visuelle wahrnehmung - farbenfehlsichtigkeit 1 02.06.2009 1 farbenfehlsichtigkeit seminar: visuelle...
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Visuelle Wahrnehmung - Farbenfehlsichtigkeit
102.06.2009 1
Farbenfehlsichtigkeit
Seminar: Visuelle WahrnehmungReferentin : Yanina Enners
Datum:02.06.2009
Die Gene für das Farbensehen
Artikel von Jeremy Nathans
Visuelle Wahrnehmung - Farbenfehlsichtigkeit
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Farbenfehlsichtigkeit Farben drücken Gefühle aus...
ins Blaue fahren sich schwarz ärgern Rot sehen eine weiße Weste tragen der graue Alltag
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Gliederung1.Weißes und Farbiges Licht
Newton´s Prisma
2. Theorie der Farbwahrnehmung Young – Drei Farben Theorie Daltonismus Formen der Dichromasie Raleigh – Anomaloskop
3.Die Funktion der Zapfen Mikrospektralphotometer Wellenlänge – Rezeptorantwort
4.Die Genetik der Farbpigmente Rot-Grün Blindheit
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Gliederung 24.Homologie der Farbgene
DNA- Hybridisierung Auswertung Schlussfolgerung
5.Evolution der Farbpigmente Gemeinsames Ur-Gen
6. Genetische Anomalien/Anopien Crossing Over Ursache
7. Achromat Knut Nordby
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Newton´s Prisma
Newton (1643-1727)
Jeder Brechungswinkel und damit jede Spektralfarbe entspricht einer bestimmten Wellenlänge
Je kürzer die Wellenlänge des Lichtes, desto größer der Brechungswinkel
(Bild 1 )
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Theorien der Farbwahrnehmung
Thomas Young (1802)
Drei Farben Theorie
>>> drei Rezeptoren für Primärfarben
(Bild 2)
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DaltonismusJohn Call Dalton (1794)
Keine Unterscheidungsfähigkeit im Rot – Grün – Bereich
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Formen der DichromasieJames Clark Maxwell (1879)
1. Protanope Rotblind2. Deuteranope Grünblind3. Tritanope Blaublinde Fehlen entweder Grün-, Rot-,Blaurezeptoren
Normal Protanop
Deutranop Tritanop
(Bild 3)
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Raleigh - Anomaloskop
Prinzip Zwei spektrale Farblichter werden aufeinander
projiziert (additive Farbenmischung) und mit einem dritten spektralen Farblicht verglichen
(Bild 4) (Bild 5)
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Anomaloskop -Resultate Normalsichtige
Dichromaten
Anomale Trichromaten
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(Bild 6)
Funktion der Zapfen Zapfen sind nur bei ausreichender
Lichtintensität aktiv Erkennung verschiedener Wellenlängen
über Pigmente in den Zapfen Jeder Zapfen enthält nur eines der drei
Pigmente Der Verlust eines Photopigmentes führt zu
dichromatischer Farbwahrnehmung
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MikrospektralphotometerPaul Brown 1960 Das Gerät wirft zwei Strahlen identischer,
aber variabler Wellenlänge auf einen aus der Netzhaut isolierten Zapfen
Ein Strahl passiert die farbempfindliche Zone Der andere einen Zellbereich außerhalb
>>> Die Differenz ist ein Maß dafür wie viel Licht absorbiert wurde
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Spektrale Absorptionskurven
Wellenlängenbereich blaues Licht (kurzwellig)
Max. 420 Nm Wellenlängenbereich
grünes Licht (mittelwellig)
Max. 534 Nm Wellenlängenbereich
rotes Licht (langwellig) Max. 564 Nm
(Bild 7)
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Wellenlänge - Rezeptorantwort
Eine Farbe ruft neuronale Antwort aller drei Rezeptoren hervor
