Links zur Anatomie des Auges

Wikipedia hat extrem gut erklärte und bebilderte Informationen zur Anatomie des Auges:
Starten Sie ihre Tour in die faszinierende Welt unserer Augen hier:
http://de.wikipedia.org/wiki/Auge

Glossar, Zahlen und Fakten

Glossar:

Neuron
Nervenzelle, bestehend aus einem Zellkern, sowie bis zu einem Meter langen Fortsätzen, den Dendriten, die Signale empfangen und den Axonen, die Signale weiterleiten. Das Bindeglied zwischen Neuronen, an dem auch die Signalübertragung statt findet, nennt man Synapse.

Retina
Netzhaut, Bestandteil des Auges

Photorezeptorzelle
Zapfen und Stäbchen, wird durch Licht erregt

Bipolare Zellen
Zwischenstation von Photorezeptoren zu Ganglienzellen

Ganglienzellen
Neuron, deren Axone sich zum Sehnerv zusammen schließen und aus dem Auge austreten.

Rezeptives Feld
Kreisförmige Anordnung von vielen Photorezeptoren um eine zentrale Ganglienzelle, die deren Signale bündelt und weiterleitet.

Sehbahn
Weg der Bildinformation vom Auge zur Sehrinde

Sehnerv
Bündel vieler Axone von Ganglienzellen aus der Retina

Sehnervenkreuzung
Aufteilung des Sehnervs in die linke und in die rechte Gehirnhälfte

Corpus Geniculatum Laterale
Umschaltstation zwischen Augen und Sehrinde

Visueller Kortex
Sehrinde, Ort an der Hinterseite des Gehirns, an dem die ankommenden Signale verarbeitet werden


Zahlen und Fakten:

• Die Retina enthält 130 Millionen Photorezeptoren (Stäbchen und Zapfen) und vier weitere Gruppen von Neuronen
• Die Neuronen führen pro Sekunde mindestens 10 Milliarden Berechnungen durch.
• Der Sehnerv besteht aus rund einer Million Nervenfasern
• Die Sehzentren der Großhirnrinde umfassen 1 – 10 Milliarden Nervenzellen
• Auf eine Retinaganglienzelle kommen 100.000 zentrale Neuronen.
• Jedes Neuron bildet bis zu 10.0000 Synapsen zu anderen Nervenzellen aus.
• Ein Kubikmillimeter Großhirnrinde enthält 30 000 – 100 000 Neuronen

Der visuelle Kortex

Wie schon der Corpus Geniculatum Laterale besteht auch der visuelle Kortex aus sechs Zellschichten. Die vom Zwischenhirn kommenden Nervenfasern münde zunächst in Schicht IV. Dort befinden sich einfache Kortexzellen, von denen Verbindungen zu den darunter liegenden Schichten führen. Die komplexen Zellen befinden sich grundsätzlich außerhalb der Schicht IV.
Im visuellen Kortex findet man Gewebeblöcke, die sogenannten „Hypersäulen“, die bis zu 200 000 Neurone enthalten können. Deren eine Hälfte ist dabei mit dem linken, die andere mit dem rechten Auge verschaltet. Innerhalb einer solchen Hypersäule, die jeweils die Information aus einer kleinen Fläche des Sehfelds verarbeitet, werden bestimmte Bildanalysen durchgeführt. In Hypersäulen werden außerdem Farbinformationen und Tiefeneindrücke kodiert.

Die Sehbahn

Man bezeichnet den Weg, auf dem die visuellen Informationen aufgenommen, weitergeleitet und verarbeitet werden, als Sehbahn.
Die von beiden Augen austretenden Sehnerven treffen zunächst in der Sehnervenkreuzung (Chiasma opticum) im Zwischenhirn aufeinander. Hier werden die Nervenstränge so kombiniert, dass die Stränge aus dem rechten Sehfeld (nicht des rechten Auges!) in die linke Gehirnhälfte zusammengeführt werden und diejenigen aus dem linken in die rechte Hälfte.
Die Axone der retinalen Ganglienzellen des jeweiligen Gesichtsfeldes enden im entsprechenden Kniekörper, auch Corpus Geniculatum Laterale (CGL) genannt. Sie sind dort verschaltet mir Nervenfasern, die zum visuellen Kortex, also den Sehzentren der Großhirnrinde führen.
Ähnlich wie die retinalen Ganglienzellen enthält auch der Corpus Geniculatum Laterale kreisförmige rezeptiven Felder. Sie bilden eine Umschaltstation und regulieren den Informationsfluss zwischen dem linken und rechten Auge und dem visuellen Kortex. Der CGL ist in sechs Schichten gegliedert, von denen vier Farbinformationen weiter geben und zwei Informationen zur Form von Objekten.

Bildverarbeitung in der Retina

Die Retina kann man sich als ausgebreitetes Netz, als Matrix von Zellen vorstellen. Die optische Abbildung der Umwelt führt zu einem Erregungsmosaik der Sehzellenmatrix.
Dieses Erregungsmuster wird nun bereits in der Retina selbst weiterverarbeitet. Hier sind zwei Prinzipien von Bedeutung: Die seitliche Hemmung und die rezeptiven Felder.

