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Klinik für Augenheilkunde

Visions in Research

Interdisciplinary Seminar

An interdisciplinary colloquium series with topics ranging from basic sciences to philosophy. Speakers present their specific research area, placed within a wider context, and may address potential future directions. This colloquium specifically focuses on an interdisciplinary audience.

Organisers: Michael BachHarald AtmanspacherJürgen KornmeierSven P. Heinrich



Symposium: Vom Licht zur Wahrnehmung

Date & Time: Saturday, 26 September 2015, 08:45–16:00

→ Separate announcement (in German)

Franz GrehnPathophysiologie der Glaukomschädigung
Ulrich SchieferMeine Erfahrungen in der Funktionsdiagnostik und Neuro-Ophthalmologie – Erstens kommt es anders und zweitens als man denkt
Wolfgang WesemannVerfahren zur chirurgischen Beseitigung der Alterssichtigkeit
Wolf HarmeningEinzelzell-Psychophysik
Olaf StraussDas retinale Pigmentepithel und die Photorezeptoren
Nikolaus F. TrojeBiologische Bewegung
Mark W. GreenleeNeuronale Plastizität im visuellen Cortex bei Patienten mit Makula-Degenerationen
Peter BruggerSehen, Deuten, Glauben – aus neuropsychologischer Sicht
Thomas MeigenPsychophysische versus elektrophysiologische Wahrnehmungsschwellen
Sven P. HeinrichPerspektiven der objektiven Sehschärfeschätzung
Michael B. HoffmannKongenitale Sehbahnabnormalitäten – eine alternative Organisation des menschlichen Sehsystems
Jürgen KornmeierMultistabile Wahrnehmung zwischen Sehen und Kognition



Archiv


Zum "International Year of Light": Vom Licht und vom Sehen / A Tale of Light and Vision

Prof. Michael Bach, Freiburg

Date & Time: Thursday, 23.07.2015, 17:15

Place: Hörsaal Augen/HNO (Flachbau zwischen Augen/HNO-Hochhaus und Neurozentrum)

Für unser Sehen ist die Physik des Lichtes die erste Verständnisebene. Interessante Details sind dabei z.B. der “entoptische Phänomene”, Versuche die Alterssichtigkeit mit multifokalen Linsen zu kompensieren etc. Ist das Licht in Nervensignale umgesetzt, dann muss die Information mehrere Engstellen passieren, von den Photorezeptoren über den Sehnerv bis zum Cortex. Dabei geht vieles verloren, z.B. Wellenlängeninfomation, Ortsauflösung, absolute Helligkeit, schnelle Zeitabläufe etc.

Unsere bewusste Wahrnehmung schließlich beruht auf einer internen Repräsentation der Umwelt, geeignet zum “Probehandeln”. Beim Aufbau dieser Repräsentation muss von unserem Wahrnehmungsapparat der Informationverlust kompensiert werden, er “erfindet” auf der Basis bisheriger Erfahrung. Dieser Erfindungsreichtum ist normalerweise hervorragend an unsere Lebensumgebung angepasst, doch unter bestimmten Bedingungen irrt er, das führt dann zu optischen Täuschungen, die sogar problematisch werden können z.B. beim Fahren im Nebel oder beim Übersehen von Veränderungen.
Alle genannten Aspekte werden in interaktiven Beispielen demonstriert, einige davon sind hier zu finden.


New insights in parietal function: ego-motion, space and Gestalt perception

Dr. Andreas Bartels, Tübingen

Date & Time: Thursday, 26 March 2015, 16:15

Place: Klinik für Augenheilkunde, Killianstraße 5, Konferenzraum 4. OG

Human parietal cortex consists of a number of distinct regions, some of which can be delineated from each other using retinotopic mapping. However, relatively little is known about their function in the healthy human brain. From primate physiology and clinical studies we know that they play crucial roles in coordinate transformations between eye-, head-, and body-centred space, in perceptual selection and visual grouping. I will present a series of fMRI studies (some combined with transcranial magnetic stimulation (TMS)) that shed light onto their roles. First, I will present occipito-parietal regions that encode visual motion in head- or world-centred coordinates, and whose additional properties suggest that they support processing of object-motion, of self-motion in 2D and in 3D, respectively. Second, I will show first evidence in the human brain for encoding of space beyond the visual field in egocentric coordinates, providing potential insights into function underlying deficits such as ataxia and neglect. Third, I will provide evidence for a causal role of parietal cortex in grouping, Gestalt perception and perceptual selection. If time permits, I may additionally show evidence in context of colour vision, demonstrating that early visual processing is heavily influenced by high-level expectations that are explicitly fed back to early visual cortex, which can be understood in context of predictive coding.

