog Hubel, Wiesel and LeVay, 1977 Visuele cortex van normale adulte aap 18 maand oud; MD voor 2 weken. Label geïnjecteerd in nietgedepriveerde oog 18 maand oud; MD voor 2 weken. Label geïnjecteerd in gedepriveerde oog

24 Oorzaak van amblyopie

25 Therapieën voor amblyopie Amblyopie lui oog oog en hersenen werken niet goed samen hersenblindheid: oog is intact en werkt normaal (2-3% van de kinderen ) oorzaak: strabismus, 1 verziend oog, 1 bijziend oog, astigmatisch oog (= ongelijkmatige kromming cornea, lens verstoorde punt tot ppout projecite in oogbol) Behandeling van amblyopia: Best vroeg in het leven ( voor 6-7j) Atropine druppels: in sterker oog om visus tijdelijk te vertroebelen Patching: een opaque sticker wordt aangebracht over het sterke oog voor een aantal uren per dag voor een periode van maanden

26 De wat en de waar baan in de visuele hersenschors WAAR MT V4 V1 IT WAT

27 De wat en de waar baan in de visuele hersenschors Opdeling van de visuele cortex van de aap areas Intercorticael connecties Van Essen et al.

28 De wat en de waar baan in de visuele hersenschors: Een doorgeefluik? A D C B 2A 2B 2C 2D

29 De wat en de waar baan in de visuele hersenschors: Een doorgeefluik? 3A 3B 3C 3D 3E

30

31 Toepassingen in kunstwereld

32 This post was submitted by Emily.

33

34

35 Escher s impossible staircase Maurits Cornelis Escher ( )

36

37 Toepassingen in filmwereld Ware positie persoon A Waargenomen positie persoon A Ware positie persoon B Ames room illusie : 3 dim illusie: kan verklaard worden door het gebrek aan indicaties die normaal gebruikt worden bij driedimensionale grootte constantie. Waargenomen vorm kamer kijkgaatje Grootte constantie: als een persoon zich van ons verwijdert neemt het beeld op ons netvlies af. We ervaren de persoon als verder weg en zullen de verkleining niet opvatten alsof de persoon zelf in grootte afneemt. Het is van groot belang dat de toeschouwer slechts vanuit één standpunt kan kijken. Zodra je vanuit een ander standpunt kijkt gaat de illusie verloren.

38 Hagrid in Harry Potter De hobbits in The lord of the rings De Ames room illusie word in de filmindustrie dankbaar gebruikt. Om de grootte van Hagrid in de Harry Potter films te benadrukken maakt men gebruik van zeer specifieke camerastandpunten en Ames roomachtige ruimten. Hoewel in de film Harry en zijn vrienden in gezelschap van Hagrid vaak vlak naast elkaar lijken te staan, is de afstand tussen hen in werkelijkheid veel groter. Beeldmanipulatie, camerastandpunten en perspectivisch aangepaste ruimten zorgen voor de beoogde effecten

39 Elke soort zijn bijdrage tot onze kennis Imaging PET - fmri De mens Electrofysiologie aap Single cell recording De relatie tussen cerebrale bloedvloei en signalen in PET en functional MRI Sadato et al Functional MRI van hersenactiviteit tijdens fotostimulatie. De neurale activiteit in de laterale geniculate nucleus en de primaire visuele cortex wordt gedetecteerd PET van hersenactiviteit tijdens het horen, zien, spreken en genereren van woorden

40 Elke soort zijn bijdrage tot onze kennis De muis Twee ogen, klein binoculair veld, groot monoculair veld Prusky et al Kat ziet muis? Muis ziet kat? Hubener et al retinotopie Van der Gucht et al Minstens 10 areas

41 Elke soort zijn bijdrage tot onze kennis De muis Fluorecente labeling, tracing Links: voorstel sequentiële ontwikkeling van dendrieten van ganglioncellen in de retina van zoogdieren Rechts: labeling van GC in muis retina op P0 en P4 : oorspronkelijk zijn de vertakkingen niet gestratifieerd, later wel

42 Elke soort zijn bijdrage tot onze kennis De muis Gedrag, activiteitsmeting, labeling celtypes, uitschakelen of aanschakelen genexpressie,... Dendrietische spines Time-lapse imaging Brainbow Van Brussel et al Prusky et al Voorbeeld visuele training: zwemmen naar scherm met lijnen Livet t al Visualisatie van verschillende neurontypes en hun dendietische spines in de hersenen van de muis via fluorescente labels Moleculaire analyse van hersenactiviteit na monoculaire en binoculaire deprivatie

43 Waarom willen we het visuele systeem en de visus begrijpen? Voor het uitwerken van therapieën voor visus problemen -Voor het begrijpen van de capaciteit van het visuele systeem om zich aan te passen na letsel of gebrek/foute stimulatie - En bij uitbreiding de capaciteit van de hersenen om zich aan te passen na letsel Eysel et al Size deprived cortex 14d: expected size 1m: distinct shrinkage 3m: maximum shrinkage 8m: no further shrinkage Hu et al.

44 expressiepatronen Proteoomanalyse - differentiële eiwitexpressie clusteranalyse Van de Plas et al

45 Voorlopig blijft huidig onderzoek in een poging tot het begrijpen van de visuele baan gelijken op hoe we de werking van een apparaat zouden proberen te begrijpen dooor zijn onderdelen 1 voor 1 te verwijderen en de essentie ervan te achterhalen. Door te begrijpen wat elk onderdeel van de visuele baan exact doet (structuur/functie relatie) hopen we uiteindelijk te achterhalen hoe onze hersenen de visus creeeren Hersenen bestuderen hersenen

46 We kjijekn met ozne oegn en zein met ozne hresneen! Tekening: Robbin Rawlings