Wie nehmen unsere Augen Licht mit unterschiedlichen Frequenzen wahr?

Kurze Antwort
Aktionspotentiale, die für verschiedene Farben erzeugt werden, sind tatsächlich im gesamten Nervensystem ähnlich und codieren keine Farbe als solche. Stattdessen sind die verschiedenen farbempfindlichen Zellen in der Netzhaut mit verschiedenen Neuronen verbunden und diese farbspezifischen Signale werden bis zu den höheren Bereichen des visuellen Kortex getrennt gehalten.

Hintergrund
Aktionspotentiale sind in der Tat im gesamten Nervensystem ziemlich ähnlich. Die farbempfindlichen Sinneszellen in der Netzhaut , Zapfen genannt , kommen jedoch in drei Geschmacksrichtungen vor: rot, grün und blau. Diese Farben bilden genau wie bei Ihrem LED-Fernseher das RGB-System und können zusammen alle verfügbaren Millionen von Farben darstellen. Diese drei Zapfen bilden schließlich Synapsen zu 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 verschiedenen Ganglienzellen der Netzhaut tun , und zwar mit unterschiedlichen Feuerraten, je nach Lichtintensität, für die dieser bestimmte Kegel empfindlich ist. Diese unterschiedlichen Klassen retinaler Ganglienzellen projizieren auf unterschiedliche Klassen von Neuronen im Hirnstamm ( lateral geniculate nucleus oder LGN) und schließlich auf unterschiedliche Neuronen in den höheren kortikalen visuellen Bereichen im Gehirn.

^{Abb. 1. Verschiedene Klassen von Zapfen bilden Synapsen mit verschiedenen Klassen von sekundären sensorischen Neuronen in der Netzhaut. Quelle: Discovery Eye Foundation}

Warum wir Millionen von Farben unterscheiden können, lässt sich mit dem Hering-Modell des Farbensehens erklären (Abb. 2). Grundsätzlich konvergieren die verschiedenen Kegel paarweise auf gegenüberliegende farbempfindliche Zellen. Das Rot-Grün-Gegensystem arbeitet zum Beispiel, indem es die Menge an Rot und Grün im eingehenden Signal gewichtet. Diese Gewichtung ergibt ein analoges System, das Millionen von Farben entlang der Rot-Grün-Achse kodieren kann (Abb. 3).

^{Abb. 2. Hering-Modell des Farbensehens. 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 Sehen von Farbe umgewandelt werden?

Visuelle Phototransduktion ist eine der Antworten 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, wofür er 1967 den Nobelpreis erhielt. Er wird nach ihm als „Walds visueller Zyklus“ bezeichnet.

Überblick

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

Signaltransduktion

Im Dunkeln wird Glutamat kontinuierlich an Synapsen zwischen Photorezeptoren und bipolaren Zellen sezerniert.

Im Licht

1) Ein Lichtphoton interagiert mit der Netzhaut in einer Photorezeptorzelle. Das Retinal unterliegt einer Isomerisierung und ändert sich von der 11-cis- in die all-trans-Konfiguration.

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

3) Opsin erfährt daher eine Konformationsänderung zu Metarhodopsin II. Metarhodopsin II ist instabil und spaltet sich auf, wodurch Opsin und all-trans-Retinal entstehen.

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) Dadurch sinkt die cGMP-Konzentration und somit schließen sich die Natriumkanäle.

8) Der Verschluss der Natriumkanäle verursacht eine Hyperpolarisation der Zelle aufgrund des anhaltenden Ausflusses 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 On-Center-Bipolarzellen (Stab- und Kegel-On-Bipolarzellen) und eine Hyperpolarisation von Cone-Off-Center-Bipolarzellen.

Impulsleitung Wie von AliceD oben erläutert, über CN 2 unter Verwendung des gekennzeichneten Leitungsprinzips.

Wie nehmen unsere Augen Licht mit unterschiedlichen Frequenzen wahr?

Unterschiedliche Frequenzen werden über unterschiedliche Fotorezeptoren, dh unterschiedliche Pigmente in Zapfen, empfangen. Der Tricolor-Mechanismus ist der berühmteste. Hier können unsere Augen drei verschiedene Farben Rot, Grün und Blau wahrnehmen . Diese werden zur Detektion 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.