Betriebsmodul
Advanced level
Die fortgeschrittene Stufe vertieft die Verbindung zwischen der retinalen Transduktion und der Weiterleitung des Signals entlang der neuronalen Bahnen bis zum visuellen Kortex. Die Lernenden beobachten, wie Lichtenergie in den Photorezeptoren in elektrische Signale umgewandelt wird und wie diese Impulse über Bipolar- und Ganglienzellen zum Sehnerv weitergeleitet werden.
Um die Abfolge der Ereignisse zu verstehen, wird das Konzept der Phototransduktion eingeführt: Die Absorption eines Photons durch ein Rhodopsinmolekül löst eine Konformationsänderung aus, die eine biochemische Kaskade aktiviert. Diese Kaskade verringert das cyclische GMP, schließt Ionenkanäle und hyperpolarisiert dadurch die Zelle. Das Ergebnis ist die Umwandlung von Lichtenergie in Veränderungen des elektrischen Potenzials.
Die Weiterleitung des Signals entlang des Sehnervs und sein Weg zum visuellen Kortex werden durch eine Augmented-Reality-Simulation veranschaulicht, die mit Delightex Studio – Spaces (Marker) entwickelt wurde:
https://edu.delightex.com/Studio/Spaces
Mit mobilen Endgeräten erkunden die Lernenden ein dreidimensionales Modell des menschlichen Auges, beobachten die Aktivierung der Photorezeptoren, verfolgen das Signal entlang des Sehnervs, visualisieren die Kreuzung der Fasern am Chiasma opticum und sehen schließlich die Projektion der Signale zum lateralen Kniehöcker und zum primären visuellen Kortex.
Während der Aktivität werden Leitfragen gestellt:
– An welchem Punkt der Netzhaut wird Licht zu einem elektrischen Impuls?
– Warum kreuzen manche Fasern im Chiasma opticum, während andere ungekreuzt bleiben?
– Wie unterscheidet der visuelle Kortex Form, Farbe und Bewegung?
Antworten ergeben sich durch Gruppendiskussion und den Vergleich zwischen anatomischen Modellen und physikalischen Prozessen.
Die Unterrichtseinheit endet mit einer Reflexion über die Entwicklung künstlicher Sehsysteme. Die Lernenden vergleichen die Funktionsweise des menschlichen Auges mit der einer Digitalkamera und heben Analogien und Unterschiede hervor. Während die Kamera Bilder über einen Sensor aufnimmt, rekonstruiert das Gehirn die Wahrnehmung, indem es Informationen aus mehreren Sinnesquellen integriert und mit vergangenen Erfahrungen verknüpft.