Unser Auge ist das wichtigste Sinnesorgan, da es ungefähr 70% aller Sinneseindrücke verarbeitet. Es muss aus Lichtstrahlen ein elektrisches Signal kreieren und daraus ein korrektes Bild erstellen. Das Auge besteht aus sehr vielen kleinen Strukturen, die funktionell integriert und voneinander abhängig sind. Grob kann man den dioptrischen Apparat von unterstützenden Strukturen unterscheiden. Der dioptrische Apparat besteht aus der Hornhaut, der Linse und dem Glaskörper. Alle Anteile des dioptrischen Apparats müssen absolut durchsichtig sein, da dort das Licht das Auge durchdringt.
Das Licht wird auf der Retina (Netzhaut) verarbeitet, welche aus zehn (!) Schichten besteht. Die Netzhaut hat nebst ihrer Vielschichtigkeit noch weitere aussergewöhnliche Eigenschaften. Es gibt zwei wichtige Punkte auf der Retina. Der erste ist der blinde Fleck; der Ort, an dem der Nervus opticus beginnt. Dort kann kein Licht verarbeitet werden. Von dort führen Nervenfasern weg, welche im Sehnerv (Nervus opticus) zusammenkommen. Der Sehnerv läuft zum Gehirn und bildet das optische Chiasma. Im optischen Chiasma kreuzt ein Teil der Fasern. Der zweite wichtige Punkt ist der Ort des schärfsten Sehens, die Fovea centralis. Das ist ein ganz kleiner Bereich auf der Retina, der in der Nähe der Sehachse liegt. Dort sind die Zapfen sehr stark konzentriert und dies ermöglicht ein farbiges Bild mit scharfer Auflösung. Daher orientieren wir unsere Augen permanent so, dass der Strahlengang des Lichts auf die Fovea centralis fällt.
Weiter oben wurde der dioptrische Apparat aufgegriffen. Das sind alle Anteile des Auges, die das Licht brechen. Daher müssen sie absolut durchsichtig sein, damit sie den Strahlengang nicht verfälschen. Der Glaskörper bildet den grössten Anteil des Auges, da er den gesamten Raum zwischen Linse und Retina ausfüllt. Weil er komplett durchsichtig sein muss, besteht er zu 99% aus Wasser. Zudem erzeugt der Glaskörper einen intraokulären Druck, also ein Druck im Auge. Dieser Druck ist nötig, um die Retina optimal aufzuspannen und an die ihr angrenzende hintere Schicht zu drücken. Damit das Licht, das durch den Glaskörper auf die Retina gelangt, optimal verarbeitet werden kann, darf es nicht gestört werden. Gefässe wären hierbei ein massiver Störfaktor und würden die Lichtstrahlen verfälschen. Daher gibt es das faszinierende Phänomen, dass die Gefässe der Retina um die Fovea angeordnet sind, sich jedoch nicht vor die Fovea und somit in den Hauptstrahlengang begeben.
Der Prozess der Verarbeitung von Lichtwellen ist die Phototransduktion. Dabei treffen Lichtstrahlen mit Lichtgeschwindigkeit auf die Netzhaut. Auf der Netzhaut gibt es Stäbchen, welche das Schwarz-Weiss-Sehen ermöglichen, und Zapfen, welche dem Farbsehen dienen. Die kleinste Einheit der Lichtstrahlen sind die sogenannten Photonen. Sie treffen auf die Zapfen und werden verarbeitet. Vereinfacht funktioniert der Prozess folgendermassen: Die Photonen werden von den Zapfen oder Stäbchen (Photorezeptoren), welche spezialisierte Neuronen sind, aufgenommen und weiterverarbeitet. Hier geschieht also der Übertritt von einem Lichtsignal in ein elektrisches Signal, da fortan Neuronen die Information weiterleiten.
Die Information der Zapfen und Stäbchen wird in der Retina auf ein zweites Neuron umgeschaltet und dann auf ein Drittes. Daher kommt die Vielschichtigkeit der Retina. Nebst den drei Neuronenschichten gibt es noch verschiedene unterstüzende Schichten. Beispielsweise ist die äusserste Schicht das Pigmentepithel. Es nimmt Photonen auf, die weder von Zapfen noch Stäbchen verarbeitet werden. Das Pigmentepithel dient als Schutz, damit die Photonen nicht in tieferen Schichten eindringen. Es heisst so, weil diese Epithelzellen viel Melanin enthalten, die die Photonen aufnehmen können und so pigmentiert, also dunkel angefärbt, sind. Die Fasern des dritten Neurons verlaufen dann im Sehnerv (Nervus opticus) zum optischen Chiasma, wo die Verarbeitung weitergeht. Wichtig für das Verständnis ist die inverse Anordnung der Neuronen in der Retina. Intuitiv könnte man annehmen, dass die Photorezeptoren bei der Retina ganz innen liegen und dem Licht so nahe wie möglich sein wollen und somit dem Glaskörper zugewandt sind. Dem ist jedoch nicht so! Das erste Neuron, also die Photorezeptoren, ist dasjenige Neuron, das vom Glaskörper maximal entfernt ist und somit der nächst-äusseren Schicht zugewandt ist. Das dritte Neuron hingegen ist dem Glaskörper am nächsten. Die ersten beiden Neuronen vermitteln ihre Information über chemische Synapsen und nicht direkt elektrisch. Erst das dritte Neuron, das mit seinen Axonen den Optischen Nerv bildet, generiert Aktionspotentiale.
Quelle
Bild: LEIFI. Das menschliche Auge. https://www.leifiphysik.de/optik/optische-linsen/ausblick/das-menschliche-auge-aufbau-und-funktion-einzelner-teile (zuletzt am 20.04.2022 um 09:00)
Jil Toman
Student Humanmedizin
Medizinischer Content-Provider (MED4LIFE)