Das Sehen ist ein komplexer Prozess, der weit über die Funktion der Augen hinausgeht. Es ist das Ergebnis einer komplizierten Interaktion zwischen Auge und Gehirn, bei der Licht in Nervenimpulse umgewandelt und interpretiert wird, um ein Bild der Welt um uns herum zu erzeugen.
Das Auge: Mehr als nur ein Fenster zur Welt
Das Auge ist ein komplexes Organ, dessen verschiedene Bestandteile präzise aufeinander abgestimmt sind, um Licht in Nervenreize umzuwandeln. Es ist nur der vordere Teil des Auges von außen sichtbar, während der restliche Augapfel geschützt in der Augenhöhle liegt.
Die äußeren Schichten des Auges
Das Augenweiß ist der sichtbare Teil der festen Außenhülle des Augapfels. Die Regenbogenhaut (Iris) ist der farbige Teil des Auges, der die Pupille, eine Öffnung in der Mitte, umgibt. Die Iris enthält Muskeln, mit denen sie die Größe der Pupille verändern kann, um die Lichtmenge zu regulieren, die ins Auge gelangt. Bei hellem Licht verengt sich die Pupille, um eine Überbelichtung zu vermeiden, während sie sich bei Dunkelheit weitet, um so viel Licht wie möglich einzufangen.
Die Hornhaut (Kornea) ist eine lichtdurchlässige Schicht, die Iris und Pupille bedeckt und das Auge vor Fremdkörpern und Verletzungen schützt. Sie spielt auch eine wichtige Rolle beim Sehen, indem sie die einfallenden Lichtstrahlen bricht.
Das Innere des Auges: Linse, Glaskörper und Netzhaut
Die Linse befindet sich direkt hinter der Pupille und ist mit festen Fasern an Muskeln befestigt. Durch Zusammenziehen oder Entspannen dieser Muskeln kann die Linse ihre Form verändern und das einfallende Licht unterschiedlich stark brechen, um sich auf Objekte in unterschiedlichen Entfernungen zu fokussieren. Dieser Vorgang wird als Akkommodation bezeichnet.
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Der Glaskörper ist eine durchsichtige, gelartige Masse, die den Augapfel ausfüllt und ihm seine Form gibt. Er ist wie Hornhaut und Linse durchsichtig, was für gutes Sehen unerlässlich ist.
Die Netzhaut (Retina) kleidet den Augapfel von innen aus und enthält Millionen von Sinneszellen, die Zapfen und Stäbchen. Die Zapfen sind für das Farbsehen zuständig, während die Stäbchen das Schwarz-Weiß-Sehen ermöglichen und bei Dämmerung und Dunkelheit aktiv sind. Die meisten Zapfen befinden sich im gelben Fleck (Makula), dem Bereich des schärfsten Sehens.
Vom Auge zum Gehirn: Die Sehbahn
Die Umwandlung eines Bildes auf der Netzhaut in elektrische Nervensignale ist nur der Anfang des Sehens. Die Nervensignale aus den Zapfen und Stäbchen werden über den Sehnerv ins Gehirn weitergeleitet. Der Sehnerv besteht aus rund einer Million Axonen der Ganglienzellen der Netzhaut.
Die Sehnervenkreuzung (Chiasma opticum)
Die Sehnerven beider Augen treffen sich am Chiasma opticum, wo sich etwa die Hälfte der Fasern beider Nervenstränge kreuzt. Dadurch werden Signale aus dem linken Auge auch in der rechten Hirnhälfte verarbeitet und umgekehrt.
Der Sehtrakt und der visuelle Cortex
Jenseits der Kreuzung werden die Sehnerven als Sehtrakt (Tractus opticus) bezeichnet. Die meisten Nervenfasern ziehen über den seitlichen Kniehöcker (Corpus geniculatum laterale) in den visuellen Cortex, ein Bereich im Hinterkopf, der für die Verarbeitung visueller Informationen zuständig ist. Ein kleiner Teil der Fasern gibt Input an das Prätektum, das für die Steuerung der "inneren Uhr" und des Pupillenreflexes verantwortlich ist.
