Neurophysiologie und Psychophysik des Visuellen Systems / The Visual System: Neurophysiology and Psychophysics: Symposion Freiburg/Br., 28.8.–3.9.1960

533 Pages·1961·57.991 MB·German

by  Richard Jung, Hans Kornhuber (auth.), Richard Jung, Hans Kornhuber (eds.)

NEUROPHYSIOLOGIE UND PSYCHOPHYSIK
DES VISUELLEN SYSTEMS
THE VISUAL SYSTEM:
NEUROPHYSIOLOGY AND PSYCHOPHYSICS
SYMPOSION FREIBURG/BR., 28.8.- 3.9.1960
HERAUSGEGEBEN VON I EDITED BY
RICHARD JUNG HANS KORNHUBER
FREIBURG / BR.
MIT 217 ABBILDUNGEN {WITH 217 FIGURES
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg GmbH
1961
ISBN 978-3-662-22222-5 ISBN 978-3-662-22221-8 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-22221-8
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© by Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1961
Urspriinglich erschienen bei Springer-Verlag oHG. Berlin· G6ttingen . Heidelberg 1961.
Softcover reprint of the hardcover 1s t edition 1961
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Annahme, daB solche Namen im Sinn der Warenzeichen- nnd Markenschutz
Gesetzgebung als frei zu betrachtel'lwaren und daher von jedermann benutzt
werden diirften
Inhaltsverzeichnis
Einleitung . . . . . . . . . 1
A. Retina
1. Ultramikroskopische Grundlagen der Retina-Physiologie
Gloria M. Villegas: Comparative Ultrastructure ofthe Retina in Fish, Monkey and Man 3
F. S. Sjostrand: Topographic Relationship between Neurons, Synapses and Glia Cells 13
Discussion to Villegas and Sjostrand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Glees - Sickel - Teuber - Jung - Villegas - Sjostrand
II. Receptoren, Gliazellen und Retinaneurone
T. Tomita, M. Murakami, Y. Hashimoto and Y. Sasaki: Electrical Activity of
Single Neurons in the Frog's Retina . . . . . . . . 24
Discussion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
MacNichol-Jung - Glees - Dodt - Sickel-Tomita
K. Motokawa, E. Yamashita and T. Ogawa: The Physiological Basis of Simulta
neous Contrast in the Retina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Discussion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Wolbarsht - Baumgartner - Monje - Jung - Metzger - Hurvich - Motokawa
G. Baumgartner: KontrastIichteffekte an retinalen GangIienzeIlen: Ableitungen yom
Tractus opticus der Katze. . . . . . . . . . 45
Diskussion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Hurvich - Wolbarsht - Monje - Baumgartner