2014-11-20: How “good Gestalt” determines vision

Prof. Michael Herzog, Lausanne, Schweiz

Date & Time: Thursday, 20 November 2014, 16:15

Place: Klinik für Augenheilkunde, Killianstraße 5, Konferenzraum 4. OG

In classical models of vision, vision proceeds in a hierarchical fashion, from low-level analysis (edges and lines) to figural processing (shapes and objects). Low-level processing determines high-level processing. Here, we show that, to the contrary, shape processing determines basic visual processing. For example, we presented a vernier stimulus and asked observers to indicate its offset direction. Performance strongly deteriorated when the vernier was surrounded by a square, in line with most models of vision. Surprisingly, performance improved when more squares were added. This improvement of performance can hardly be explained by classical models of vision, which predict a further deterioration of performance. We propose that shape interactions precede low-level processing in a recurrent fashion. Using high density EEG and trans-cranial magnetic stimulation (TMS), we show how good Gestalt emerges during recurrent, unconscious processing within 420 ms. The outcome of this processing, i.e., the conscious percept, determines, paradoxically, the first stages of visual processing.

2014-10-16: How can our brains store visual (and auditory) memories that last a lifetime?

Prof. Simon Thorpe, Brain and Cognition Research Center (CerCo), Toulouse, France

Date & Time: Thursday, 16 October 2014,  16:15

Place: Klinik für Augenheilkunde, Killianstraße 5, Konferenzraum 4. OG

People in their 50s and 60s can recognize images and sounds that they have not re-experienced for several decades. How does the brain manage to keep these memory traces intact? I will describe some experimental and modeling work that supports the radical suggestion that these extremely long term memories involve the formation of highly selective neurons, tuned to stimulus patterns that were presented repeatedly at some time in the past – effectively “grandmother cells”. Such highly selective neurons can be produced using a simple learning rule based on Spike Time Dependent Plasticity (STDP) that leads neurons to become selective to spatiotemporal patterns of input spikes that occur repeatedly. Even more radical is the suggestion that the neocortex may contain a substantial proportion of totally silent neurons – a sort of neocortical dark matter. Such neurons will effectively remain silent until the original trigger stimulus is shown again. If STDP-like rules apply, the absence of firing would mean that the sets of synaptic weights could remain intact virtually indefinitely.

2014-06-05: Konzepte in der Schlafforschung

Prof. Alexander A. Borbély, Institut für Pharmakologie und Toxikologie, Universität Zürich

Zeit: Donnerstag, 5 Juni 2013,  16:15

Ort: Klinik für Psychiatrie, Hauptstr. 5, Bibliothek, 2. OG (in Zusammenarbeit mit Prof. Tebartz van Elst)

In den letzten drei Jahrzehnten übte das Zwei-Prozess Modell einen beträchtlichen konzeptuellen Einfluss auf die Schlafforschung aus. Es postuliert, dass die Schlafregulation auf der Interaktion eines schlafabhängigen Prozesses S mit einem schlafunabhängigen zirkadianen Prozess C basiert. Physiologische Messgrössen beschreiben den Verlauf der Prozesse und eröffnen damit empirische Forschungsansätze. Eine vom Modell ausgehende neue Hypothese nimmt an, dass die restitutive Funktion des Schlafs auf schlafabhängigen Veränderungen an der Synapse beruht. In meinem Vortrag relativiere ich das Modell in zweierlei Hinsicht. Einerseits werden bei zerebrozentrischen Ansätzen die Interaktionen mit der Umwelt ausgeblendet. Sie waren für die Ausbildung von Schlafen und Wachen wichtig und zum Teil bestimmend. Andererseits erweckt die methodenbasierte empirische Forschung den Eindruck, sie könne den Schlaf nicht nur charakterisieren, sondern letztlich auch erklären. Um dem Schlaf näher zu kommen braucht es indessen Reflexionen auf vielen Ebenen.

