Hubel und Wiesel & die neuronale Basis der visuellen Wahrnehmung

Snap! Knistern! Pop!

Das sind die Geräusche, die die Professoren David Hubel und Torsten Wiesel in den frühen 1950er Jahren hörten, als sie von Neuronen im visuellen Kortex einer Katze aufnahmen, als sie eine helle Linie über ihre Netzhaut bewegten. Während ihrer Aufnahmen bemerkten sie einige interessante Dinge: (1) die Neuronen feuerten nur ab, wenn sich die Linie an einer bestimmten Stelle auf der Netzhaut befand, (2) die Aktivität dieser Neuronen änderte sich in Abhängigkeit von der Ausrichtung der Linie, und (3) manchmal feuerten die Neuronen nur ab, wenn sich die Linie in eine bestimmte Richtung bewegte.

Erhöhen Sie die Lautstärke und hören Sie sich die neuronale Aktivität dieser visuellen Kortexneuronen an!

Die klassischen Experimente von Hubel und Wiesel sind grundlegend für unser Verständnis, wie Neuronen entlang des visuellen Pfades immer komplexere Informationen aus dem Lichtmuster auf der Netzhaut extrahieren, um ein Bild zu konstruieren. Zum einen zeigten sie, dass es im visuellen Kortex eine topografische Karte gibt, die das Gesichtsfeld darstellt, in dem nahe gelegene Zellen Informationen aus nahe gelegenen Gesichtsfeldern verarbeiten. Darüber hinaus stellten ihre Arbeiten fest, dass Neuronen im visuellen Kortex in einer präzisen Architektur angeordnet sind. Zellen mit ähnlichen Funktionen sind in Spalten organisiert, winzige Rechenmaschinen, die Informationen an eine höhere Region des Gehirns weiterleiten, wo ein visuelles Bild entsteht. Insgesamt zeigten ihre Arbeiten, wie visuelle kortikale Neuronen Bildmerkmale kodieren, die grundlegenden Eigenschaften von Objekten, die uns helfen, unsere Wahrnehmung der Welt um uns herum aufzubauen.

Aber sie begannen nicht mit so klaren Ergebnissen und akribischen Aufnahmen. Vielmehr war ihre anfängliche Entdeckung das Ergebnis puren Glücks! Hubel und Wiesel arbeiteten in einem winzigen Kellerlabor an der Johns Hopkins University und hatten Mühe, neuronale Aktivitäten im Gehirn von Katzen zu finden, die mit Bildern von dunklen und hellen Flecken korrelierten. Sie wurden zunehmend frustriert, schwenkten die Arme, sprangen herum und zeigten sogar Bilder von glamourösen Frauen aus Zeitschriften! Ach, nichts.

Als sie dann einen Objektträger im Ophthalmoskop bewegten, hörten sie eine Zelle im visuellen Kortex der Katze brennen. Der Rand des Objektträgers hatte eine schwache, gerade, schmale Linie auf die Netzhaut der Katze geworfen. Sie studierten die Zelle neun Stunden lang und rannten dann schreiend vor Freude den Flur entlang!

Sie können Dr. Hubel hier beschreiben hören:

Kurz nachdem bekannt wurde, dass Hubel und Wiesel 1981 den Nobelpreis für Physiologie und Medizin erhalten würden, sagte Dr. Hubel: „Es gab einen Mythos, dass das Gehirn sich selbst nicht verstehen kann. Es wird mit einem Mann verglichen, der versucht, sich an seinen eigenen Stiefeln zu heben. Wir halten das für Unsinn. Das Gehirn kann genauso untersucht werden wie die Niere.“

Touché, Dr. Hubel, touché.

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Bild von Jooyeun Lee.