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Wie erkennen unsere Augen Licht mit unterschiedlichen Frequenzen?

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Hier ist meine Verwirrung: Wir können farbiges Licht verschiedener Wellenlängen sehen: von Rot bis Violett. Nach meinem Verständnis bewirken diese Reize eine bestätigende Veränderung der Photorezeptoren in unseren Augen und führen zu einem STP, der schließlich zu einem "Alles-oder-Nichts"-Aktionspotential führt, das ein weiteres Signal sendet, wieder ein Alles-oder-Nichts-Aktionspotential durch das Chiasma opticum an der Hinterhauptslappen und wir nehmen die Farben so wahr, wie wir sie sehen.

Meine Frage ist *Wie funktioniert diese Signalisierung? *; Wie kann ein kleiner Reiz, der zu einer "Alles-oder-Nichts"-Kette von Aktionspotentialen führt, in etwas so Spezifisches wie das Farbsehen umgewandelt werden?

Anders gefragt, wie führt eine Variation einer Bestätigungsänderung an einem Rezeptor, die zu einer "Alles-oder-Nichts"-Signalgebung führt, dazu, dass bestimmte Signale gesendet werden, wie zum Beispiel farbiges Sehen?

PS: Ich kenne Jack nicht über Sinnesphysiologie


Kurze Antwort
Aktionspotentiale, die zu verschiedenen Farben erzeugt werden, sind in der Tat im gesamten Nervensystem ähnlich und kodieren keine Farbe als solche. Stattdessen sind die unterschiedlichen farbempfindlichen Zellen in der Netzhaut mit unterschiedlichen Neuronen verbunden und diese farbspezifischen Signale werden bis in die höheren Sehrindenbereiche getrennt gehalten.

Hintergrund
Aktionspotentiale sind in der Tat im gesamten Nervensystem ziemlich ähnlich. Die farbempfindlichen Sinneszellen im Retina, genannt die Zapfen, gibt es in drei Geschmacksrichtungen: rot, grün und blau. Diese Farben bilden das RGB-System wie in Ihrem LED-Fernseher und können zusammen alle verfügbaren Millionen von Farben ergeben. Diese drei Zapfen synapsen schließlich mit farbspezifischen sekundären sensorischen Neuronen (Abb. 1).

Daher erzeugen R-, G- und B-Zapfen tatsächlich identische Aktionspotentiale in nachgeschalteten Neuronen, der Trick ist, dass sie dies in unterschiedlichen Ganglienzellen der Netzhaut, und bei verschiedene Feuerraten abhängig von der Lichtintensität, für die der jeweilige Kegel empfindlich ist. Diese verschiedenen Klassen von retinalen Ganglienzellen projizieren auf verschiedene Klassen von Neuronen im Hirnstamm (seitlicher geknickter Kern, oder LGN) und schließlich auf verschiedene Neuronen im höhere kortikale Sehbereiche im Gehirn.


Abb. 1. Verschiedene Klassen von Zapfen synapsen mit verschiedenen Klassen sekundärer sensorischer Neuronen in der Netzhaut. Quelle: Discovery Eye Foundation

Der Grund, warum wir Millionen von Farben unterscheiden können, erklärt sich durch die Hering-Modell des Farbsehens (Abb. 2). Grundsätzlich konvergieren die verschiedenen Zapfen paarweise auf gegensätzliche farbempfindliche Zellen. Das Rot-Grün-Gegnersystem zum Beispiel funktioniert durch Abwägen des Rot- und Grünanteils im eingehenden Signal. Durch diese Gewichtung entsteht ein analoges System, das Millionen von Farben entlang der Rot-Grün-Achse kodieren kann (Abb. 3).


Abb. 2. Hering-Modell des Farbsehens. Quelle: Webvision


Abb. 3. Rot-Grün-Farbachse. Quelle: SO


Wie kann ein kleiner Reiz, der zu einer "Alles-oder-Nichts"-Kette von Aktionspotentialen führt, in etwas so Spezifisches wie das Farbsehen umgewandelt werden?

