Eyewire: Funktionsweise des Auges durch Onlinespiel entschlüsselt

Eyewire ist ein Onlinespiel für Freizeitwissenschaftler: Die Teilnehmer helfen, eine 3D-Karte der Retina zu erstellen. Anhand eines kleinen Teilstücks konnten bereits Schlüsse auf die Funktionsweise der Retina gezogen werden.

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Eyewire: Bipolarzelle mit Zeitversatz
Eyewire: Bipolarzelle mit Zeitversatz (Bild: Eyewire)

Spielen für die Wissenschaft: Wer bei dem Onlinespiel Eyewire mitgemacht hat, hat zu der Kartierung der Nervenzellen im Auge beigetragen und damit zu einem wichtigen wissenschaftlichen Durchbruch: dem Verständnis, wie die Retina eines Säugetiers Bewegungen erfasst.

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Schon seit 50 Jahren ist bekannt, dass die Retina nicht nur Licht erfasst, sondern dass die Nervenzellen darin auch schon Daten vorverarbeiten, bevor diese ans Gehirn weitergemeldet werden: 1964 fanden Wissenschaftler heraus, dass einige Nervenzellen in der Netzhaut auf die Richtung und die Geschwindigkeit von Bewegungen reagieren.

Verschaltung der Nerven

Wie diese Verarbeitung genau funktioniert, blieb aber unklar. Die Antwort vermuteten Forscher in der Art und Weise, wie die Nerven in der Netzhaut verschaltet sind: Das Licht trifft im Auge auf Stäbchen und Zäpfchen. Die Rezeptoren wandeln die Informationen über das ankommende Licht in elektrische Impulse. Diese werden über Bipolarzellen an die Amakrinzellen und von denen an den Sehnerv weitergeleitet.

Um die Verschaltung von Bipolar- und Amakrinzellen analysieren zu können, bedarf es einer genauen 3D-Karte der Retina. So kam einer Gruppe von Neurowissenschaftlern und Informatikern des Massachusetts Institute of Technology (MIT) um Sebastian Seung die Idee zu Eyewire: die Kartierung der Retina einer Maus per Crowdsourcing.

Nerven färben

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Die Teilnehmer erhalten jeweils einen Teil des Scans: einen Würfel mit einer Kantenlänge von 4,5 Mikrometern. Darin markieren sie farbig den Verlauf von Nerven. Jeder dieser Teile wird von mehreren Teilnehmern bearbeitet. Die Spieleintelligenz errechnet aus diesen Bearbeitungen den dreidimensionalen Verlauf der Nervenzellen. Eyewire ist seit Ende 2012 online. Seitdem haben sich über 120.000 Nutzer aus 140 Ländern registriert. Die haben bis jetzt 2,3 Millionen der virtuellen Würfel bearbeitet. Das entspricht knapp 2 Prozent der Mausretina.

Trotzdem ermöglichte das den Forschern um den inzwischen an die Princeton-Universität gewechselten Seung und den MIT-Neurowissenschaftler Jinseop Kim bereits eine wichtige Erkenntnis, die sie in der Fachzeitschrift Nature beschreiben: Die Karte zeige, dass sich der eine Typ der Bipolarzellen mit den Fasern der Amakrinzellen nahe am Zellkörper verbinde, der andere Bipolarzellentypus an einem weiter entfernten Ende - die Fasern der Amakrinzellen breiten sich sternförmig vom Zellkörper aus.

Zellen mit Zeitverzögerung

Die beiden Typen der Bipolarzellen leiten ihre Informationen nicht gleich schnell weiter: Diejenigen, die Verbindungen näher am Zellkörper eingehen, leiten ihre Daten zeitverzögert weiter, die anderen hingegen unmittelbar. Träfen Signale an zwei benachbarten Stellen der Retina zu unterschiedlichen Zeiten auf - weil sich ein Objekt durch das Gesichtsfeld bewegt -, erreichten die Signale wegen der Zeitverzögerung in der einen Bipolarzelle die gleiche Faser einer Amakrinzelle zum gleichen Zeitpunkt.

Auf diese Weise lasse sich die Bewegungswahrnehmung der Retina erklären, sagen die Forscher: Die Amakrinzelle feuere womöglich nur, wenn sie das doppelte Signal an einer Faser erhalte und erkenne dadurch, dass sich etwas in der Richtung dieser Faser bewege. Bewege sich etwas in einer anderen Richtung, würde die Faser Signale erzeugen, die den Zellkörper zu unterschiedliche Zeiten erreichen, weshalb die Amakrinzelle kein Signale weitergebe.

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ploedman 07. Mai 2014

Na wems Spaß macht. Aber für mich wäre das nichts, wenn ich weiß, das ich so zu sagen...

OnYxIronFist 07. Mai 2014

Erstmal geht es doch darum ein genaues Computermodell der Nervenbahnen mit Anfangs...



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