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Der seitliche Kniehöcker besteht aus sechs Schichten, die jeweils bestimmte Nervenfasern aufnehmen. Die magnozellulären Schichten (Schicht 1 und 2) mit größeren Zellkörpern reagieren vor allem auf Bewegungen, während die parvozellulären Schichten (Schicht 3 bis 6) aus kleineren Nervenzellen bestehen und Input für die Verarbeitung von Form und Farbe liefern.
Retinotopie: Eine Landkarte des Gesehenen
Der Ausdruck Sehstrahlung verweist auf die retinotopische Organisation des visuellen Cortex: Bestimmte Netzhautbezirke senden Signale nur an bestimmte Regionen des visuellen Cortex. Auf diese Weise wird eine Art Landkarte des Gesehenen übermittelt, wobei die Fovea, der Ort des schärfsten Sehens, überproportional betont wird.
Die Analyse im visuellen Cortex: Ein komplexer Prozess
In der Sehrinde beginnt die eigentliche Analyse der visuellen Informationen. Dieser Prozess ist erstaunlich schnell: Von der Codierung des Bildes in der Netzhaut bis zu den ersten messbaren Impulsen in der primären Sehrinde vergehen kaum 100 Millisekunden.
Neuronale Netzwerke und Säulensysteme
Die Neuronen im visuellen Cortex sind in funktionale Netzwerke oder Säulensysteme organisiert, die auf bestimmte Aspekte der Bildanalyse spezialisiert sind. Diese Netzwerke reagieren selektiv auf Reize verschiedener Wellenlänge und Farbe und können Objektkategorien wie Hände oder Gesichter erkennen.
Die Verarbeitung von Orientierung, Farbe und Form
Hubel und Wiesel entdeckten, dass Neuronen im visuellen Cortex selektiv auf Lichtstreifen einer bestimmten Orientierung reagieren. Sie identifizierten drei Neuronentypen: einfache Zellen, komplexe Zellen und Endinhibierte Zellen.
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Der visuelle Cortex enthält auch sogenannte Blobs, die selektiv auf Reize verschiedener Wellenlänge und Farbe antworten, sowie Interblobs, die an der Verarbeitung von Forminformationen beteiligt sind.
Der ventrale und dorsale Pfad: "Was" und "Wo"
Es gibt zwei Hauptverarbeitungsströme im visuellen Cortex: den ventralen Pfad ("Was-Pfad"), der für das Erkennen von Objekten zuständig ist, und den dorsalen Pfad ("Wo-Pfad"), der die Steuerung von Handlungen beeinflusst.
Visuelle Wahrnehmung: Mehr als nur ein Abbild der Realität
Die "Wirklichkeit", die unsere Augen abbilden, ist das Ergebnis eines höchst komplizierten Verarbeitungsprozesses. Das Bild der Welt, so wie es auf einem Foto zu sehen ist, existiert nur bis auf die Netzhaut. Danach geht es in ein Feuerwerk von elektrischen Impulsen über, die vom Gehirn verarbeitet werden.
Die Rolle des Gehirns bei der visuellen Wahrnehmung
Das Gehirn dreht das auf der Netzhaut erzeugte, verkleinerte und auf dem Kopf stehende Abbild wieder um, sodass wir unsere Umgebung "richtig herum" sehen können. Es führt die Einzelbilder beider Augen zu einer einzigen Wahrnehmung zusammen, sodass wir räumlich sehen können.
Aufmerksamkeit und visuelles Kurzzeitgedächtnis
Unsere Aufmerksamkeit ist eine begrenzte Ressource, die auf bestimmte Bereiche unserer Umgebung gerichtet werden muss. Das visuelle Kurzzeitgedächtnis ermöglicht es uns, visuelle Informationen für kurze Zeit zu speichern und Lücken in unserer Wahrnehmung mit schon gespeicherten Inhalten aufzufüllen.
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