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