Grund:Überschneidung der Absorbtionskurven
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(Bild 8)
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I. Zusammenfassung
Prisma spaltet weißes Licht, wobei gilt: Je kurzwelliger desto größer der Brechungswinkel
Trichometrie (drei Zapfensysteme) Anomaloskop Formen der Dichromasie
Protanope Deuteranope Tritanope
Jede von uns wahrgenommene Farbe besitzt einen kurz-, einen mittel- und einen langwelligen Anteil
Farbe ist nicht gleich Wellenlänge
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Genetik der Farbpigmente Rot-Grünblindheit tritt bei Männern
häufiger auf Sehpigmentgen liegt auf dem X-Chromosom Da Männer (XY) nur ein X-Chromosom haben,
bewirkt Defekt des Sehpigmentgens Farbenfehlsichtigkeit
Frauen (XX) mit ihren zwei X-Chromosomen benötigen zwei defekte Sehpigmentgene für Rot-Grünblindheit
Gen für Blau-Empfindlichkeit befindet sich nicht auf dem X-Chromosom
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(Bild 9)
Genträger
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Homologie der Farbgene
Anomales Farbensehen durch erbliche Veränderungen der Zapfenpigment-Genen
Infolge einer Mutation fehlt ein Farbpigment Anomales Absorptionsspektrum
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Grundlagen
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(Bild 10)DNA-Struktur= Doppelhelix
Ist durch Basensequenz auf der DNA (Genabschnitt) kodiert
Basen kodieren Aminosäuren
(AS)
Bei der Isolierung der Gene
geht, ermittelt man zuerst die
(AS) der zugehörigen Proteine
Bei der Isolierung von Genen geht man häufig so vor ,dasman zunächst die (AS) der
zugehörigen Proteine ermittelt
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Grundannahme: Das Pigment der Zapfen und der Stäbchen ähneln sich
Gene für das Rinder-Rhodopsin isolieren Mit Hilfe der Rhodopsin-DNA die Zapfen-DNA aufspühren Genetische Informationen von Normalsichtigen und Fehlsichtigen
vergleichen
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DNA - Hybridisierung1. Schneiden der DNA2. Klonierung in Bakteriophagen3. Aufteilung in Einzelstränge4. Zugabe Rhodopsin5. Autoradiographie6. Markierte Plaques werden lokalisiert7. Gesuchte Pigment-Gene
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(Bild 11)
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Messung
Prozentuale Hybridisierungsquote zeigt den
Grad der Verwandtschaft an:
a) hoher Verwandtschaftsgrad = starke Hybridisierung
b) niedriger Verwandtschaftsgrad =geringe Hybridisierung
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Hybridisierung –Auswertung
DNA- Einzelstrang vom Rinder-Rhodopsin- Gen verband sich wirklich fest nur mit einem einzigen Strang der menschlichen DNA
menschliches Gen für Rhodopsin
Rinder-Sonde heftete sich locker an drei weitere menschliche DNA-Stücke (40%)
drei gesuchte Gene für die Farbpigmente
der Zapfen!02.06.2009 23
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Schlussfolgerung Zwei der drei durch die Sonde entdeckten
Gene lagen auf dem X-Chromosom
Gene der rot- und grünempfindlichen Zapfenpigmente
Gen für blauempfindliches Zapfenpigment liegt nicht auf Geschlechtschromosom
liegt auf 7. Chromosom02.06.2009 24
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Evolution der Farbpigmente
Ur-Gen für Zapfen- und Stäbchenpigmente
Rhodopsingen (für Stäbchenpigment) Gen für das blauempfindliche Pigment Gen für ein Pigment, das rot und grünes Licht
absorbiert.
Drittes Gen hat sich im Laufe der Zeit verdoppelt DNA der beiden Gene ist zu ca. 98% identisch!