G. Svaetichin, M. Laufer G. Mitarai, R. Fatehchand E. Valle calle and
J. Villegas: Glial Control of Neuronal Networks and Receptors ......... 445
M. Laufer, G. Svaetichin, G. Mitarai, R. Fatehchand E. Valle calle and J.
Villegas: The Effect of Temperature, Carbon Dioxide and Ammonia on the Neuron-
Glia Unit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
G. Mitarai, G. Svaetichin, E. VaIlecaIle, R. Fatehchand, J. Villegas and M.
Laufer: Glia-Neuron Interactions and Adaptational Mechanisms of thc Retina .. 463
J. Villegas: Studies on the Retinal Ganglion Cells ................ 481
E. Vallecalle and G. Svaetichin: The Retina as Model for the Functional Organiza
tion of the Nervous System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
Discussion to Svaetichin, Laufer, Mitarai, J. Villegas and VaIlecaIle 493
Barlow - Svaeti chin - Arduini - J ung - Glees - Donner - Hurvich- Jameson - Grusser
Valle calle
III. Lokalisation :und Bedeutung der retinalen "Receptorpotentia,le"
("Cone potentials", "EIRG")
Gruppendiskussion
O.-J. Grusser: Receptorabh1ingige R-Potentiale der Katzenretin3 56
G. Svaetichin: Origin of the R-Potential in the Mammalian Retina. 61
Discussion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Bremer - Grusser - Wolbarsht - Sickel
IV Inhaltsverzeichnis
IV. Vergleichende Physiologie, Adaptation und Stotfwechsel der Retina
E. Dodt: Elektroretinographische Untersuchungen tiber das adaptive Verhalten tieri-
scher Netzhiiute . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
H. Bornschein: Vergleichende Elektrophysiologie der Retina 74
W. Sickel: Stoffwechsel und Funktion der isolierten Netzhaut 80
Diskussion zu Dodt, Bornschein und Sickel . . . . . . . 94
Baumgardt - Sickel - Best - Monje - Dodt - Bornschein
E. F. MacNichol jr. and W. E. Love: Impulse Discharges from the Retinal Nerve and
Optic Ganglion of the Squid. 97
Discussion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Bornschein - J ung
B. Geniculatum Laterale
P. Glees: Terminal Degeneration and Trans-Synaptic Atrophy in the Lateral Geniculate
Body of the Monkey 104
Discussion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
DeV alois - Glees
M. Fillenz: Binocular Interaction in the Lateral Geniculate Body of the Cat 110
Discussion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
Grusser - Hurvich-Jameson - Arduini - Hurvich - Fillenz
A. Arduini: Influence of Visual Deafferentation and Continuous Retinal Illumination on
the Excitability of Geniculate Neurons 117
Discussion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
Bremer - Bornschein - Arduini
L. Widen and C. Ajmone Marsan: Action of Afferent and Corticofugal Impulses on
Single Elements of the Dorsal Lateral Geniculate Nucleus 125
Discussion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
Bremer - Jung - Widen
U. Soderberg and G. B. Arden: Single Unit Activity in the Rabbit Lateral Geniculate
Body during Experimental Epilepsy . . . . . . 133
Discussion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
Jung - Arduini - Griisser-Cornehls - Soderberg
C. Periphere und zentrale Grundlagen des Farbensehens
L. M. Hurvich and Dorothea Hurvich-Jameson: Opponent Chromatic Induction
and Wavelength Discrimination. . ..................... 144
Dorothea Hurvich-Jameson and L. M. Hurvich: Opponent-Colors Theory and
Physiological Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 152
Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
Jaeger - Monje - Soderberg - Sickel- Jung - Hurvich - Hurvich-Jameson
M. L. Wolbarsht, H. G. Wagner and E. F. MacNichol jr.: The Origin of "on" and
"off" Responses of Retinal Ganglion Cells. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
M. L. Wolbarsht, H. G. Wagner and E. F. MacNicholjr.: Receptive Fields of Retinal
Ganglion Cells: Extent and Spectral Sensitivity . . . . . . . . . . . . . . . . 170
Discussion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
Hurvich - Barlow - Jung - Sickel-Arduini - Baumgartner - MacNichol-Wol
barsht
R. L. De Valois and A. E. Jones: Single-Cell Analysis of the Organization of the Primate
Color-Vision System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
Margaret A. Lennox-Buchthal: Some Findings on Central Nervous System Organi
zation with Respect to Color. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
Discussion to De Valois and Lennox-Buchthal ................. 197
Donner - Baumgartner - Glees - Jung - Lennox-Buchthal-DeValois
Inhaltsverzeichnis V
Wo Jaeger, Po Lux, Po Griitzner und K.oHo Jessen: Subjektive und objektive spek
trale Helligkeitsverteilung bei angeborenen und erworbenen Farbensinnstorungen 11)9
Diskussion 208
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Monje - Hurvich - Hurvich-Jameson - Jaeger
D. Tectum Opticum
Gruppendiskussion
Do Whitteridge: Introduction 210
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Yo Galifret: Retinotopie au niveau tectal et reponses spectrales diencephaliques chez
Ie Pigeon 212
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R. Wo Doty: Remarks on the Optic Tectum 215
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Ho-Lo Teuber: Some Observations on the Superior Colliculi of the Cat by Jo ALTMAN 217
DiscuBSion 220
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Arduini - Jaeger - Kornhuber
E. Visueller Cortex
