Anatomie des visuellen Systems

Das Auge ist das wichtigste Sinnesorgan beim Sehen (Abbildung 1). Die Lichtwellen werden über die Hornhaut übertragen und treten durch die Pupille in das Auge ein. Die Hornhaut ist die durchsichtige Abdeckung des Auges. Sie dient als Barriere zwischen dem Augeninneren und der Außenwelt und ist an der Fokussierung der in das Auge eintretenden Lichtwellen beteiligt. Die Pupille ist die kleine Öffnung im Auge, durch die das Licht eindringt, und die Größe der Pupille kann sich in Abhängigkeit von der Helligkeit und der emotionalen Erregung verändern. Bei schwachem Licht wird die Pupille erweitert, um mehr Licht in das Auge zu lassen. Bei starkem Licht verengt sich die Pupille, um den Lichteinfall in das Auge zu verringern. Die Größe der Pupille wird durch Muskeln gesteuert, die mit der Iris, dem farbigen Teil des Auges, verbunden sind.

Abbildung 1. Die Anatomie des Auges ist in diesem Diagramm dargestellt.

Nach dem Passieren der Pupille durchquert das Licht die Linse, eine gebogene, transparente Struktur, die der zusätzlichen Fokussierung dient. Die Linse ist an Muskeln befestigt, die ihre Form verändern können, um die Fokussierung von Licht zu unterstützen, das von nahen oder fernen Objekten reflektiert wird. Bei einem normalsichtigen Menschen fokussiert die Linse die Bilder perfekt auf eine kleine Vertiefung im hinteren Teil des Auges, die so genannte Fovea, die Teil der Netzhaut ist, der lichtempfindlichen Schicht des Auges. Die Fovea enthält dicht gepackte spezialisierte Fotorezeptorzellen (Abbildung 2). Diese als Zapfen bezeichneten Fotorezeptorzellen sind Licht detektierende Zellen. Die Zapfen sind spezialisierte Fotorezeptoren, die am besten bei hellem Licht funktionieren. Zapfen sind sehr empfindlich für scharfe Details und bieten eine enorme räumliche Auflösung. Sie sind auch direkt an unserer Fähigkeit beteiligt, Farben wahrzunehmen.

Während die Zapfen in der Fovea konzentriert sind, wo die Bilder in der Regel fokussiert werden, befinden sich die Stäbchen, eine andere Art von Photorezeptoren, im Rest der Netzhaut. Die Stäbchen sind spezialisierte Photorezeptoren, die auch bei schwachem Licht gut funktionieren. Obwohl ihnen die räumliche Auflösung und die Farbfunktion der Zapfen fehlt, sind sie an unserem Sehen in schwach beleuchteten Umgebungen sowie an der Wahrnehmung von Bewegungen am Rande des Gesichtsfeldes beteiligt.

Abbildung 2. In dieser Abbildung sind die beiden Arten von Photorezeptoren dargestellt. Die Zapfen sind grün und die Stäbchen blau gefärbt.

Wir alle haben die unterschiedliche Empfindlichkeit von Stäbchen und Zapfen beim Übergang von einer hell beleuchteten Umgebung zu einer schwach beleuchteten Umgebung erlebt. Stellen Sie sich vor, Sie gehen an einem klaren Sommertag in einen Blockbuster-Film. Wenn Sie vom hell erleuchteten Foyer in den dunklen Kinosaal gehen, stellen Sie fest, dass Sie sofort Schwierigkeiten haben, etwas zu sehen. Nach ein paar Minuten haben Sie sich an die Dunkelheit gewöhnt und können das Innere des Kinos sehen. In der hellen Umgebung wurde Ihr Sehvermögen hauptsächlich von der Aktivität der Zapfen dominiert. Beim Übergang in die dunkle Umgebung dominiert die Stäbchenaktivität, aber der Übergang zwischen den Phasen erfolgt mit einer Verzögerung. Wenn Ihre Stäbchen das Licht nicht so einfach und effizient in Nervenimpulse umwandeln, wie sie sollten, haben Sie Schwierigkeiten, bei schwachem Licht zu sehen, was als Nachtblindheit bekannt ist.

Stäbchen und Zapfen sind (über verschiedene Interneuronen) mit den retinalen Ganglienzellen verbunden. Die Axone der retinalen Ganglienzellen laufen zusammen und treten am hinteren Teil des Auges aus, um den Sehnerv zu bilden. Der Sehnerv leitet die visuellen Informationen von der Netzhaut zum Gehirn weiter. Es gibt einen Punkt im Gesichtsfeld, der als blinder Fleck bezeichnet wird: Selbst wenn das Licht eines kleinen Objekts auf den blinden Fleck fokussiert wird, sehen wir es nicht. Wir sind uns unserer blinden Flecken aus zwei Gründen nicht bewusst: Erstens hat jedes Auge einen etwas anderen Blick auf das Gesichtsfeld; daher überschneiden sich die blinden Flecken nicht. Zweitens füllt unser visuelles System den blinden Fleck aus, so dass wir zwar nicht auf visuelle Informationen reagieren können, die in diesem Teil des Gesichtsfeldes auftreten, uns aber auch nicht bewusst sind, dass Informationen fehlen.

Der Sehnerv jedes Auges mündet knapp unterhalb des Gehirns an einem Punkt, der als Sehnervenchias bezeichnet wird. Wie Abbildung 3 zeigt, ist das Chiasma opticum eine X-förmige Struktur, die sich direkt unter der Großhirnrinde an der Vorderseite des Gehirns befindet. An der Stelle des Chiasma opticum werden Informationen aus dem rechten Gesichtsfeld (die von beiden Augen stammen) an die linke Seite des Gehirns und Informationen aus dem linken Gesichtsfeld an die rechte Seite des Gehirns gesendet.

Abbildung 3. Diese Abbildung zeigt das Chiasma opticum an der Vorderseite des Gehirns und die Bahnen zum Okzipitallappen im hinteren Teil des Gehirns, wo visuelle Empfindungen zu sinnvollen Wahrnehmungen verarbeitet werden.

Sobald die visuellen Informationen im Gehirn angekommen sind, werden sie über eine Reihe von Strukturen zum Okzipitallappen im hinteren Teil des Gehirns zur Verarbeitung weitergeleitet. Visuelle Informationen können in parallelen Bahnen verarbeitet werden, die allgemein als „Was-Bahn“ (die ventrale Bahn) und als „Wo/Wie-Bahn“ (die dorsale Bahn) bezeichnet werden können. Der „Was-Weg“ ist an der Objekterkennung und -identifizierung beteiligt, während der „Wo/Wie-Weg“ mit der Position im Raum und der Art und Weise, wie man mit einem bestimmten visuellen Reiz interagiert, zu tun hat (Milner & Goodale, 2008; Ungerleider & Haxby, 1994). Wenn man zum Beispiel einen Ball die Straße hinunterrollen sieht, identifiziert der „Was-Pfad“, was das Objekt ist, und der „Wo/Wie-Pfad“ identifiziert seine Position oder Bewegung im Raum.