Das menschliche Auge: Aufbau, Funktion und Sehfehler

Das menschliche Auge: Aufbau und Funktion

Das menschliche Sehorgan ist ein optisches System, das Bilder von Objekten auf einem „Schirm“, der Netzhaut, erzeugt. Die Bilder entstehen real und invertiert auf der Netzhaut, dem lichtempfindlichen Bereich im Inneren des Auges. Das Auge hat eine annähernd kugelförmige Gestalt mit einem Durchmesser von etwa 25 mm.

Die Hauptteile des Auges

Das Auge wird von außen durch die Lederhaut begrenzt, eine weiße, undurchsichtige und widerstandsfähige Membran. Im vorderen Bereich wölbt sie sich stärker und wird transparent: Dies ist die Hornhaut. Eine zweite Schicht, die Aderhaut, kleidet das Innere des Auges mit Ausnahme der Hornhaut aus. Die Rolle der Aderhaut ist es, einen Teil des Lichts zu absorbieren, das in das Auge gelangt.

Dahinter befindet sich eine durchsichtige Flüssigkeit, das Kammerwasser, eine wässrige Natriumchloridlösung mit einem Brechungsindex von n = 1,34. Das Kammerwasser wird durch die Linse konvex gehalten. Die Linse ist ein elastischer, transparenter und gallertartiger Körper, der sich wie eine Sammellinse verhält und einen variablen Brechungsindex aufweist (von 1,38 in der Peripherie bis 1,4 in ihrem Kern). Die Linse ist an ihren Enden über die Ziliarmuskeln am Augapfel befestigt. Je nach Druck kann die Linse mehr oder weniger konvex werden, wodurch sich ihr Krümmungsradius und letztlich ihre Brechkraft ändern. Die Linse ist eine Sammellinse mit variabler Brennweite.

Dahinter, den größten Teil des Augapfels ausfüllend, befindet sich der Glaskörper, eine gallertartige, transparente Flüssigkeit mit einem Brechungsindex (n = 1,34), der fast dem des Kammerwassers gleicht.

Lichtwahrnehmung und Netzhaut

Das Licht gelangt durch die Pupille in das Auge, eine Öffnung mit variablem Durchmesser in der Mitte der Iris, die dem Auge seine Farbe verleiht. Die Pupille reguliert den Lichteinfall; sie ist eine Membran, die je nach Lichtintensität mehr oder weniger Licht durchlässt. Der Grund, warum die Pupille schwarz erscheint, ist, dass die einfallenden Lichtstrahlen im Inneren des Auges absorbiert und nicht reflektiert werden. Allerdings ist die Pupille nur eine Öffnung, durch die man die Netzhaut sehen kann, die bei Blitzlichtaufnahmen rot erscheinen kann.

An der Unterseite des Augapfels, unter der Aderhaut, befindet sich die Netzhaut. Sie wird durch eine Ansammlung lichtempfindlicher Nervenzellen gebildet und ist eine sehr dünne Schicht von etwa 0,5 mm Dicke, bestehend aus etwa 125 Millionen Rezeptorzellen, bekannt als Stäbchen und Zapfen. In der Netzhaut gibt es eine leichte Vertiefung, den sogenannten Gelben Fleck oder Makula (auch Fovea genannt), der etwa 0,25 mm im Durchmesser misst. Dieser Bereich ist der empfindlichste und weist die größte Konzentration von Zapfen auf.

Wenn man einen Punkt fixiert, richtet sich das Auge so aus, dass sich das Bild (real und invertiert) auf der Netzhaut bildet. Die Empfindlichkeit der Netzhaut nimmt mit der Entfernung vom Gelben Fleck ab. Der Bereich, durch den der Sehnerv das Auge verlässt, ist nicht lichtempfindlich, da er keine Zapfen oder Stäbchen enthält (der sogenannte Blinde Fleck). Die Fortsätze einiger dieser Zellen vereinigen sich zum Sehnerv, der die Verbindung zwischen der Netzhaut und dem Gehirn herstellt.