10 Retinale Projektion, binoculare Koordination und Spontanaktivitiit der Area 17
Do Whitteridge and Po Mo Daniel: The Representation of the Visual Field on the
Calcarine Cortex 223
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Discussion 227
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Hurvich - Doty - Teuber - Glees - Whitteridge
R. Wo Doty: Functional Significance of the Topographical Aspects of the Retino-Cortical
Projection 228
0 0 0 0 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
Discussion. . . . . . . . . . . . . . . . . 245
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Hurvich - Bremer - Arduini - Doty - Verzeano - Beresford - Whitteridge
W. A. Beresford: Fibre Degeneration Following Lesions of the Visual Cortex of the Cat 247
Discussion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
Glees - Beresford - Arduini - Verzeano - Doty
H.-L. Teuber: Neuere Beobachtungen iiber Sehstrahlung und Sehrinde 256
DiskuBBion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
Monje - Kornhuber - Teuber
Ursula Griisser-Cornehls und O.-J. Griisser: Reaktionsmuster der Neurone im zen
tralen visuellen System von Fischen, Kaninchen und Katzen auf monoculare und
binoculare Lichtreize . . . . . . . . . . . . . 275
0 • • • •
DiskuBBion. . . . . . . . 286
0 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
DeV alois - Teuber - Griisser-Cornehls - Widen - Griisser
K. Negishi and M. Verzeano: Recordings with Multiple Microelectrodes from the
Lateral Geniculate and the Visual Cortex of the Cat 288
Discussion. . . . . . . . . . . . . . 295
Jung - DeValois - Griisser ~ Verzeano
II. Oortica1e Mechani8men des Kontrast- und Bewegung88ehens. Receptive Felder
Go Baumgartner: Die Reaktionen der Neurone des zentralen visuellen Systems der
Katze im simultanen Helligkeitskontrast . . . . . . . . 296
0
DiskuBBion. . . . . 311
0 • • • • • • • • • • • • • • 0 • • • • • • • • • • • •
Hurvich - Sickel-Jung - Barlow - Bremer - Baumgartner
O.-J. Griisser und Ursula Griisser-Cornehls: Reaktionsmuster einzelner Neurone
im Geniculatum laterale und visuellen Cortex der Katze bei Reizung mit optokine-
tischen Streifenmustern. . . . . . . . 313
0 • • • • • • • • • • • • • •
Diskussion. '. . . . . . . 324
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Glees - Bremer - DeValois - Schober - Baumgartner - Jung - Griisser
VI Inhaltsverzeichnis
III. Koordination spezi/ischer und unspezi/ischer AtJerenzen in Area 17
G. H. Bishop: The Cortex as a Scnsory Analyser. 326
Discussion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
Glees - J ung - Bishop
F. Bremer: Le potentiel evoque de l'aire visuelle corticale . 335
Discussion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350
Arduini - Jung - Bremer
O. Creutzfeldt, R. Spehlmann und D. Lehmann: Veranderung der Neuronaktivitat
des visuellen Cortex durch Reizung der Substantia reticularis mesencephali . . . 351
H. Akimoto, Y. Saito and Y. Nakamura: Effects of Arousal Stimuli on Evoked
Neuronal Activities in Cat's Visual Cortex. . . . . . . . . . . 363
Discussion zu Creutzfeldt und Akimoto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372
Creutzfeldt - Hurvich - Jung - Bremer - Beresford - Akimoto
F. Der Informationswert verschiedener Reaktionstypen der Neurone des visuellen Systems
Gruppendiskussion
H. Barlow: Initial Remarks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
G. Baumgartner: Der Informationswcrt der on·Zentrum· und off·Zentrum·Neurone des
visuellen Systems beim Hell·Dunkel·Sehen und die informative Bedeutung von
Aktivierung und Hemmung . . . . . . . . . . . . . . 377
W. Best: Uber die subjektive Wahrnehmung des off·Effektes. . . . . . . . 380
Diskussion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382
Hurvich·Ja meson - Barlow - Bremer - De Valois - J ung - Baumgartner
G. Synopsis von subjektiver und objektiver Sinnesphysioiogie des Sehens
S. H. Bartley: A Clarification of Some of the Procedures and Concepts Involved in
Dealing with the Optic Pathway ....................... 386
Discussion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
Metzger - Svaetichin - Griisser - Schober - Baumgardt - Teuber - Jung - Bartley
E. Baumgardt: Absolute Schwelle und Differentialschwellen 400
Diskussion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409
Barlow - Baumgardt
R. Jung: Korrelationen von Neuronentatigkeit und Sehen. . . . . . . 410
Diskussion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434
Hurvich - Bremer - Beresford - Schober - Sickel-Metzger - Jung
W. Metzger: Aporien der Psychophysik. . . . . . . . . . . . 435
Diskussion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
Hurvich - Baumgardt - Sickel - Schober - Teuber - Metzger
Nachtrag zu A. II. Receptoren, Gliazellen und Retinaneurone 445
N amenverzeichnis 497
Sachverzeichnis . 512
Teilnehmerverzeichnis
*Akimoto, H., Neuropsychiatrische Klinik der Universitat Tokyo (Japan)
Arduini, A., Istituto di Fisiologia della Universita di Pisa (Italien)
Barlow, H., Physiological Laboratory, University of Cambridge (England)
*Bartley, S. H., Michigan State University, Dept. of Psychology, East Lansing (USA)
Baumgardt, E., Laboratoire de Physiologie gellllrale, Universite de Paris (Frankreich)
Baumgartner, G., Abteilung flir klinische Neurophysiologie der Universitat Freiburg/Br.
