Donnerstag, 23. Februar 2017

Die Sinne des Menschen-Sehen (visuelle Wahrnehmung) (Teil 1)


Auge ist im Tierreich nicht gleich Auge. Das menschliche Auge gehört zwar zu den Wirbeltieraugen, unterscheidet sich aber in Aufbau und Funktion teilweise deutlich von Augen anderer Wirbeltiere. Z.B. hinsichtlich Tag-Nacht-Sehen (Katzen als hervorragende Nachtjäger), Farbensehen (Hunde sind rot-grün-blind) oder der Größe des Gesichtsfeldes (Frösche mit nahezu 360*-Blick). Darüber hinaus existieren noch viele andere Typen von Augen: Lichtsinneszellen (bei Regenwürmern), Flachaugen (bei Seesternen) oder Facettenaugen (bei Fliegen).




Das Sinnesorgan Auge kann aus Gründen der Übersichtlichkeit in Augapfel, Anhangsorgane und Sehbahn unterteilt werden. Hornhaut (Cornea): zur Hornhaut gehört der äußerste, sichtbare Teil des Auges. Die Cornea erfüllt zwei wesentliche Funktionen. Einerseits schützt sie vor dem Eintritt von Fremdkörpern und andererseits sorgt die Hornhaut für die Lichtbrechung.

Glaskörper: der Glaskörper gibt dem Auge seine runde Form. Die gelantineartige Flüssigkeit besteht fast nur aus Wasser und dem Protein Kollagen, das dem Glaskörper eine gewisse Festigkeit verleiht. 

Linse: befindet sich zwischen Regenbogenhaut und Glaskörper. Die gewölbte Linse bündelt das einfallende Licht auf die Retina. 

Pupille: die Pupille befindet sich in der Mitte des Auges und wird von der Iris umgeben. Ihre Hauptaufgabe liegt in der Regulierung des Lichteinfalls. Durch erweitern bzw. verengen kann die Pupille die einfallende Lichtmenge erhöhen bzw. senken.

Regenbogenhaut (Iris): umgibt die Pupille. Die Iris schließt durch ihre Muskulatur die Pupille, somit ist sie ebenso an der Regulierung des Lichteinfalls beteiligt. Eingelagerte Pigmente sind für die individuelle Augenfärbung verantwortlich.

Anhangsorgane::

Augenlid: Die Augenlider bestehen aus Bindegewebe und Muskeln. Durch den Lidschlussreflex bedecken sie die Augen in einem regelmäßigen Intervall von ca. 3-4 Sekunden, um den Augapfel feucht zu halten. Auch bei Schreckreaktionen kommt es zum Lidschlussreflex, der in diesen Fällen das empfindliche Auge vor äußeren Einwirkungen und Fremdkörpern schützt.

Bindehaut: die Bindehaut befindet sich unmittelbar hinter den Augenlidern. Als Schleimhaut befeuchtet sie bei jedem Lidschlag das Auge, genauer die Hornhaut, mit Tränenflüssigkeit. Ohne diese permanente Befeuchtung würde die Hornhaut brüchig und könnte das einfallende Licht nicht mehr brechen.

Tränenapparat: zum Tränenapparat gehören einerseits die Tränendrüsen, die für die Produktion der Tränenflüssigkeit sorgen und die Tränenwege, welche die Tränenflüssigkeit wieder ableiten. Die Tränendrüse befindet sich auf dem linken Auge links, und dem rechten Auge rechts über dem Auge. Jeden Tag produzieren die Tränendrüsen zwischen 300 und 500ml. Auf den Augeninnenseiten wird die Tränenflüssigkeit in die Nase abgeleitet.

Sehbahn:

Netzhaut (Retina): Die Netzhaut ist ein dichtes, mehrschichtiges Nervengewebe, das Lichtwellen in elektrische Erregung umwandelt. Sie befindet sich an der Innenseite des Auges. Die bipolaren Zellen der Retina verarbeiten die Informationen der Fotorezeptoren (Stäbchen und Zapfen) und leiten sie an die retinalen Ganglienzellen weiter. Diese Ganglienzellen gehen unmittelbar in den Sehnerv über.

Sehnerv: Der Sehnerv (Nervus opticus) empfängt die elektrischen Erregungen der Retina und leitet sie zum Gehirn weiter. An der Sehnervenkreuzung (Chiasma opticum) überkreuzen sich beide Sehnerven. Dort "endet" der Nervus opticus und geht in den Tractus opticus über. Der Sehnerv besteht aus ca. 1 Mio. Nervenfasern.


