Cytochrom Oxidase Blobs und Orientierungsselektivität: Eine funktional-anatomische Studie am primären visuellen Kortex von Primaten [Cytochrome Oxidase Blobs and Orientation Selectivity: Functional-Anatomical Investigations of the Primary Visual Cortex of Primates]

Eine der herausragenden Eigenschaften des visuellen Kortex in Primaten ist seine ausgeprägte Tendenz zur Musterbildung, die sich in seiner anatomischen und funktionellen Struktur zeigt. Durch histologische Färbungen lässt sich diese Musterbildung auf anatomischer Ebene bei der Verteilung von Zelltypen, thalamischer Afferenzen, neurochemischer Gradienten und Blutgefäßdichten aufzeigen. Für die Darstellung der funktionellen Strukturen hat sich die Optical-Imaging-Technik hervorgetan. Sie ermöglicht, topographische Karten von dem Verlauf funktioneller Bereiche wie etwa Okulärer Dominanzkolumnen (ODK) oder farb- und orientierungsselektiver Gewebebereiche zu erstellen. Verschiedene Modelle sind in den letzten Jahrzenten entwickelt worden, um die Informationsverarbeitungsmechanismen des visuellen Systems zu erklären und dabei die Topographie der funktionellen Strukturen mit anatomischen Strukturen wie z.B. den thalamischen Eingangsbereichen (zB. Blob- und Zwischenblobbereiche) und darüber wiederum mit den verschiedenen Informationspfaden des visuellen Systems (Magno-, Parvo-, Koniopfade) in Übereinstimmung zu bringen. Solche Untersuchungen werden durch eine Reihe von methodischen Schwierigkeiten beeinträchtigt, die es notwendig machen, dass ein verlässlicher methodischer Ansatz genutzt wird, der die Genauigkeit des anatomisch-funktionellen Abgleichs in dem Maß gewährleistet, wie es die Größe der zu untersuchenden Strukturen erfordert. Am Tiermodell Callithrix jacchus wurde von uns eine Stimulationsmethode entwickelt, die es ermöglicht, mittels der Optical-Imaging-Technik die Blobs in vivo darzustellen. Dadurch ist es möglich geworden, die Aktivierung von Blob- und Interblobbereichen in Weissbüschelaffen durch verschiedene visuelle Reize zu untersuchen. Dabei zeigte sich, dass Blobs in Weissbüschelaffen mit dem parvozellulären System assoziiert sind und durch Farbreize aktiviert werden. Diese Funde bestätigen frühere Daten, die an Makaken erhoben wurden, und lassen vermuten, dass die Blobs auch in Neuweltaffen spezielle funktionelle Bereiche für die Wahrnehmung von Farbe darstellen. Um den verlässlichen Abgleich zwischen den funktionell dargestellten Blobs und ihren histologischen Gegenstücken durchführen zu können, wurde ein Alignierungsverfahren entwickelt, das eine 3D Rekonstruktion des geschnittenen Gewebes erlaubt und darüber einen präzisen Abgleich gewährleistet, der den Alignierungsfehler in bisherigen Studien um ~50% reduziert. Des Weiteren wurde von uns ein Phänomen untersucht, das sich in den topographischen Orientierungskarten zeigt und das gemeinhin als "Pinwheels" bezeichnet wird. Dabei handelt es sich um eine spezielle Anordnung von orientierungsselektiven Bereichen um nulldimensionale Zentren herum. In Makaken korreliert das Vorkommen von Pinwheels mit dem Verlauf der ODK. Wir konnten zeigen, dass in Weissbüschelaffen, die keine ODK aufweisen, Pinwheelzentren grundsätzlich auf den Rändern von Orientierungskolumnen liegen. Dadurch konnten wir nachweisen, dass das intrinsische Signal in Pinwheelzentren eine ähnlich gute Auflösung der dort vorliegenden zellulären Kompartmentisierung bietet, wie es durch 2-Photonenmikroskop-Studien gezeigt wurde. Zudem ergaben sich Hinweise dafür, dass Pinwheelzentren durch spezielle Blutgefäßstrukturen gebildet werden