Die visuelle Phototransduktion ist die Antwort auf Ihre Frage.

Es ist ein Prozess, bei dem Licht in den Stäbchenzellen, Zapfenzellen und lichtempfindlichen Ganglienzellen der Netzhaut des Auges in elektrische Signale umgewandelt wird. Dieser Zyklus wurde von George Wald (1906-1997) erläutert, für den er 1967 den Nobelpreis erhielt. Nach ihm wird er "Wald's Visual Cycle" genannt.

Überblick

Der Sehzyklus ist die biologische Umwandlung eines Photons in ein elektrisches Signal in der Netzhaut. Dieser Prozess erfolgt über G-Protein-gekoppelte Rezeptoren, Opsine genannt, die das Chromophor 11-cis-Retinal enthalten. 11-cis-Retinal ist kovalent an das Opsin gebunden. Wenn es von einem Photon getroffen wird, durchläuft 11-cis-Retinal eine Photoisomerisierung zu all-trans-Retinal, was die Konformation des Opsins ändert, was zu Signaltransduktionskaskaden führt, die einen Verschluss des zyklischen GMP-gesteuerten Kationenkanals und eine Hyperpolarisation der Photorezeptorzelle bewirken.

Signaltransduktion

Im Dunkeln Glutamat wird ständig an Synapsen zwischen Photorezeptoren und Bipolarzellen sezerniert.

Im Licht

1) Ein Lichtphoton interagiert mit dem Netzhaut in einer Photorezeptorzelle. Das Retinal wird isomerisiert und wechselt von der 11-cis- in die all-trans-Konfiguration.

2) Retinal passt nicht mehr in die Opsin-Bindungsstelle.

3) Opsin unterliegt daher einer Konformationsänderung zu Metarhodopsin II. Metarhodopsin II ist instabil und spaltet sich, wodurch Opsin und all-trans-Retinal erhalten werden.

4) Das Opsin aktiviert das regulatorische Protein Transducin.

5) Dies bewirkt, dass Transducin von seinem gebundenen GDP dissoziiert und GTP bindet, dann dissoziiert die Alpha-Untereinheit von Transducin von den Beta- und Gamma-Untereinheiten, wobei das GTP immer noch an die Alpha-Untereinheit gebunden ist.

6) Der Alpha-Untereinheit-GTP-Komplex aktiviert Phosphodiesterase oder PDE.PDE baut cGMP zu 5'-GMP ab.

7) Dies senkt die Konzentration von cGMP und daher schließen sich die Natriumkanäle.

8) Das Schließen der Natriumkanäle verursacht eine Hyperpolarisation der Zelle aufgrund des anhaltenden Effluxes von Kaliumionen.

9) Die Hyperpolarisation der Zelle bewirkt, dass sich spannungsgesteuerte Calciumkanäle schließen. Wenn der Calciumspiegel in der Photorezeptorzelle sinkt, sinkt auch die Menge des Neurotransmitters Glutamat, die von der Zelle freigesetzt wird.

10) Eine Abnahme der Menge an Glutamat, die von den Photorezeptoren freigesetzt wird, verursacht eine Depolarisation von Bipolarzellen in der Mitte (Stäbchen und Zapfen von Bipolarzellen) und eine Hyperpolarisation von Bipolarzellen mit Kegel außermittig.

Impulsleitung Wie oben von AliceD über CN 2 nach dem Labeled-Line-Prinzip erklärt.


Wie erkennen unsere Augen Licht mit unterschiedlichen Frequenzen?

Über unterschiedliche Photorezeptoren, also unterschiedliche Pigmente in Zapfen, werden unterschiedliche Frequenzen aufgenommen. Tricolor-Mechanismus ist der berühmteste. Hier können unsere Augen drei verschiedene Farben erkennen Rot grün und Blau. Diese werden zur Erkennung unterschiedlicher Farben entsprechend eingemischt.

Zum Beispiel: 99:42:0 gibt Ihnen die Wahrnehmung von oranger Farbe. Das bedeutet 99% Rot, 42% Grün und 0% Blau.