Beresford, W. A., University Laboratory of Physiology, Oxford (England)
Best, W., Universitats-Augenklinik, Bonn/Rh.
*Bishop, G. H., School of Medicine, Dept. of Psychiatry and Neurology, Laboratory of
Neurophysiology, Washington University, St. Louis (USA)
Bornschein, H., Physiologisches Institut der Universitat Wien (Osterreich)
Bremer, F., Laboratoire de Pathologie Generale, Universite de Bruxelles (Belgien)
Creutzfeldt, 0., Dt. Forschungsanstalt fiir Psychiatrie, Max Planck·Institut, Miinchen
DeValois, R. L., Department of Psychology, Indiana University, Bloomington (USA)
Dodt, E., William Kerckhoff-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Bad Nauheim
Donner, K. 0., Zoologisches Laboratorium der Universitat Helsingfors (Finnland)
Doty, R. W., Center for Brain Research, University of Rochester (USA)
Fillenz, M., University Laboratory of Physiology, Oxford (England)
Galifret, Y., Section de Psychologie experimentale, College de France, Paris (Frankreich)
Glees, P., Institut flir Histologie und Experimentelle Neuroanatomie, Gottingen
Griisser, O.-J., und U. Griisser-Cornehls, Universitats-Klinik flir psychische und Nerven
krankheiten, Gottingen
Hurvich, L. M., und D. Hurvich-Jameson, New York University, Washington Square College
of Arts and Science, Dept. of Psychology, New York (USA)
Jaeger, W., Universitats-Augenklinik, Heidelberg
Jung, R., Abteilung fiir klinische Neurophysiologie der Universitat Freiburg/Br.
Kornhuber, H., Abteilung fiir klinische Neurophysiologie der Universitat Freiburg/Br.
*Lennox-Buchthal, M. A., Universitetets Neurofysiologiske Institut, Kopenhagen (Danemark)
MacNichol, E. F. jr., The Thomas C. Jenkins Department of Biophysics, The Johns Hopkins
University, Baltimore (USA)
Metzger, W., Psychologisches Institut der Universitat Miinster/Westf.
Monje, W., Institut flir angewandte Physiologie der Universitat Kiel
*Motokawa, K., Department of Physiology, Tohoku-University, Sendai (Japan)
Schober, H., Institut fiir Physiologische Optik, Miinchen
Sickel, W., Physiologisches Institut der Karl-Marx-Universitat, Leipzig
*Sjostrand, F. S., Department of Zoology, University of California, Los Angeles (USA)
Soderberg, U., Nobel Institute of Neurophysiology, Karolinska Institutet, Stockholm
(Schweden)
Svaetichin, G., Instituto Venezolano de Investigaciones Cientificas, Caracas (Venezuela)
Teuber, H.-L., Department of Psychiatry and Neurology, New York University, Bellevue
Medical Center, New York University College of Medicine, New York (USA)
* Schriftliche Mitteilung und Diskussion.
