Topologie und Funktion neuronaler Strukturen am Beispiel des Colliculus superior des Frettchens und des Cortex striata der Primaten

Karten retinotopisch organisierter Gehirnstrukturen stellen eine wichtige Stufe in der zerebralen Verarbeitung visueller Daten dar. In dieser Arbeit werden diese Karten aus drei unterschiedlichen Blickwinkeln erforscht. Zunächst wird ein computergestütztes Interpolationsverfahren vorgestellt, das die Abbildungsgeometrie retinotopischer Projektionen aus elektrophysiologischen Messdaten berechnen kann. Diese Methode ermöglicht es, den Vergrößerungsfaktor retinotopischer Karten direkt zu ermitteln. Das Verfahren wird am Beispiel elektrophysiologischer Messwerte vom Colliculus superior des Frettchens getestet. Im Experiment werden neben den elektrophysiologischen Messungen auch Ganglienzellen retrograd durch Injektion von Meerettichperoxidase in den Colliculus superior angefärbt. Im direkten Vergleich der Dichte der markierten Ganglienzellen mit dem Vergrößerungsfaktor im Colliculus superior zeigt sich die area centralis im Vergrößerungsfaktor überrepräsentiert; dagegen ist der „visual streak“ im Colliculus superior nicht derart deutlich ausgeprägt wie in der Retina. Des weiteren werden Literaturdaten zur Modellierung retinotopischer Karten des visuellen Areals V1 im Cortex von Primaten herangezogen. Zur Beschreibung dieser Karten wird eine Klasse von modifizierten, komplex logarithmischen Abbildungsvorschriften entwickelt, die eine gemeinsame Grundfunktion enthalten. Der letzte Punkt der Arbeit besteht in dem Nachweis einer verhaltensrelevanten Funktion, die auf dieser hochgradig retinotopisch organisierten Projektion basiert. Besondere Berücksichtigung findet hierbei der Einfluss der Retinawölbung auf die Karte. Ein Effekt zeigt sich bei der Analyse von Geschwindigkeitsvektorfeldern, die aus Eigenbewegungen entstehen. Der Betrag der Vektoren ist nach Projektion auf die retinotopische Karte proportional zur Entfernung der unbewegten Umwelt zum Beobachter. Die spezielle Form der retinotopen Projektion kann also einen wesentlichen Beitrag zur Ermittlung dreidimensionaler Information bei Eigenbewegung leisten. Zusätzlich wird gezeigt, wie diese Karten die Unterscheidung von Fremd- und Eigenbewegung vereinfachen.