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Vergleichende Betrachtung von Lichtempfindlichkeit, Tiefenwahrnehmung und Bewegungswahrnehmung bei Tier und Mensch

Comparative analysis of light sensitivity, depth and motion perception in animals and humans

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Der Ophthalmologe Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

Hintergrund

Untersucht wird, wie der Mensch bei Lichtempfindlichkeit, Tiefenwahrnehmung und Bewegungswahrnehmung im Vergleich mit verschiedenen Tieren abschneidet.

Fragestellung

Bestimmt wird, welche Parameter die Leistungsfähigkeit bei diesen Sehfunktionen begrenzen.

Material und Methoden

Basis der Untersuchung sind ein Literaturstudium (Suche in PubMed) und eigene Erkenntnisse.

Ergebnisse

Die Lichtempfindlichkeit ist begrenzt durch die Helligkeit des Bildes auf der Netzhaut, die wiederum durch die Blendenzahl des Auges bestimmt wird, sowie durch das Photonenrauschen, die thermischen Zerfälle des Rhodopsins, Rauschen in der Phototransduktionskaskade und der neuronalen Verarbeitung. Bei Wirbellosen sind beeindruckende optische Tricks entwickelt worden, um die Anzahl der Photonen auf den Photorezeptoren zu erhöhen. Darüber hinaus sind die Spontanzerfälle des Photopigments geringer, was allerdings energieaufwendiger ist. Bei der Tiefenwahrnehmung im Nahbereich ist die Stereopsis am genauesten, steht aber nur wenigen Wirbeltieren zur Verfügung. Dagegen wird die Bewegungsparallaxe weit verbreitet genutzt sowohl bei Wirbeltieren als auch bei Wirbellosen. In wenigen Fällen wird die Akkommodation zur Messung von Tiefe benutzt oder die chromatische Aberration. Beim Bewegungssehen ist besonders die zeitliche Auflösung des Auges wichtig. Die Flimmerfusionsfrequenz korreliert bei Wirbeltieren mit dem Energieumsatz und der Körpertemperatur, erreicht aber auch bei Insekten sehr hohe Werte. Ansonsten fällt die Flimmerfusionsfrequenz mit zunehmendem Körpergewicht eher ab.

Schlussfolgerungen

Im Vergleich mit Tieren liegt die Leistungsfähigkeit des menschlichen Sehsystems bei der Lichtempfindlichkeit im vordersten Bereich, bei der Tiefenwahrnehmung an der Spitze und bei der zeitlichen Bewegungsauflösung im mittleren Bereich.

Abstract

Background

This study examined how humans perform regarding light sensitivity, depth perception and motion vision in comparison to various animals.

Objective

The parameters that limit the performance of the visual system for these different functions were examined.

Methods

This study was based on literature studies (search in PubMed) and own results.

Results

Light sensitivity is limited by the brightness of the retinal image, which in turn is determined by the f‑number of the eye. Furthermore, it is limited by photon noise, thermal decay of rhodopsin, noise in the phototransduction cascade and neuronal processing. In invertebrates, impressive optical tricks have been developed to increase the number of photons reaching the photoreceptors. Furthermore, the spontaneous decay of the photopigment is lower in invertebrates at the cost of higher energy consumption. For depth perception at close range, stereopsis is the most precise but is available only to a few vertebrates. In contrast, motion parallax is used by many species including vertebrates as well as invertebrates. In a few cases accommodation is used for depth measurements or chromatic aberration. In motion vision the temporal resolution of the eye is most important. The ficker fusion frequency correlates in vertebrates with metabolic turnover and body temperature but also has very high values in insects. Apart from that the flicker fusion frequency generally declines with increasing body weight.

Conclusion

Compared to animals the performance of the visual system in humans is among the best regarding light sensitivity, is the best regarding depth resolution and in the middle range regarding motion resolution.

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Danksagung

Ich danke Dr. Marita Feldkaemper und Prof. Thomas Euler für Kommentare zu einer früheren Version des Manuskripts und Prof. Frank Holz und der Redaktion für die Einladung zu diesem Leitthema.

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Authors and Affiliations

  1. Sektion für Neurobiologie des Auges, Forschungsinstitut für Augenheilkunde, Universität Tübingen, Elfriede-Aulhorn-Str. 7, 72076, Tübingen, Deutschland

    F. Schaeffel

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  1. F. Schaeffel
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F. Schaeffel gibt an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Dieser Beitrag beinhaltet keine vom Autor durchgeführten Studien an Menschen oder Tieren.

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Schaeffel, F. Vergleichende Betrachtung von Lichtempfindlichkeit, Tiefenwahrnehmung und Bewegungswahrnehmung bei Tier und Mensch. Ophthalmologe 114, 997–1007 (2017). https://doi.org/10.1007/s00347-017-0568-x

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