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11. November 2011   437/11   Forschung

Vom Dunkeln ins Helle: Wie passt sich das Auge an?
Wissenschaftlern gelingt weiterer Durchbruch bei der Analyse der neuronalen Adaptationsmechanismen des Auges

Oldenburg. Wir können im gleißenden Sonnenschein oder bei Kerzenlicht unser Gegenüber erkennen oder uns bei einer Autofahrt sofort an die unterschiedlichen Lichtverhältnisse in und außerhalb eines Tunnels anpassen. Das geschieht so mühelos, dass wir uns kaum Gedanken über die physiologischen Prozesse machen, die dieser Anpassung zugrunde liegen. Während die Wissenschaft das Dunkel- und Hellsehen weitgehend erforscht hat, blieben die neuronalen Anpassungsmechanismen des Auges für die Wissenschaft lange ein Rätsel. Ihre Analyse bildet seit Jahren einen Schwerpunkt der Arbeitsgruppe Neurobiologie an der Universität Oldenburg unter der Leitung von Prof. Dr. Reto Weiler. Gemeinsam mit Arbeitsgruppen der Universität Tübingen und des Helmholtz Forschungszentrums Jülich ist den Wissenschaftlern jetzt ein entscheidender Durchbruch beim Verständnis der Adaptationsmechanismen gelungen. Dies dokumentiert ein soeben in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communication erschienener wissenschaftlicher Beitrag, der online abgerufen werden kann.*
Sehen beginnt in der Netzhaut des Auges, einer Ausstülpung des Gehirns, die mit diesem über den optischen Nerv verbunden ist. Über diesen dünnen Nerv müssen alle visuellen Signale übertragen werden, die in der Netzhaut, einem hochkomplexen Netzwerk von Nervenzellen, aufgearbeitet und komprimiert werden müssen. Eine wichtige Grundlage der Adaptation bildet die Existenz von zwei Photorezeptorsystemen mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten: den Stäbchen und den Zapfen. Die Stäbchen sind empfindlicher und übernehmen die Arbeit im Dunkeln, die Zapfen sind weniger empfindlich und arbeiten im Hellen. Dazwischen gibt es eine breite Zone des Übergangs, das so genannte mesopische Sehen, bei dem beide Systeme aktiv sind.
„Da das Stäbchen- und Zapfensystem miteinander im Netzwerk interagieren, war eine der spannendsten Fragen, warum die im Hellen auftretende Sättigung des Stäbchensystems nicht das Zapfensystem blockiert und uns blind macht“, erläutert Weiler das Problem. In der nun vorliegenden Studie konnten die Experten zeigen, dass ein spezieller Ionenkanal in den Stäbchen, der so genannte HCN1 Kanal, die Blockade verhindert „Mäuse, denen dieser Kanal fehlt, können im Hellen nicht mehr sehen, obwohl die Zapfen weiterhin funktionsfähig sind.“ Durch eine Reihe von aufwändigen elektrophysiologischen Untersuchungen und deren Kombination mit transgenen Tiermodellen, habe man die Bedeutung des Kanals für die Adaptation nachweisen und damit einen bis dato unbekannten Mechanismus der Anpassung unseres Sehens an unterschiedliche Helligkeiten entschlüsseln können.
Die neuen Erkenntnisse tragen Weiler zufolge dazu bei, Symptome von Patienten mit Netzhauterkrankungen, bei denen die Stäbchen-Zapfen-Kommunikation gestört ist, erklären zu können. „Es gibt nun eine bessere Grundlage für potenzielle Behandlungsmöglichkeiten“, so Weiler.

*„Modulation of rod photoreceptor output by HCN1 channels is essential for regular mesopic cone vision“; Mathias W. Seeliger, Arne Brombas, Reto Weiler, Peter Humphries, Gabriel Knop, Naoyuki Tanimoto, Frank Müller; Nat. Commun. 2 : 532doi:10.1038/ncomms1540 (2011)

ⓘ www.nature.com/ncomms/archive/subject/npg_subject_308/2011
 
ⓚ Kontakt:
Prof. Dr. Reto Weiler, Institut für Biologie und Umweltwissenschaften, Tel.: 0441/798-2581, E-Mail: reto.weiler(Klammeraffe)uni-oldenburg.de
 
(Stand: 20.04.2022)