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Das menschliche Auge

Die Augen sind ein weiteres Indiz für die Genialität und das Einfallsreichtum der Evolution. Sie sind unser komplexestes Sinnesorgan, das aus vielen einzelnen Mechanismen besteht, die wie ein Zahnrad perfekt zusammenarbeiten. Die einzelnen Bestandteile greifen ineinander über und konstruieren auf beeindruckende Art ein Abbild dessen, was wir in unserer Umgebung vorfinden.


Inhaltsverzeichnis

Hornhaut - das "Fenster zur Welt"

Regenbogenhaut - wie bekommt das Auge seine Farbe?

Netzhaut - der "Bildsensor" des Auges

Sehvorgang

Seheigenschaften


Das Auge - Aufbau und Seheigenschaften

Aber wie genau kommt das Bild eigentlich in unseren Kopf? Um das Auge und den Sehvorgang zu verstehen, muss ein Blick auf den Aufbau des Sinnesorgans geworfen werden. Das Auge ist wie der Eisberg im Meer. Nur ein kleiner Teil ist offen sichtbar, die Mehrheit des Augapfels liegt in der Schädelhöhle und kann durch die beweglichen Lider jederzeit verschlossen werden. Diese schließen und öffnen sich im Alltag unterbewusst.

Im Durchschnitt blinzeln Menschen 10 bis 12 Mal in der Minute. Warum eigentlich?

Das Blinzeln sorgt dafür, das die Augenoberfläche nicht austrocknet. Die Hornhaut wird dauerhaft mit einem Tränenfilm benetzt und kleinere Partikel, die im Auge gelandet sind, durch die Tränenflüssigkeit beseitigt. Zudem entspannt das Blinzeln die Augen für einen Moment. Der Lidschlag erfolgt an beiden Seiten gleichzeitig und die eigentlich existierende Dunkelheit während des geschlossenen Auges wird nicht wahrgenommen. Dies liegt daran, dass die Wahrnehmung, welche sonst das Abbild der Umwelt ins Gehirn liefert, einen Moment unterdrückt wird.


Interessant: Frauen sollen öfter als Männer blinzeln, wobei der Moment des Blinzeln nicht zufällig gewählt ist. Forscher haben herausgefunden, dass Menschen die Augen schließen, wenn sie einen Satz vollendet haben.


Hornhaut des Auges

Die Hornhaut des Auges (lateinisch: Cornea) hat übrigens nichts mit der Hornhaut an Füßen oder Händen zu tun. Sie ist eher das "Fenster zur Welt"  und bezeichnet den durchsichtigen Teil des Auges. Das weiße ist die Lederhaut, der Übergang zwischen beiden wird Limbus genannt. Die Hornhaut bricht durch ihre konvexe Wölbung den größten Teil des einfallenden Lichtes. Zudem schützt sie das geöffnete Auge vor äußeren Einflüssen.

Das Auge ist in zwei Augenkammern aufgeteilt. Zwischen Iris und Hornhaut liegt die vordere Augenkammer, zwischen Iris, Ziliarmuskel und Glaskörper die hintere. In beiden befindet sich Kammerwasser und auch das aus Bindegewebe bestehende Lid sondert Tränenflüssigkeit ab, um eine gute Gleitfähigkeit zu garantieren.

Regenbogenhaut

Regenbogenhaut-Auge

Die Regenbogenhaut, besser bekannt als Iris, kann sich unterschiedlichen Lichtverhältnissen anpassen und die Öffnung des Auges je nach Bedingung abstimmen. Die Öffnung, durch welche das individuell angepasste Licht ins Auge vordringt, nennt man Pupille.


Interessant: Neben den Fingerabdrücken ist auch die Regenbogenhaut von jedem Menschen einzigartig. Daher werden in der Sicherheitstechnik zunehmend Augenscanner zur Identifikation genutzt.


Warum aber hat die Iris von Menschen eine unterschiedliche Farbe?

Die Regenbogenhaut besteht aus farbigen Pigmenten. Welchen Ton sie annehmen, ist genetisch festgeschrieben, wobei dies nicht bedeutet, dass Kinder unbedingt die Augenfarbe ihrer Eltern übernehmen müssen. Die Farbe ist auf mehreren Genen festgeschrieben und kann ebenfalls mit denen der Großeltern kombiniert werden.


Interessant: Viele hellhäutige Babys kommen jedoch mit blauen Augen zur Welt obwohl die Eltern dunkle Augen besitzen. Dies liegt am Melanin, welches für die Einfärbung der Pigmente verantwortlich ist. Der Melaninspiegel bei Neugeborenen ist sehr niedrig, steigt jedoch mit der Zeit. Zwischen dem sechsten und zwölften Lebensmonat verdunkeln sich die Pigmente durch den wachsenden Melaninspiegel oft.


