Die photorezeptiven Zellen des Auges, in denen die Umwandlung von Licht in Nervenimpulse stattfindet, befinden sich in der Netzhaut (in Abbildung 1 dargestellt) auf der inneren Oberfläche des Augenhintergrunds. Das Licht trifft jedoch nicht unverändert auf die Netzhaut. Es durchläuft andere Schichten, die es verarbeiten, damit es von der Netzhaut interpretiert werden kann (Abbildung 1b). Die Hornhaut, die vordere transparente Schicht des Auges, und die Linse, eine transparente konvexe Struktur hinter der Hornhaut, brechen (beugen) das Licht, um das Bild auf der Netzhaut zu fokussieren. Die Iris, die als farbiger Teil des Auges auffällt, ist ein kreisförmiger Muskelring, der zwischen Linse und Hornhaut liegt und den Lichteinfall in das Auge reguliert. Bei starkem Umgebungslicht zieht sich die Iris zusammen, wodurch sich die Pupille in ihrer Mitte verkleinert. Bei schwachem Licht entspannt sich die Iris und die Pupille vergrößert sich.

Abbildung 1. (a) Das menschliche Auge ist im Querschnitt dargestellt. (b) Eine Vergrößerung zeigt die Schichten der Netzhaut.

Abbildung 2. Stäbchen und Zapfen sind Photorezeptoren in der Netzhaut. Die Stäbchen reagieren auf schwaches Licht und können nur Grautöne erkennen. Die Zapfen reagieren bei starkem Licht und sind für das Farbensehen verantwortlich. (credit: modification of work by Piotr Sliwa)

Die Hauptfunktion der Linse besteht darin, das Licht auf die Netzhaut und die Fovea centralis zu fokussieren. Die Linse ist dynamisch, sie fokussiert das Licht, wenn das Auge auf nahen und fernen Objekten im Gesichtsfeld ruht, und fokussiert es neu. Die Linse wird durch Muskeln betätigt, die sie flach dehnen oder verdicken und so die Brennweite des durch sie einfallenden Lichts verändern, um es scharf auf die Netzhaut zu fokussieren. Mit zunehmendem Alter lässt die Flexibilität der Linse nach, und es entsteht eine Form der Weitsichtigkeit, die Presbyopie genannt wird. Die Alterssichtigkeit entsteht, weil das Bild hinter der Netzhaut fokussiert wird. Die Alterssichtigkeit ähnelt einer anderen Form der Weitsichtigkeit, der Hyperopie, die durch einen zu kurzen Augapfel verursacht wird. Bei beiden Fehlsichtigkeiten sind die Bilder in der Ferne klar, aber die Bilder in der Nähe sind verschwommen. Kurzsichtigkeit (Myopie) tritt auf, wenn der Augapfel zu lang ist und der Brennpunkt des Bildes vor die Netzhaut fällt. In diesem Fall sind die Bilder in der Ferne verschwommen, aber die Bilder in der Nähe sind klar.

Es gibt zwei Arten von Photorezeptoren in der Netzhaut: Stäbchen und Zapfen, die nach ihrem allgemeinen Aussehen benannt sind, wie in Abbildung 2 dargestellt. Stäbchen sind stark lichtempfindlich und befinden sich an den äußeren Rändern der Netzhaut. Sie erkennen schwaches Licht und werden hauptsächlich für das Sehen in der Peripherie und bei Nacht verwendet. Die Zapfen sind schwach lichtempfindlich und befinden sich in der Nähe des Zentrums der Netzhaut. Sie reagieren auf helles Licht und sind in erster Linie für das Farbensehen bei Tag zuständig.

Die Fovea ist der Bereich in der hinteren Mitte des Auges, der für das scharfe Sehen verantwortlich ist. Die Fovea weist eine hohe Dichte an Zapfen auf. Wenn man den Blick auf ein Objekt richtet, um es bei hellem Licht genau zu betrachten, orientieren sich die Augen so, dass das Bild des Objekts auf die Fovea fällt. Betrachtet man jedoch einen Stern am Nachthimmel oder ein anderes Objekt bei schwachem Licht, kann das Objekt besser mit dem peripheren Sehen erfasst werden, da die Stäbchen an den Rändern der Netzhaut besser funktionieren als die Zapfen in der Mitte. Beim Menschen sind die Zapfen in der Fovea weitaus zahlreicher als die Stäbchen.

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