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Wie der „Bildstabilisator“ in unseren Augen funktioniert

Auge
Unsere Netzhaut wirkt wie ein Bildstabilisator. (Bild: Peopleimages/ iStock)

Ohne dass wir es merken, findet in unseren Augen ständig eine Korrektur unserer Wahrnehmung statt. Denn ein spezielles System gleicht die ständigen schnellen Augenbewegungen aus, mit denen wir unwillkürlich unsere Umwelt abtasten. „Verwackelte“ Bildpassagen werden dabei schlicht unterdrückt. Wo diese sogenannte Sakkadische Unterdrückung stattfindet und wie sie funktioniert, haben Wissenschaftler nun herausgefunden. Ihre Experimente belegen erstmals klar, dass diese Sehkorrektur direkt in der Netzhaut stattfindet und nicht erst in nachgeschalteten Teilen des Sehsystems.

Unsere Augen stehen nie ganz still. Stattdessen bewegen sie sich ständig in schnellem Takt hin- und her – etwa zwei- bis dreimal pro Sekunde. Erst diese sogenannten Sakkaden sorgen dafür, dass wir ein scharfes Bild unserer Umwelt wahrnehmen. Denn durch diese unwillkürlichen Bewegungen tasten unsere Augen die Umgebung ähnlich einem Scanner ab: Sie lassen alles Sichtbare in unserem Sehfeld über den hochauflösenden Bereich im Zentrum der Netzhaut laufen. Das Merkwürdige ist dabei allerdings: Von diesem ständigen Ruckeln bekommen wir nichts mit. Wir sehen ein stabiles, ruhiges Bild, weil unser Sehsystem den Seheindruck aus unzähligen scharfen Standbildern zusammensetzt, die Signale der raschen Bewegungsphasen aber unterdrückt. Das bedeutet auch, dass wir sehr kurze Sehreize, die genau in einer dieser Sakkaden passieren, schlicht übersehen, wie schon viele Experimente belegt haben. „Doch wie diese sakkadische Unterdrückung funktioniert, ist noch immer strittig“, erklären Saad Idrees von der Universität Tübingen und seine Kollegen.

Netzhaut oder Bewegungssignale?

Zurzeit gibt es zwei konkurrierende Hypothesen zur Erklärung der sakkadischen Reizunterdrückung. Die eine geht davon aus, dass dieser Effekt eng mit der Augenbewegung verknüpft ist: Die Nervensignale, die die Augenmuskeln kontrollieren, sollen nach dieser Hypothese auch die optische Unterdrückung der Bewegungseindrücke koordinieren. „Nach dieser populären Sichtweise sind die motorischen Befehle zur Augenbewegung eine notwendige Voraussetzung für die sakkadische Suppression – das Ganze wäre demnach ein bewegungsbedingtes Signal“, erklären die Forscher. Doch es gibt noch eine andere Hypothese, nach der die Netzhaut selbst diese selektive Reizunterdrückung verursacht – unabhängig von den Augenbewegungen. Demnach erkennt die Retina durch die von ihren Sinneszellen registrierten Bildfolgen von selbst, dass die Bilder „verwackelt“ sind und korrigiert dies – ähnlich einem Bildstabilisator in einer Digitalkamera.

Um herauszufinden, welche Hypothese zutrifft, haben Idrees und seine Kollegen mehrere Experimente durchgeführt. In einem sollten die Probanden auf Aufnahmen von groben oder feinen Oberflächen schauen und dabei einem sich sprunghaft und schnell bewegenden Markerpunkt folgen. Dies erzeugte steuerbare Sakkadenbewegungen ihrer Augen. Zu verschiedenen Zeiten innerhalb dieser Sakkade blendeten die Forscher einen extrem kurzen, hellen Lichtpunkt an einer Stelle der Textur ein und baten die Probanden, dies anzuzeigen, wenn sie ihn sahen. Über die Zeiten, an denen die Teilnehmer den Punkt nicht sahen, konnten sie ermitteln, wann die sakkadische Unterdrückung einsetzte und wie lange sie anhielt.

Die Bilder selbst steuern die Korrektur

Die Experimente ergaben: Die kurze, von der sakkadischen Unterdrückung erzeugte „Blindheit“ war in allen Fällen deutlich nachweisbar. Ihre Dauer hing jedoch von der Textur ab: Je gröber das betrachtete Muster, desto früher setzte die Unterdrückung ein und desto länger hielt sie an. „Dass die Stärke und die Länge der Unterdrückung von den abgebildeten Texturen abhängig waren, kann nur bedeuten, dass der Auslöser visueller Natur sein muss“, sagt Arbeitsgruppenleiter Ziad Hafed von der Universität Tübingen. „Die Suppression hängt eindeutig von den visuellen Bildern ab.“ Aber wie genau geschieht dies? Um das herauszufinden, führten die Wissenschaftler elektrophysiologische Versuche mit in Kultur gehaltener Netzhaut von Mäusen und Schweinen durch. Mittels Elektroden leiteten sie dabei die Signale ab, die die Sinneszellen abgaben, wenn eine kontrastreiche Textur schnell vor der Retina hin und her bewegt wurde. Statt der Augen vollführte dabei gewissermaßen die Textur die Sakkaden. Die Messergebnisse bestätigten, dass schon die Netzhaut das „Wackeln“ des Bilds korrigiert und die Reize aus der Bewegungsphase unterdrückt.

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Das Sehsignal ist demnach bereits unterdrückt, wenn es das Auge verlässt. „Die Netzhaut trägt also direkt zu unserem stabilen Seheindruck bei“, sagt Idrees‘ Kollege Thomas Münch. „Sie erkennt, dass die Welt vorbeirauscht, und reguliert die Empfindlichkeit für kurze Zeit herunter.“ Demnach geben die Ergebnisse in großen Teilen der zweiten Hypothese recht. Allerdings mit einer kleinen Einschränkung: Als die Forscher ihre Probanden einem Gegentest unterzogen, bei der sich zwar die Textur bewegte, nicht aber die Augen, zeigten sich subtile Unterschiede zum vorherigen Versuch: Die sakkadische Unterdrückung war ohne Augenbewegungen länger als mit. Die Wissenschaftler schließen daraus, dass die selektive „Ruckelkorrektur“ unseres Sehens zwar von der Netzhaut ausgeht und unabhängig von den Augenmuskeln und ihren Signalen entsteht. Aber die Augenbewegungen bewirken eine Art ergänzendes „Feintuning“, indem sie die Länge der Unterdrückung mitbeeinflussen. Damit könnten Hard und sein Team nun den Streit um den Mechanismus hinter der sakkadischen Unterdrückung beigelegt haben.

Quelle: Saad Idrees (Universität Tübingen) et al., Nature Communications, doi: 10.1038/s41467-020-15890-w

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