Die visuelle Wahrnehumg gehört mit zu den komplexesten Funktionen des menschlichen Körpers. Zwar kann mittlerweile ziemlich genau die Reizaufnahme vom Auge, über die nervliche Weiterleitung bis hin in die Strukturen des visuellen Cortex' nachvollzogen werden; wie das Gehirn diese Informationen aber im Detail wieder zusammengesetzt und angemessen interpretiert, ist bei weitem noch nicht abschließend erforscht. Doch was nehmen wir eigentlich, auf physikalischer Ebene betrachtet, wahr? 

Unsere Wahrnehmung basiert in erster Linie auf Lichtwellen. Auf der Netzhaut befinden sich unterschiedliche Rezeptortypen, die diese Lichtwellen in elektrische Signale umwandeln und über den Sehnerv zum Gehirn weiterleiten. Das Spektrum des Lichts das unser Auge in der Lage ist wahrzunehmen, reicht etwa von 380 nm - 780 nm. Bei der Betrachtung eines Regenbogens fallen besonders die Farben Violett, Blau, Grün, Gelb und Rot auf. Dazwischen existieren aber noch unzählige Zwischentöne, sowie Unterschiede in der Helligkeit der Farben. Schätzungen über die Anzahl der vom Menschen wahrgenommenen Farben schwanken zwischen 100.000 und 15 Millionen Farben.

Viele Tierarten nehmen auch außerhalb dieses Spektrums (380-780nm) Licht wahr. Z.B. Ultraviolette Strahlung unter 380 nm (Insekten) oder Infrarotstrahlung über 780 nm (einige Fischarten). Das bedeutet zugleich auch, dass "unsere" wahrgenommene Welt nur ein Ausschnitt dessen ist, was real existiert. Im Verlauf der Evolution hat sich für die ökologische Nische, die der Mensch besetzt, dieses Spektrum als vorteilhaft erwiesen. Tierarten mit anderen Lebensumgebungen können dagegen von einem anderen wahrgenommenen Strahlungsbereich profitieren.

Im Folgenden sind die wesentlichen Abläufe des Wahrnehmungsprozesses dargestellt. Der Aufbau des Auges sowie derVergleich von Stäbchen und Zapfen verfügen über je einen eigenen Artikel.

Ablauf der visuellen Wahrnehmung

1. Das Auge

Lichtwellen fallen durch die Hornhaut (Cornea) des Auges, über Pupille, Linse und Glaskörper auf die Netzhaut (Retina) ein. Während die Hornhaut das Auge vor äußeren Einflüssen schützt und für die Lichtbrechung sorgt, reguliert die Pupille den Lichteinfall. Die Linse bündelt das Licht, welches daraufhin den dahinterliegenden Glaskörper, eine gelatineartige Substanz passiert, und auf die Retina trifft. Mittels der Netzhaut werden die Lichtwellen in elektrische Erregungen umgewandelt. Dazu verarbeiten die sogenannten Bipolaren Nervenzellen auf der Retina die Informationen der Fotorezeptoren (Stäbchen und Zapfen) und geben diese an die Ganglienzellen weiter. Die Ganglienzellen bilden die innerste Schicht des Auges und leiten die elektrischen Erregungen auf den Sehnerv (Nervus opticus) über.

2. Der Sehnerv

Vom linken und rechten Auge verläuft je ein Sehnerv, der widerum aus ca. 800.000 Nervenfasern besteht. Am Chiasma opticum überkreuzen sich beide Sehnerven und gehen in den Tractus opticus über. Wegen der Sehnervenkreuzung erhält die linke Gehirnhälfte die Informationen des rechten Auges, und die rechte Gehirnhälfte die des linken Auges.

3. Das Gehirn: Thalamus, Hirnstamm und Sehrinde

Die Sehnerven des Tractus opticus führen die visuellen Informationen in Form von elektrischen Erregungen zum Corpus geniculatum laterale, einem Kern im Thalamus. Hier münden etwa 85% der Nervenfasern, die anderen 15% verlaufen weiter zum Hypothalamus und Epithalamus. Jene Informationen dienen nicht der visuellen Verarbeitung, sondern Reflexen, die im Zusammenhang mit dem Sehen stehen, etwa der Pupillenreflex, der Lidschlussreflex oder die Akkomodation der Augen.

Im Corpus geniculatum geschieht ein wesentlicher Teil der visuellen Verarbeitung. Von dort werden die Informationen weiter zur Sehrinde (visueller Cortex) geleitet. Der visuellen Cortex weist eine besonders hohe Dichte an Nervenzellen auf, da er die ankommenden Informationen abbildet. Für die Interpretation, Wiedererkennung von Objekten oder die Gesichtserkennung sind dann weitere, mit dem visuellen Cortex verbundene, Gehirnstrukturen beteiligt.




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