VIn Teilnehmerverzeichnis
*Tomita, T., Department of Physiology, School of Medicine, Keio University, Shinanomachi,
Tokyo (Japan)
Valle calle, E., .Instituto de Medicina Experimental, Universidad Central de Venezuela,
Caracas (Venezuela)
Verzeano, M., University of California, Medical Center, School of Medicine, Department qf
Biophysics and Nuclear Medicine Los Angeles (USA)
*Villegas, G. M., Laboratorio de Ultraestructura, Instituto Venezolano de Investigaciones Cienti
ficas, Caracas (Venezuela)
*Villegas, J., Instituto Venezolano de Investigaciones Cientificas, Caracas (Venezuela)
Whitteridge, D., Department of Physiology, University New Building, Edinburgh (Schott
land)
Widen, L., Department of Clinical Neurophysiology, Serafimerlasarettet, Stockholm
(Schweden)
Wolbarsht, M. L., Physiciology Division, Naval Medical Research Institute, National Naval
Medical Center, Bethesda (USA)
* Schriftliche Mitteilung und Diskussion.
Einleitung
Dieses Symposion ist ein Versuch, die subjektive und objektive Sinnesphysio
logie des Sehens in Verbindung zu bringen. Die Neurophysiologen, die Einzel
mechanismen des peripheren und zentralen Sehsystems untersuchen, sollen mit
den Psychologen und Sinnesphysiologen diskutieren, die iiber die Psychophysik
der Sehwahrnehmung beim Menschen arbeiten. Unsere gemeinsame Diskussion
ist zuniichst ein Experiment. Ob es gelingt, muB sich erst zeigen.
Zwei methodisch vollig verschiedene wissenschaftliche Richtungen zu vereini
gen, hat seine Gefahren: Aquivokationen und kritiklose "Obernahmen der mit
anderen Methoden gewonnenen Ergebnisse konnen entstehen. Nicht nur die ver
schiedene Methodik, auch die Verschiedenheit der Untersuchungsobjekte -
Katzen und Affen oder sogar Fische auf der einen, Menschen und ihre Wahrneh
mungsleistungen auf der anderen Seite - erschweren die Verbindung. Dazu
kommen die Unterschiede einer alten und jungen Wissenschaft. Die subjektive
Physiologiedes Sehens ist ein Werk des 19. Jahrhunderts: FECHNERs "Psychophy
sik" erschien 1860, vor genau 100 Jahren, HELMHOLTZ' Handbuch in seinen ersten
Teilen ebenfalls 1858 und 1860, HERINGS erstes Buch 1861, nachdem PURKINJE
bereits 1819 und 1825 die Sehphysiologie eingeleitet hatte. Zwar beschrieb
HOLMGREN das Elektroretinogramm schon 1865, doch stammt die Elektrophysio
logie des zentralen Sehsystems vorwiegend aus den letzten drei Jahrzehnten,
seitdem BISHOP und BARTLEY sowie FISCHER, KORNMULLER und TONNIES 1932
Belichtungseffekte an der Sehrinde registrierten. Die Neuronenphysiologie des
visuellen Systems hat sich vorwiegend in den letzten 20 Jahren entwickelt.
HARTLINES erste Mitteilung iiber das Limulusauge 1932 blieb zuniichst ohne
Resonanz, aber seine Einzelfaserregistrierungen am Froschauge 1938 zeigten die
receptiven Felder mit Erregungs- und Hemmungs-Konvergenz und begriindeten
alle spiiteren Untersuchungen. GRANITS Buch erschien 1947 und die Neuronen
ableitungen vom visuellen Cortex begannen erst vor 9 Jahren.
Dennoch fuhren die Wege beider Forschungszweige in dieselbe Richtung und
beide haben im Grunde ein gleiches Ziel: Das visuelle System in seinen Funktionen
und Leistungen zu erkliiren und zu verstehen, indem Lichtreize und ihre neuro
nalen oder psychophysiologischen Effekte messend verglichen werden. Unsere
neurophysiologische Arbeit der letzten Jahre ergab so zahlreiche Parallelen mit
psychophysischen Ergebnissen, daB es lohnend erschien, auf diesem Symposion
gemeinsame Wege zu suchen und die gegenseitige Beziehung und Verstiindigung
zwischen Neurophysiologie und Psychophysik zu fordern.
In einem Symposion ist die Teilnehmerzahl notwendig beschriinkt, und auch
die Themen miissen begrenzt werden, wenn die Diskussion fruchtbar sein soll.
Das Hauptgewicht liegt bei der Elektrophysiologie, doch war es notwendig, die
Elektronenmikroskopie mit aufzunehmen, da sie viele entscheidende physiolo
gische Anregungen gegeben hat. Auf andere wichtige Forschungsrichtungen,
Visuelles System 1