Menselijk
oog is geen camera
Oog stuurt alleen ruwe beelden door naar de hersenen
- 29-03-2001
Doctoraatstudent
Botond Roska erfde zijn vaders fascinatie voor het menselijke oog.
Het onderzoek van de zoon kan de vader nu verder helpen met zijn zoektocht
naar een kunstmatig oog. Botond ontdekte immers dat het oog slechts
schetsen van de werkelijkheid naar de hersenen stuurt.
Het
onderzoek van Roska kadert in het Berkeley
Health Sciences Initiative aan de Berkeley-universiteit
in Californië. In dit programma wil men een nieuwe kijk op het biomedische
onderzoek ontwikkelen, waarin een interdisciplinaire benadering moet
leiden tot resultaten waarmee concrete gezondheidsproblemen kunnen
worden aangepakt.
In het onderzoek van Roska, dat hij samen met moleculair- en celbioloog
Frank Werblin in het jongste nummer van Nature
publiceert, wordt dit mooie principe in praktijk gebracht. Door meer
inzicht te krijgen in de manier waarop visuele informatie die wordt
opgevangen door het oog naar de hersenen wordt gestuurd, hoopt men
een bijdrage te kunnen leveren bij de ontwikkeling van een kunstmatig
oog, niet toevallig een project waarin Tamas Roska, de vader van
Botond, baanbrekend werk verrichte.
Het menselijke oog
wordt doorgaans als een natuurlijke camera beschouwd, een instrument
dat gedetailleerde beelden naar de hersenen stuurt. Maar dat blijkt
niet te kloppen. Integendeel, de beelden die het oog doorgeeft zijn
maar erg rudimentaire afbeeldingen, die onderweg tot levendige visuele
ervaringen worden samengevoegd.
Om tot dat besluit te komen, maten de onderzoekers 3 jaar lang de
signalen in de meer dan 200 miljoen ganglioncellen van een konijnenoog,
terwijl aan het dier afbeeldingen van cirkels en driehoeken werden
getoond. Deze ganglia zorgen ervoor dat de signalen die het oog opvangt,
ook worden doorgestuurd en bevinden zich in het netvlies.
Licht dat door het oog wordt opgevangen, moet nog heel wat stapjes
doorlopen voor het in de hersenen terecht komt. In eerste instantie
wordt het opgevangen door de fotoreceptoren, lichtgevoelige cellen,
die de signalen naar een laag horizontale cellen sturen. Daarna worden
de signalen naar de bipolaire cellen gestuurd, die verder verwijzen
naar de ganglioncellen, waarna de impulsen uiteindelijk richting hersenen
gaan.
Dat van de ganglioncellen verschillende soorten bestonden was door
biologen al eerder opgemerkt, maar omdat de regio waar de bipolaire
cellen met de ganglia in contact komen een hopeloos ingewikkelde en
ondoordringbare wirwar leek te zijn, had men de moed er enige lijn
in te vinden opgegeven.
Maar Roska ontdekte dat deze laag minder ongestructeerd is dan het
op het eerste zicht lijkt. De bipolaire cellen blijken niet willekeurig
met de ganglia verbonden te zijn, maar de verbindingen zijn gestructureerd
in 12 lagen, die telkens verbonden zijn met welbepaalde ganglia.
De verschillende groepjes ganglia nemen ook verschillende taken waar.
Sommige sturen een filmpje naar de hersenen waarin de rand van een
object benadrukt wordt, een ander groepje legt zich toe op de achtergrond,
terwijl een derde gespecialiseerd is in bewegende beelden.
Hoe deze 12 aparte, maar zeer schetsmatige beelden tot één gedetailleerd
beeld worden samengevoegd, werd ook door Roska uitgepluisd. Daar blijkt
alweer een ander type cellen verantwoordelijk voor te zijn: de amacrinecellen.
Deze zorgen ervoor dat de verschillende ganglia-lagen met elkaar kunnen
communiceren, zodat de output niet beperkt blijft tot de 12 afzonderlijke
en rudimentaire beelden.
Overigens zijn de onderzoekers zich ervan bewust dat dit niet meteen
een eenvoudig proces is. Daarom tonen ze de complexe weg die de signalen
afleggen in een digitaal filmpje.
De resultaten van dit onderzoek werden daarna naar de Hongaar David
Balya gestuurd, een software designer. Die liet de manier waarop visuele
impulsen worden verwerkt door een computer nabootsen, waardoor het
verschil tussen de dingen die we echt zien en welke gegevens er naar
de hersenen gestuurd worden, keurig in beeld worden gebracht. Dat
is dan meteen ook de allereerste stap op weg naar een artificeel cellulair
neuraal netwerk dat als basis zal moeten dienen voor een artificieel
oog. Maar voor dat geïmplanteerd zal kunnen worden, moet men nog uitvissen
hoe het bionische oog op de hersenen aangesloten kan worden.
(DdV)
Aansluitende artikels:
Humor
in de hersenen - 28-02-2001
Beschikt
iedere baby over een absoluut gehoor? - 20-02-2001
Een
zintuiglijke siamese tweeling - 18-12-2000
Neurale
netwerken - 31-08-2000
Related links:
Het
onderzoek in beeld gebracht
Het
oog
©
David de Vaal