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Evolution der Farbpigmente
Urgen
Stäbchen Zapfen
Grün - Rot Blau
Rot Grün
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Genetische Anomalien/Anopien
Dichromatie (2 Zapfen) Protanopien = Rotblindheit Deuteranopien = Grünblindheit Tritanopien = Blaublindheit
Anomale Trichoromasie (3 Zapfen) Protanomalien = Rotschwäche Deuteranomalie = Grünschwäche
Achromatopsie = totale Farbenblindheit
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Überraschendes Ergebnis Untersuchung von Zapfenpigment Genen von 17
Normalsichtigen Personen Ein Gen für das Rot empfindliche
Pigment Das Gen für das Grün empfindliche Pigment in zwei oder drei Kopien möglich
>>> Durch Fehler beim Crossing-over kommt es zu falschen Genkombinationen
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Crossing-over
Meiose
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Crossing-over = Austausch von Chromosomenstücken
Basensequenzen können durch fehlerhaftes Crossing-Over vermischt werden
(Bild 12)
„Illigetimes“ Crossing-over Beim "illegitimen" Crossing-
over Verliert das eine
Chromatid ein Stück (Deletion) Das zweite gewinnt eines
hinzu, einen Abschnitt, den es eigentlich selbst schon besitzt (Duplikation)
>>> Veränderter Genbestand!!!
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(Bild 12.5)
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Ursache Untersuchung von Zapfenpigment-Genen bei 25 Männern mit anomalen Rot-Grün
Unterscheindungsvermögen Kein Gen für das grün-empfindliche Pigment
wenn Grün-Rezeptor fehlt Bei einigen an dieser Stelle ein Hybridgen (Anfang von einem Gen für grün-absorbierendes Pigment
der Rest von einem rot-absorbierenden) Annahme: Startregion bestimmen den Sinneszelltyp
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II. Zusammenfassung die Aminosäuresequenz für das Rot- und das
Grünpigment nur an wenigen Stellen unterscheiden (< 2%).
Zapfen- und Stäbchenpigmentgen stammen von einem gemeinsamen Ur-Gen ab
Farbanomalien entstehen durch die geänderte Aminosäuresequenz des Proteins
beim Crossing Over Männer leiden häufiger an Rot-Grün
Schwäche besitzen nur ein X-Chromosom02.06.2009 32
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Achromat Knut Nordby
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(Bild 13)
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Lebenslauf Geboren am 17.11.1942 in Oslo, Norwegen 1966 bis 1985 war er als Assistenz-Professor am Institut für Psychologie,Universität Oslo, Bereich Sehforschung 1985 Berufung an das Forschungsinstitut der Norwegischen Telekom Verwaltung als Leiter der Forschungsabteilung Seit 1987 lehrt er am Zentrum für Technologie, Universität Oslo
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Familie 2 jüngere Geschwister Alle drei leiden an der völligen
Farbenblindheit Beide Eltern sind normalsichtig Seine visuelle Behinderung fiel den Eltern
erst mit 9 Monaten auf Keine weiteren Fälle von Achromaten in
seiner Familie bekannt
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Diagnose Photophobia,
Stäbchenmonochromasie, Tagblindheit
Völlige Farbenblindheit
Nystagmus (unregelmäßiges Augenzittern)
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(Bild 14)
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Über die Krankheit
Achromatopsie entsteht durch Mutationen in den Genen
Ist angeboren, tritt allerdings relativ selten auf, weil das defekte Allel rezessiv ist
Ca. 3000 Menschen in Deutschland betroffen
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Kindheit Erste klare
Erinnerungen nur innerhalb Dunkelheit
Hat als Kind Farben verwechselt(Spiele, Malfarben etc.)