2014-04-03: Thinking Quantum · What Can We Learn from Analogies between Thought and Quantum Processes?

Prof. Paavo PylkkänenUniversity of Helsinki, Finland and University of Skövde, Sweden

Date & Time: Thursday, 3 April 2014, 16:15

Place: Klinik für Augenheilkunde, Killianstraße 5, Konferenzraum 4. OG

In a recent target article in ‘Behavioral and Brain Sciences’, the authors Pothos and Busemeyer make a convincing case that empirical results concerning human decision making and judgment can be elegantly accounted for by quantum probability theory, while classical (Bayesian) probability theory fails. They point out that a large class of cognitive processes often display effects for which quantum concepts such as entanglement and complementarity provide natural explanations.Why are quantum approaches successful in models of cognition? One reason may be that there are deep structural analogies between thought and quantum phenomena. Following Niels Bohr's early proposals, David Bohm suggested a set of remarkable point-by-point analogies of this kind already in his 1951 textbook ‘Quantum Theory’. Focusing upon these analogies, I will consider (i) whether quantum approaches might help us to understand cognition better and, conversely, (ii) whether ourfamiliarity with our own thought processes might provide a key to a better understanding of quantum theory.

2014-01-30: “Kants Hand” – Chiralität

Prof. Gerd Folkers, Collegium Helveticum, Universität Zürich & ETH Zürich, Schweiz

Date & Time: 30 January 2014, 17:15
Place: Neurozentrum (Killianstraße), Konferenzraum 1

In seinen naturwissenschaftlichen Schriften formulierte Kant ein Paradoxon, das heute als grundlegend für die Untersuchung der Chiralität (Händigkeit) und ihre Wirkungen betrachtet wird: Unsere Hände sind spiegelbildlich zueinander und doch von ihren Abmessungen gleich. Auch viele molekulare Bestandteile unseres Körpers, wie Aminosäuren, Eiweisse oder Zucker funktionieren nur in einer „rechten“ oder „linken“ Form. Deshalb macht sich Alice im Wunderland zurecht Gedanken darüber, ob „Spiegelmilch“ vielleicht nicht gut für ihr Kätzchen ist. Sie wäre es tatsächlich nicht. Venezianische Gondeln gleiten so schön, weil sie eine ganz kleine Krümmung nach rechts haben, und Kümmel und Pfefferminze besitzen den gleichen Geschmacksstoff, einmal als linke Spiegelbildvariante und einmal als rechte. Der morgendliche Lidstrich wird im iPad-Abbild vervollkommnet. Was sieht man (frau) dort eigentlich? Das Porträtfoto spiegelbildlich? Der Vortrag wird reich illustriert auf alle diese Dinge eingehen und die Erklärungen auch durch Anschauungsmaterial und einfache Experimente unterstützen.

2013-10-31: Induction of neuronal plasticity in the adult brain: mechanisms and applications

Prof. Eero Castrén, Director of the Neuroscience Center, Helsinki University, Finland

Date & Time: 31 October 2013, 15:00 sharp

Place: Psychiatry Department (Hauptstr. 5), Seminarraum 2. OG

Neuronal networks are tuned to optimally represent external and internal milieu through neuronal plasticity during critical periods of juvenile life. After the closure of the critical periods, plasticity is considered to be much more limited. We have shown that critical period-like plasticity can be reactivated in the adult mammalian brain by pharmacological treatment with the antidepressant fluoxetine. These studies establish a new principle, induced juvenile-like plasticity (iPlasticity) and define a new class of drugs, iPlastic drugs. For optimal results, iPlastic drug must be combined with physical or psychological rehabilitation, which guide the plastic networks and together allow better adaptation towards changing environment. Our more recent studies have demonstrated that antidepressant drug treatment also activates critical period-like plasticity in the fear-conditioning network, a mood-related network. Neurotrophin BDNF, serotonergic system and reduced inhibition are among the mechanisms that mediate iPlasticity, but how these systems work together it open adult plasticity is unclear. iPlasticity may facilitate functional recovery after brain injury and underlie the enhanced efficacy of combined antidepressant treatment and psychotherapy.