Wat is zien?

Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
Wat is zien?
Lut Arckens
8 december 2008
Gedrag: interactie met omgeving
8 december 2008
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
Horen zien en zwijgen......of eerder zwijgen, horen en zien?
Met dank aan Julie Puttemans bij de zoektocht naar illustraties
8 december 2008
Welke eigenschappen van een object worden geanalyseerd?
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
Vorm – grootte - kleur – textuur - beweging
WAT ?
8 december 2008
WAAR?
Waarheid of illusie? Meer dan parallelle processing!
8 december 2008
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
De subjectiviteit van visuele waarneming
De interpretatie van de visuele stimulus
8 december 2008
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
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 december 2008
Het visueel systeem gebruikt licht om beelden te vormen van de wereld om ons heen
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
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
8 december 2008
Brekingshoek hangt af van snelheid
van licht in verschillende media
Cfr cornea en lens oog
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
Het oog
gespecialiseerd orgaan voor de detectie, localisatie en analyse van licht
Oftalmoscopisch beeld
Centraal zicht
(circulaire spier:
pupilgrootte)
Optische
zenuw
Extraoculaire
spieren (3 paar)
Waterig lichaam
8 december 2008
Het oog
Het pad afgelegd door licht tot aan de lichtgevoelige cellen
8 december 2008
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
Het oog
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
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)
8 december 2008
Staafjes en kegeltjes in vertebraten oog
Normaal zicht
Het oog
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
8 december 2008
Correctie bijziendheid met convex
brilleglas
Oog aandoeningen
strabismus
8 december 2008
cataract
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
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
8 december 2008
Waarom twee ogen ?
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
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
8 december 2008
De visuele hersenschors
rechteroog
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
Linkeroog
Optische zenuwen
Optisch chiasma
Tractus Opticus
Laterale
geniculate
nucleus
Geen compensatie mogelijk bij letsel
8 december 2008
Occipitale lobben van
cerebrum (visuele cortex)
De visuele hersenschors
8 december 2008
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
De visuele hersenschors
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
Retinotopie: naastliggende punten gezien door naastliggende neuronen
Afdruk van de visuele scéne op het hersenoppervlak
RF Dougherty et al., 2003
8 december 2008
De visuele hersenschors
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
Eerste menging van info
van beide ogen
8 december 2008
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
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
8 december 2008
De visuele hersenschors
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
oogdominantie
8 december 2008
LGN inputs in de visuele cortex ondergaan
segregatie tijdens de ontwikkeling
Ontwikkeling van oogdominantiekolommen
8 december 2008
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
Effect van visuele deprivatie op oogdominantiekolommen
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
Autoradiografie van visuele cortex, 10 dagen na tracer injectie in 1 oog
Hubel, Wiesel and LeVay, 1977
Visuele cortex van normale
adulte aap
8 december 2008
18 maand oud; MD voor 2 weken.
Label geïnjecteerd in nietgedepriveerde oog
18 maand oud; MD voor 2 weken.
Label geïnjecteerd in
gedepriveerde oog
Oorzaak van amblyopie
8 december 2008
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
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
8 december 2008
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
De ‘wat’ en de ‘waar’ baan in de visuele hersenschors
‘WAAR’
MT
V1
V4
IT
8 december 2008
‘WAT’
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
De ‘wat’ en de ‘waar’ baan in de visuele hersenschors
Opdeling van de visuele cortex van de aap
 areas
 Intercorticael connecties
8 december 2008
Van Essen et al.
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
De ‘wat’ en de ‘waar’ baan in de visuele hersenschors:
Een doorgeefluik?
A
D
C
2A
8 december 2008
2B
2C
B
2D
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
De ‘wat’ en de ‘waar’ baan in de visuele hersenschors:
Een doorgeefluik?
8 december 2008
3A
3B
3C
3D
3E
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
8 december 2008
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
Toepassingen in kunstwereld
8 december 2008
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
This post was submitted by Emily.
8 december 2008
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
8 december 2008
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
8 december 2008
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
8 december 2008
Escher’s impossible staircase
Maurits Cornelis Escher (1898-1972)
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
8 december 2008
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
Toepassingen in filmwereld
Ware positie
persoon A
Ware positie
persoon B
Waargenomen
positie persoon
A
Ames room illusie : 3 dim illusie: kan verklaard worden
door het gebrek aan indicaties die normaal gebruikt
worden bij driedimensionale grootte constantie.
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.
8 december 2008
Waargenomen
vorm kamer
kijkgaatje
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.
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
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.
8 december 2008
Beeldmanipulatie, camerastandpunten
en perspectivisch aangepaste ruimten
zorgen voor de beoogde effecten
Elke soort zijn bijdrage tot onze kennis
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
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
8 december 2008
PET van hersenactiviteit tijdens het horen, zien, spreken en
genereren van woorden
Elke soort zijn bijdrage tot onze kennis
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
De muis
Twee ogen, klein binoculair veld, groot monoculair veld
Prusky et al
Kat ziet muis?
Muis ziet kat?
Van der Gucht et al
Hubener et al
Minstens 10 areas
retinotopie
8 december 2008
Elke soort zijn bijdrage tot onze kennis
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
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
8 december 2008
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
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
8 december 2008
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
Waarom willen we het visuele systeem en de visus begrijpen?
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
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.
8 december 2008
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
expressiepatronen
Proteoomanalyse - differentiële eiwitexpressie
clusteranalyse
Van de Plas et al
8 december 2008
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
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
8 december 2008
Neuroproteomics &
Neuroplasticiteit
We kjijekn met ozne oegn en zein met ozne hresneen!
8 december 2008
Tekening: Robbin Rawlings