Eine Symmetrie der visuellen Welt in der Architektur des visuellen Kortex.

Abstract

Neuronen in der Sehrinde sprechen am besten auf orientierte visuelle Stimuli an, die sich an einer bestimmen Position im Gesichtsfeld befinden. Ihre Orts- und Orientierungspräferenzen variieren sytematisch über der Sehrrinde und sind in Karten angeordnet, der sogenannten Visuotopie- und Orientierungskarte. Experimentelle und theoretische Befunde deuten darauf hin, dass sich Orientierungskarten in einem dynamischen Prozess entwickeln, der von neuronaler Aktivität getrieben wird und von der visuellen Erfahrung abhängt. In dieser Arbeit formulieren wir ein makroskopisches Modell für die Entwicklung von Orientierungskarten in der primären Sehrinde mit dem Ziel die passende Symmetrieklasse der Dynamik zu bestimmen, welche die Muster in einem Datensatz von gemessenen Orientierungskarten des Spitzhörnchens erklären kann. Unsere statistische Analyse bringt eine neuartige Kopplung der Orientierungskarte an die zugrundeliegende Visuotopie zum Vorschein, welche sich mit der sogenannten Shift-Twist Darstellung der Euklidischen Gruppe vereinbaren läßt. Unser Ergebnis zeigt dass die Repräsentationen von Orientierung und Ortskoordinate in der Sehrinde nicht unabhängig voneinander erfolgen, und dass die Orientierungskarte an die Visuotopie gekoppelt ist. Wir entwickeln quantitative Verfahren, um den Grad dieser Kopplung zu bestimmen. Im weiteren vergleichen wir die räumliche paarweise Anordung der Kantendetektoren in der Sehrinde mit der Verteilung von Kantenpaaren in natürlichen Bildern. Wir finden, dass kollineare Anordungen von Orientierungspräferenzen für kleine Abstände unterrepräsentiert sind, im Gegensatz zur ausgeprägten Kollinearität in natürlichen Bildern. Daraus folgt, dass zur Kodierung häufig auftretender Reizanteile weniger kortikale Resourcen rekrutiert werden - eine Strategie, die der Vermeidung von Redundanz dient, und auch in anderen Bereichen des Gehirnes anzutreffen ist.