Myopie (Kurzsichtigkeit)

Myopie (Kurzsichtigkeit) ist ein Überschuss der Konvergenz des optischen Systems des Auges, sodass der Brennpunkt des Bildes im Ruhezustand (ohne Ziliarmuskelaktivität) zwischen der Linse und der Netzhaut liegt. Die Ursache der Kurzsichtigkeit kann ein Überschuss an Konvergenz der Linse, der Hornhaut oder beider sein. Eine andere Ursache ist ein zu großer axialer Durchmesser des Auges, bei dem die Netzhaut weiter entfernt ist als normal, obwohl die Konvergenz normal ist.

Objekte in der Unendlichkeit bilden ihr Bild vor der Netzhaut und erscheinen unscharf. Die Ziliarmuskeln können die Konvergenz der Linse nicht weiter reduzieren. Wenn sich das Objekt nähert, bewegt sich das Bild vom Brennpunkt weg und näher an die Netzhaut heran. Wenn sich das Objekt an einem Punkt befindet, der als Fernpunkt bezeichnet wird, wird das Bild scharf auf der Netzhaut abgebildet. Nähert sich das Objekt von diesem Punkt aus, ist der Akkommodationsprozess des kurzsichtigen Auges identisch mit dem eines normalen Auges. Der Nahpunkt des kurzsichtigen Auges liegt näher als normal.

Das kurzsichtige Auge sieht Objekte, die sich von der Unendlichkeit bis zum Fernpunkt befinden, nicht scharf. Am Fernpunkt ist keine Akkommodation erforderlich. Der Nahpunkt liegt bei maximaler Akkommodation. Das kurzsichtige Auge benötigt Zerstreuungslinsen, um eine normale Sehschärfe zu erreichen. Der Brennpunkt der Zerstreuungslinse zur Korrektur der Kurzsichtigkeit sollte am Fernpunkt des Auges liegen. Auf diese Weise erreichen unendliche Lichtstrahlen das Auge so, als kämen sie vom Fernpunkt, und bilden das Bild ohne Akkommodation auf der Netzhaut.

Ein kurzsichtiges Auge ist etwas größer als ein normales Auge, sodass das Bild eines entfernten Objekts direkt vor der Netzhaut liegt. Dieser Sehfehler kann mit einer Zerstreuungslinse korrigiert werden. Das kurzsichtige Auge sieht in der Nähe gut, aber in der Ferne schlecht.

Hyperopie (Weitsichtigkeit)

Hyperopie (Weitsichtigkeit) ist ein Mangel an Konvergenz des optischen Systems des Auges, sodass der Brennpunkt des Bildes im Ruhezustand (ohne Ziliarmuskelaktivität) hinter der Netzhaut liegt. Die Ursachen der Hyperopie sind gegensätzlich zu denen der Myopie.

Objekte in der Unendlichkeit bilden ihre Bilder hinter der Netzhaut. Das Auge muss akkommodieren, um den Fokus auf die Netzhaut zu verschieben und so eine scharfe Sicht auf entfernte Objekte zu ermöglichen. Nähert sich das Objekt, ist der Akkommodationsprozess identisch mit dem eines normalen Auges. Der Fernpunkt des weitsichtigen Auges liegt weiter entfernt als der eines normalen Auges. Der Fernpunkt ist virtuell, d.h., das Auge muss bereits für parallel einfallende Lichtstrahlen akkommodieren, um ein scharfes Bild auf der Netzhaut zu erzeugen.

Das weitsichtige Auge sieht Objekte in der Unendlichkeit mit minimaler Akkommodation scharf. Mit zunehmender Nähe des Objekts steigt die erforderliche Akkommodation bis zum Nahpunkt, der bei maximaler Akkommodation erreicht wird. Das weitsichtige Auge benötigt Sammellinsen, um eine normale Sehschärfe zu erreichen. Der Brennpunkt der Sammellinse sollte am Fernpunkt liegen. Auf diese Weise erreichen unendliche Lichtstrahlen das Auge mit dem korrekten Winkel, um das Bild ohne Akkommodation auf der Netzhaut zu bilden.

Das weitsichtige Auge sieht in der Ferne gut, aber in der Nähe schlecht.