Bilderzeugung
Der optische Apparat - bestehend aus Hornhaut, vorderer Augenkammer und Linse - sammelt und bricht die auf das Auge treffenden Lichtstrahlen. Dabei entsteht auf der Netzhaut ein verkleinertes, umgekehrtes Abbild der im Blickfeld liegenden Umgebung.
Nahe und ferne Objekte
Bewegt sich ein Objekt in Richtung Linse, dann entfernt sich das Abbild von der Linse. Um einen Gegenstand in der Nähe auf der selben Bildebene scharf abzubilden wie einen fernen Gegenstand, braucht man eine stärkere Sammellinse.
Um jedoch stets ein scharfes Abbild für verschiedene Entfernungen zu erhalten, ist eine Entfernungseinstellung notwendig. Daher muss das Auge scharfstellen, "akkommodieren".
Eine solche Einstellung des Brennpunkts geschieht durch eine Formveränderung der Linse. Die ist ringförmig umgeben vom Ciliarmuskel. Die Verbindung zwischen Linsenrand und dem Ringmuskel bilden feine Fasern, die Linsenbänder (Zonalufasern). Sie ziehen in Ruhestellung des Ciliarmuskels an der Linse und flachen diese dadurch ab. Dies ist die Ferneinstellung des Auges, das bedeutet, entfernt liegende Objekte werden in dieser Entfernung scharf abgebildet.
Betrachtet man nahe liegende Objekte, zieht sich der Ciliarmuskel zusammen. Dadurch erschlaffen die Linsenbänder und die Linse nimmt aufgrund ihrer natürlichen Elastizität eine kugelige Form an. Die stärkere Wölbung der Linse erhöht ihre Brechkraft. Dadurch wird ein nah liegendes Objekt auf der Retina scharf abgebildet.
Innerhalb der Grenzen dieser Formveränderung schwankt die Brechkraft der Linse. Die Brechkraft der menschlichen Hornhaut dagegen ist konstant und beträgt 43 Dioptrien.
Farbensehen und Helligkeiten unterscheiden können
In der Retina des menschlichen Auges befinden sich zwei grundsätzlich verschiedene Rezeptortypen: die Stäbchen und die Zapfen. Der Mensch besitzt etwa 120 Millionen Stäbchen in der Retina, von den Zapfen dagegen "nur" gut sechs Millionen. Ihr Verhältnis ist damit etwa 18 zu 1. (Signalumwandlung)
Stäbchen sind lichtempfindlicher als die Zapfen, dafür können sie keine Farben unterscheiden. Stäbchen "sehen" also nur Schwarz-Weiß oder genauer gesagt in Sepia- bzw. Grautönen. Aufgrund ihrer Lichtempfindlichkeit ermöglichen sie uns das Sehen in der Dämmerung und nachts.
Zapfen dagegen benötigen höhere Lichtintensitäten, im Dunkeln sind sie unbrauchbar. Dafür können sie bei ausreichender Lichtintensität Farben unterscheiden. Die Randbereiche der Retina enthalten fast nur Stäbchen, in der Fovea centralis dagegen gibt es nur Zapfen. In den übrigen Bereichen liegen die beiden Typen gemischt vor.
Signalumwandlung
Der Aufbau der Netzhaut
Die Netzhaut (Retina) besteht aus mehreren Schichten. In der Retina finden sich Lichtsinneszellen und Nervenzellen.
Im Gegensatz zur naheliegenden Vermutung sind die lichtempfindlichen Zellen nicht dem Licht zugewandt. Das Licht muss erst andere Zellschichten durchdringen, bevor es die Lichtsinneszellen, die Zapfen und Stäbchen, erreicht.
Die Zapfen ermöglichen das Farbensehen. Die Stäbchen sind lichtempfindlicher, sie sind für das Helldunkel- und Kontrastsehen verantwortlich. Die Anzahl der Zapfen und Stäbchen pro Fläche ist entscheidend für das Sehvermögen.
Lichtsinneszellen und Sehnervzellen
Die lichtempfindlichen Zellen absorbieren das auftreffende Licht. Dazu enthalten sie ein Pigment als den eigentlichen Lichtrezeptor. Bei den Stäbchen ist dieser lichtempfindliche Farbstoff das Rhodopsin, auch Sehpurpur genannt. Die Sehfarbstoffe sind im Inneren der Sehzellen in Membranen eingelagert, die zu dicht gepackten Stapeln gefaltet sind. Durch die Stapelung erhöht sich die Lichtempfindlichkeit der Stäbchen.
Das Rhodopsin besteht aus zwei Komponenten, dem lichtabsorbierenden Pigmentmolekül Retinal und dem Membranprotein Opsin.
Wird Licht vom Retinal absorbiert, kommt es zu einer komplizierten Reaktionskette. Das Resultat dieser chemischen Reaktion ist ein elektrisches Signal, das an die nachgeschalteten bipolaren Zellen weitergeleitet wird. Diese Reaktionskette wird als Sehkaskade oder - präziser - Signaltransduktionskaskade bezeichnet.
Die bipolaren Zellen ihrerseits stehen in Kontakt mit den Sehnervenzellen (Ganglien).
Die Sehnervenzellen verbinden sich über lange, faserartige Fortsätze (Axone) zum Sehnerv. Der Sehnerv übermittelt die vielfältigen Einzelsignale an das Gehirn. Im Gehirn entsteht aus Millionen von Signalen unser subjektiver Bildeindruck.
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