Hinter der Iris befindet sich die elastische Linse. Sie ist am Ziliarmuskel befestigt. Dieser ist für die aktive Verformung der Augenlinse verantwortlich, welche wiederrum die Brechung des Lichts steuert.

Wofür macht sich das Auge eigentlich die Mühe, dass Licht unterschiedlich stark zu brechen?

Damit sein Besitzer in nahen sowie fernen Distanzen klar sehen kann. Augenärzte nennen das die Akkomodation (dynamische Brechkraft des Auges). Die Brechung erfolgt zu 75 Prozent in der Hornhaut und zu 25 Prozent in der Linse. Zum teil ist sie ebenfalls die Erklärung für Kurz- sowie Weitsicht. Bei verminderter Sehleistung ist die Brechleistung des Auges nicht mehr optimal, die Informationen werden nicht exakt auf die Netzhaut gebündelt. Der andere Teil ist ein zu langer oder zu kurzer Augapfel.

Der Glaskörper füllt den größten Teil des Auges. Er ist Grundlage für das, was die meisten Menschen als das "Weiße des Auges" bezeichnen. Die Farbe gebührt der Lederhaut, welche den Glaskörper umgibt. Er besteht zu 98 Prozent aus Wasser.

Aufbau-Auge

Netzhaut - der Bildsensor des Auges

Bei der Netzhaut handelt es sich um die Auginnenseite und kann sehr gut mit dem Bildsensor digitaler Kameras verglichen werden. In ihr wohnen zwei verschiedene Arten von Lichtzellen: Stäbchen und Zäpfchen. Aufgabe dieser Zellen ist es, die Lichtreize in Impluse umzuwandeln.

Wieviele Zellen braucht man eigentlich, um die komplexen Bilder des Alltags wahrzunehmen?

Sechs bis sieben Millionen Zäpfchen unterstützen den Menschen bei Tageslicht und in der Dämmerung dabei, die unterschiedlichsten farblichen Facetten zu erkennen. Bei Tag helfen 120 Millionen Stäbchenzellen durch eine schwarz-weiße Sicht, dass wir nicht immer mit dem kleinen Zeh an der Tür hängen bleiben. Die höchste vorliegende Konzentration von Zäpfchen befindet sich im "gelben Fleck", der Region des schärfsten Sehens.


Interessant: Die maximale Auflösung des menschlichen Auges entspricht ungefähr der einer digitalen Kamera mit 576 Megapixel. Dabei lassen sich diese beiden "Sensoren" nur bedingt vergleichen obwohl die Systematik sehr ähnlich ist.


Wie war das nochmal mit dem scharfen Sehen in unterschiedlichen Distanzen?

Ganz einfach: das Licht wird durch Hornhaut, Kammerwasser und Linse gebrochen und im gelben Fleck der Netzhaut gebündelt. Entsteht jetzt kein scharfes Bild, so ist der Augapfel des Augenbesitzers verformt oder die Linse ist zu unflexibel: das Licht wird nicht optimal gebrochen und kommen des perfekte Bild entsteht vor oder hinter der Netzhaut. Der Effekt: die Informationen können nicht mit allen Details weitergegeben werden - man sieht unscharf.

Jetzt muss nur noch geklärt werden, wie das Bild vom Auge in den Kopf gelangt. Für diesen Vorgang ist der Sehnerv verantwortlich. Er trifft im "Blinden Fleck" auf die Netzhaut. Den Namen hat er durch den Fakt verliehen bekommen, dass sich in dieser Region keine Sehzellen befinden. Die Sehbahn leitet die Informationen in Form von elekrischen Impulsen von der Netzhaut ins Gehirn weiter, sodass das Bild von den Augen ins Gehirn wandert. Sie ist ungefähr einen Millimeter dick und vermisst eine Länge von 4,5 Zentimetern.

Der Sehvorgang

Der Sehvorgang ist also ein äußerst komplexes Gebilde. Nur das einwandfreie Zusammenarbeiten verschiedener Teile sorgt für ein scharfes Abbild der Umwelt.

Aber wie sieht das mit dem Erkennen von Farben aus, wenn Stäbchen nur zwischen hell und dunkel unterscheiden?