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(Bild 15)
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Schulzeit Hat am Anfang eine normale Schule besucht Wurde als ein Blinder behandelt Mußte Blindenschrift lernen Trotz Schwierigkeiten Erfolge an der Schule gesteigertes Selbstvertrauen Hat sich selber Lesen beigebracht Aus der Blindenschule weggelaufen Nach 2 Jahren wieder normale Schule Hilfe von einem verständnisvollen Lehrer02.06.2009 39
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Merkmale
Völlige Farbenblindheit
Übermässige Lichtempfindlichkeit
Verminderte Sehfähigkeit
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Völlige Farbenblindheit Schwarz, Weiß Sehen und Grautönen Wahrnehmung nur der Kontraste Hell-
Dunkel Keine Vorstellung von Farben/ Farbnamen
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Lichtempfindlichkeit Retina enthält nur Stäbchen
Stäbchen, zuständig für das Sehen in der Dämmerung
Beste Funktion des visuellen Systems bei geringen Lichtintensitäten
bei starken Lichtintensitäten Blendung
Je größer die Lichtintensität, desto mehr blinzelt er02.06.2009 42
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Verminderte Sehfähigkeit Schränkt ihn am meisten ein Hat 1/10 der normalen Sehschärfe, variiert je
nach Beleuchtung Weitsichtig, nahe Objekte sieht er nur wenn sie
groß genug sind Kann ohne technische Unterstützung nicht
lesen (Linse, Brille) Schwierigkeiten Menschen zu identifizieren/ sich in unbekannten Gebieten zurechtzufinden Übervorsichtig02.06.2009 43
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Gegenmaßnamen Vermeidung von starken Licht In geschlossenen Räumen/Schatten bleiben Mit Gesichtsschutzschirm/Hand die Augen
schützen Üblicherweise mit Brille unterwegs (extra angefertigte Brillengläser, stark
getönt) Durch schmale Augenschlitze schauen
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Interview... Denken sie, dass Achromaten eine Andere,
eingeschränkte Sicht der Welt haben?
„Das ist ein grundlegendes philosophisches Problem und ist unmöglich zu beantworten, aber Farben nicht erkennen zu können muss einer Person eine andere Sicht der Welt geben. Ich denke, wir erschaffen uns alle eine individuelle Sicht unserer Welt, und es ist unmöglich zu sagen, welche die Richtige ist...“
(Knut Nordby) (1)
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I. Beispielbilder
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(Bild 16)
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II. Beispielbilder
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(Bild 17)
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ZitatEckart Voland
„Die Farben sind vom Gehirn generierte Erlebnisqualitäten bloßer elektromagnetischer Strahlung in einer absolut farblosen Welt.“
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Klausurfragen 1 1. Was sind die drei Formen der Farbenfehlsichtigkeit und welche Funktion übernehmen dabei die Zapfen?
2. Warum leiden Männer häufiger an der Farbenblindheit?
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Klausurfragen 23. Wie war die Entwicklung der Farbpigmentgene?
4. Was sind die negativen Merkmale des Sehens nur mit den Stäbchen (Achromatopsie)?
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Quellenwww.allpsych.uni-giessen.de/kai/Seminar_VisuelleWahrnehmung/Referate/GeneFarbensehen.ppt Bild 1:http://www.avltimmermeister.de/wp-content/uploads/2007/11/lichtbrechung- prisma.jpgBild 2:www.thone.at Bild 3:Microsoft PowerPoint - ortscheid_klitzke.pptBild 4:www.sammlungen.hu-berlin.deBild 5:http://www.ophthal-technik.de/DSCN0568a.jpgBild 6:Die Gene für das Farbensehen von Jeremy Nathans (Bild 3)Bild 7: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c2/Cone-response.pngBild 8:http://www.psychologie.uni-regensburg.de/Greenlee/lehre/ws06/Grundstudium/
Farbwahrnehmung-ORG.pdfBild 9: http://www.regentsprep.org/Regents/biology/units/reproduction/crossingover.gifBild 10:www.nadidem.netBild 11:Die Gene für das Farbensehen von Jeremy NathansBild 12: www.pro-retina.de Bild 12.5: www.embryology.ch/.../abweichende02.htmlBild 13:www.laborlexikon.de/achromatopsie/leute/knut_nordby.htm Bild 14:www.achromatopsie.deBild 15:“Vision in a complete achromat:a personal account by Knut Nordby“ (Fig. 8.3)Bild 16: www.studentenlabor.de/ws04_05b/SinneSeminarBild 17: wikepedia/Farbenblindheit(1) www.laborlexikon.de/achromatopsie/leute/knut_nordby_interview.htm - 68k -