Rezeptive Felder
Als rezeptive Felder bezeichnet man die Umgebung einer Ganglienzelle, aus der sie Informationen von Photorezeptoren erhält. In der Retina sind diese beinahe kreisrund und überlappen sich gegenseitig.
Aufgrund der Tatsache, dass es rund 130 Millionen Photorezeptoren, aber nur eine Million retinale Ganglienzellen gibt, leiten in der Retina zahlreiche Zapfen und Stäbchen ihre Signale an ein und die selbe Ganglienzelle. Dies erklärt auch, weshalb wir in der Fovea scharf sehen: Hier leiten Ganglienzellen die Signale weniger Photorezeptoren weiter, während in der Peripherie die Rezeptiven Felder einen viel größeren „Einzugsbereich“ besitzen.

Bei den rezeptiven Feldern unterscheidet man zwei Haupttypen. Bei einem „ON-Zentrum-Feld“ wird die Ganglienzelle bei Belichtung ihrer Feldmitte erregt, während die Belichtung eines ringförmigen Bereichs um das Feldzentrum herum zur Hemmung führt. Beim „OFFZentrum-Feld“ verhält es sich umgekehrt.
Der Sinn dieser Feldorganisation besteht darin, dass die retinale Ganglienzelle nicht aufhomogene, großflächige Lichtreize antwortet, sondern bevorzugt auf kleine Lichtmuster wie Punkte, Striche oder auch Kanten.

Neuronen in der Retina

Die Retina ist eine Außenstelle des Gehirns und hat eine sehr komplexe neuronale Struktur. In ihr werden die visuellen Reize bereits zu ersten Bildern vorverarbeitet und dann über den Sehnerv an das Gehirn weitergeleitet.

Schematische Darstellung der neuronalen Struktur der Netzhaut:



Die Retina kleidet die Innenseite der Lederhaut bis weit nach vorne aus. Einzig
die Stelle, an welcher der Sehnerv austritt, bleibt frei.
Auf der Retina trifft das Licht auf. Es dringt durch mehrere lichtdurchlässige Schichten bis hin zu den Photorezeptorzellen. Hier unterscheidet man zwischen Zapfen und den Stäbchen. Während Zapfen farbrezeptiv sind, vermitteln Stäbchen nur hell-dunkel-Eindrücke.
Den Photorezeptoren nachgeschaltet sind die Bipolaren Zellen, deren Fortsätze mit den Ganglienzellen in Kontakt stehen. Ihre Axone bündeln sich im Sehnerv.
Neben der Informationsweiterleitung von den Photorezeptoren bis zum Sehnerv besteht aber auch noch eine Verschaltung untereinander. Diese Aufgabe erfüllen die Horizontalzellen und die Amakrinzellen.

das folgende Bild zeigt einen Scan einer Retina bei 800 nm und einer axialen Auflösung von 3 µm:



Aufnahme eines retinalen Neurons vom Becker Laboratory des University College London



Der Zellkörper eines Neurons besteht aus einem Zellkern und Fortsätzen, die weit verzweigt sein können. Bei den Fortsätzen unterscheidet man Axone, die Signale weitergeben und Dendriten, die Signale empfangen.
Als Synapsen bezeichnet man Verbindungsstellen zweier Neurone, an denen Signalübertragung stattfinden kann.
Innerhalb der Zelle erfolgt die Weiterleitung eines Signals elektronisch binnen einer tausendstel Sekunde, indem durch eine plötzliche Veränderung der Zellmembran Natriumionen einströmen können und ein Aktionspotential bilden: Die Nervenzelle „feuert“. Das ursprüngliche Potential wird durch den Ausstrom von Kaliumionen wiederhergestellt.

Die Retina

In der Retina befinden sich die photorezeptiven Zellen. Sie reagieren auf das einfallende Licht, indem sie durch minimale elektrische Potentialänderungen Signale weiterleiten. Es ist der erste Schritt auf dem Weg zur Bilderzeugung.
In der im Zentrum der Retina gelegenen Fovea, der sogenannten „Sehgrube“, sehen wir am schärfsten. Zum Rand hin nimmt die Sehschärfe ab. Blind sind wir an der Stelle, wo der
Sehnerv austritt, weshalb diese Stelle der Retina auch als „blinder Fleck“ bezeichnet wird.

Aufbau des menschlichen Auges

Das Bild zeigt einen Querschnitt durch das menschliche Auge. Einfallende Lichtstrahlen passieren den optischen Apparat, also die Hornhaut, das Kammerwasser, die Linse sowie den Glaskörper, bevor sie auf der Retina auftreffen.
Die Iris reguliert die Menge des einfallenden Lichts, indem sie die Größe der Pupille – also die Öffnung, durch die das Licht auf die Linse trifft – anpasst.
Durch Veränderung der Wölbung der Linse, die das Licht bricht, wird ein Scharfstellen für unterschiedliche Entfernungen erreicht.

Evolution des Auges

Stufen der Evolution des Auges
(a) Pigmentfleck
(b) Einfache pigmentierte Vertiefung
(c) Augenbecher der Seeohren
(d) kompliziertes Linsenauge von Meeresschnecken
(e) Aufbau des menschlichen Auges

Sehen

Dem Sehen fällt unter den fünf menschlichen Sinnen zweifelsfrei die größte Bedeutung zu.
Ohne die Fähigkeiten des menschlichen Auges und des Gehirns wäre die Entwicklung in Technik und Kommunikation, wie wir sie heute erleben können, wohl kaum möglich gewesen.
Wir profitieren dabei von einem visuellen System, das in der Evolution den höchsten Entwicklungsstand erreicht hat: Es ist das Bildsehen. Im Gegensatz zum Helligkeits- und Lichtrichtungssehen spielt hierfür das von Objekten reflektierte Licht eine entscheidende Rolle.