Farbe nimmt unsere Welt durch die Zäpfchen an. Ausschlaggebend hierfür ist Opsin. Bei Opsin handelt es sich um Teile des Sehfarbstoffs Rhodopsin. Dieses ist in drei Zäpfchenarten vorhanden. Die Opsine unterscheiden sich dadurch, dass sie von unterschiedlichen Lichtwellen differenziert gereizt werden. Man spricht von Rot-, Grün- und Blauzapfen, deren Empfindlichkeitsbereiche sich teilweise überschneiden. Die Zapfen werden also durch die im Licht enthaltenen Farbbestandteile mehr oder weniger gereizt. Erneut entsteht ein elektrischer Impuls, der die Sprache des Gehirns ist, an welches dieser direkt weitergegeben wird. Schaut man zum Beispiel auf einen orangen Gegenstand, so werden die Rotzäpfchen mehr stimuliert als die Grünzäpfchen. Somit sind die Zäpfchen also für unser Farbsehen verantwortlich. Dass das Fehlen dieser problematisch sein kann für die Erkennung von Farben, zeigen Katzen. Katzen verfügen über einen höheren Anteil an Stäbchen, wodurch sie fähig sind, bei Dunkelheit wesentlich mehr zu erfassen als Menschen. Das Verhältnis von Stäbchen und Zäpfchen liegt beim Menschen bei 20 zu 1, bei Katzen bei 63 zu 1. Dieser nächtliche Vorteil geht jedoch gleichzeitig auf Kosten des Farbsehens tagsüber. Katzen verfügen nur über zwei verschieden Arten von Farbzäpfchen, woraus sich ergibt, dass sie keine Rottöne wahrnehmen können. Da es für Katzen jedoch wesentlich wichtiger ist, sich in Dunkelheit zurecht zu finden, führt dies nur zu minimalen Einschränkungen für das Tier.

Seheigenschaften

Wie gute Augen hat Mensch überhaupt? Ein Vergleich.

Diese Frage lässt weite Definitionsmöglichkeiten offen, aber die meisten würden wohl das Maß der Sehstärke als Maß anerkennen, um das Sehvermögen zu beurteilen. Ausschlaggebend ist hier somit die Sehschärfe. Die Sehschärfe zeigt die Fähigkeit von Individuen an, Konturen und Muster zu erkennen. Sie ist in verschiedene Definitionen aufgestaffelt. Die Grenzen, das heißt die Konturen des Objekts, die Erkennbarschwelle für kleinste Differenzen zwischen Objekt und Umgebung, die Trennung eng beieinander liegender Konturen sowie die Lesesehstärke und das Gedächtnis, in dem das Gelesene gespeichtert wird, gehören dazu. Die angulare Sehstärke, auch Winkel-Sehschärfe benannt, gibt an, in welchem Ausmaß zwei Objekte voneinander gerade noch getrennt werden können. Die Einheit der Angaben wird in Winkelminuten gemessen, wobei eine Winkelminute einer Auflösung von 1,5 Millimeter bei 5 Metern Abstand entspricht.


Interessant: Menschen verfügen in diesem Rahmen eine Winkel-Sehschärfe  von 1, Katzen von 5 und Wanderfalken von 0,4. Dieser hat siebenmal so viele Zäpfchen wie Menschen. Ihre Auflösung ist drei bis viermal größer und sie verfügen besonders viele Zäpfchen in den seitlichen Sehgruben, was es ihnen ermöglicht, Dinge neben ihnen wahrzunehmen. Die Zäpfchen in den Sehgruben haben eine achtfach so hohe Auflösung wie die des Menschen. Ihr Blickfeld ist im Vergleich zu unserem erweitert, ohne dass ihr Farbsehen eingeschränkt wäre.


Das Gesichtsfeld des Menschen beträgt etwa 180 Grad. Unter Gesichtsfeld versteht man die Erkennung von Punkten, die ohne bewusste Fixierung bei grader Kopf- und Körperhaltung erkannt werden. Es wird ins monokulare und ins binokulare Gesichtsfeld aufgeteilt. Das monokulare beschreibt den Blickwinkel des einzelnen Auges, das binokulare das Sichtfeld beider Augen zusammen. Durch das Gesichtsfeld wird auch das Richtungssehen erfasst. Bei diesem handelt es sich um die Wahrnehmung der Richtung, aus der eine Bewegung stammt. Die richtungsspezifischen Zellen befinden sich in der Netzhaut. Zur Erfassung einer Bewegung ist das binokulare Sichtfeld nicht notwendig. Das monokulare genügt, um die Bewegung zuordenen zu können, um binokularen erfolgt schließlich das Entfernungssehen.

Bei Augen handelt es sich somit um eine Verstrickung höchst komplexer Gebilde und Abläufe, die es Menschen und Tieren ermöglichen, Dinge unter unterschiedlichen Bedingungen wahrzunehmen. Besonders für den Menschen sind die Augen und somit das Sehen eines der wichtigsten Sinnesorgane. Sie ermöglichen es uns, zwischen Farben zu differenzieren, Entfernungen abzuschätzen und uns im Hellen sowie Dunklen zurecht zu finden. Während man den Eindruck gewinnt, über gute Augen zu verfügen, zeigt die Tierwelt Aspekte, welche dem Menschen verwährt bleiben. Dennoch hat die Evolution durch die Entwicklung unterschiedlicher Bereiche des Auges wieder einmal bewiesen, wozu sie fähig ist.

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