Seminar Perception Referat: Kirsten Schürmann Das Sehen Sommersemester /8

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1 Seminar Perception Referat: Kirsten Schürmann Das Sehen Sommersemester /8 Das Sehen Das Sehen findet nicht allein durch die Augen statt. Bilder erscheinen auf der Netzhaut, werden dort in einzelne Bestandteile zerlegt und anschliessend in eine Sprache umgesetzt, die das Gehirn verstehen kann. Der Prozeß des Sehens beginnt mit der Aufnahme von Umweltreizen, wobei die meisten Informationen über die Umwelt durch Licht und Schall übertragen werden. Diese Informationen bezeichnet man auch als Trägerprozesse. Das für das menschliche Auge sichtbare Licht befindet sich in einem Wellenlängenbereich von etwa nm. Der dioptrische Apparat besteht aus der Cornea, dem Kammerwasser, der Linse und dem Glaskörper. Damit dieses optische System Lichtstrahlen scharf auf der Netzhaut abbilden kann, müssen die Größe des Augapfels und seine Gesamtbrechkraft genau aufeinander abgestimmt sein, schon eine Vergrößerung des Durchmessers von 0,1 mm führt zu einer merklichen Fehlsichtigkeit. Die Aufnahme von Reizen Lichtstrahlen werden von Gegenständen reflektiert, durchdringen die Cornea, wo die Strahlen zum ersten Mal gebrochen werden. Ansschliessend gelangen sie durch das Kammerwasser und der Pupille zur Linse, wo sie ein weiteres Mal gebrochen werden und schliesslich auf dem Kopf stehend auf der Netzhaut (Retina) projiziert werden. In den Netzhäuten befinden sich Photosensoren, die das Licht in elektrische Signale umsetzen. Diese 2-dimensionalen Abbildungen werden in Form, Farbe, Tiefe und Bewegung zerlegt und parallel weiterverarbeitet. Corpus geniculatum laterale Chiasma opticum primäre Sehrinde

2 Das Sehen Sommersemester /8 Aufbau und Funktion des Auges Der Augapfel ist kugelförmig und im Durchmesser ca. 2,2 cm groß. Seine Wand besteht aus drei Schichten. Er liegt in der ihn schützenden Augenhöhle und wird von einem gleitfähigen Fettkörper umgeben. Seine einzelnen Bestandteile sind die Augenhäute, das Kammerwasser, der Glaskörper und die Linse. Drei Schichten bilden die Wand des Augapfels: Die äußere Augenhaut setzt sich aus der vorderen Hornhaut und der hinteren Lederhaut zusammen. Die Hornhaut ist transparent und gefäßfrei. Am inneren Rand mündet sie in die weißliche Lederhaut, die aus Kollagenfasern besteht. Die Lederhaut bestimmt die Form des Augapfels und leistet dem Druck im Augeninneren Widerstand. Die Hornhaut (Cornea) ist vom Blutkreislauf ausgeschlossen und wird durch das Kammerwasser mit Nährstoffen versorgt. Die mittlere Augenhaut besteht aus der Regenbogenhaut, dem Ziliarkörper und der Aderhaut. Nach vorne hin hat sie eine Öffnung: die Pupille. Der gefärbte Teil des Augapfels wird Iris oder Regenbogenhaut genannt. Die Iris reguliert den Lichteinfall, indem sie die Pupille erweitert

3 Das Sehen Sommersemester /8 Schlemm-Kanal Übergang der Bindehaut vom Augapfel auf das Augenlid Übergang lichtempf. Netzhaut zu blindem Teil der Netzhaut Aderhaut Netzhaut Harte Hirnhaut Sehnerv blinder Fleck Pupillenöffnung Hornhaut vordere Augenkammer Regenbogenhaut hintere Augenkammer mit Zonulafasern der Linse Glaskörper gelber Fleck Sehachse des Auges Ziliarmuskel Linse äußerer gerader Augenmuskel Lederhaut oder verengt. Dabei reicht der Öffnungsspielraum von zwei bis zu acht Millimetern Durchmesser. Für Verengung und Erweiterung sind im Bindegewebe gelegene glatte Muskeln verantwortlich. Zwischen der Iris und der Aderhaut liegt der Ziliarkörper, an dessen Fortsätzen die Linse aufgehängt ist. Die innere Augenhaut (Retina), spielt beim Sehvermögen die wichtigste Rolle. Bei einer Fotokamera übernimmt der Film die Funktion, die die Netzhaut beim Auge hat: eine empfindliche Schicht, auf der ein Bild aufgenommen wird, indem das Licht in elektrochemische Impulse unterschiedlicher Frequenz übersetzt wird. Die Netzhaut (Retina) Die Retina besteht entwicklungsgeschichtlich gesehen aus Hirnteilen, die sich in das Auge verlagerten, daher befinden sich die Rezeptoren auf der Hinterseite der Netzhaut statt davor. Nervenfasern Licht Ganglienzellen Die Netzhaut besteht aus drei Schichten: Photorezeptoren mit Stäbchen und Zapfen, den bipolaren Ganglienzellen und den multipolaren Ganglienzellen. 127 Millionen Zellen bilden die Netzhaut. 120 Millionen dieser Zellen sind sogenannte Stäbchen, die anderen 7 Millionen werden Zapfen genannt. Bipolarzellen Die lichtempfindlichen Stäbchen können nur hell und dunkel unterscheiden, aber keine Farben. Die Aufgabe des Farbenund Formenerkennens übernehmen die Zapfen, die mehr Licht als die Stäbchen benötigen und deshalb optimal bei Tageshelligkeit arbeiten. Die Zapfen erkennen" die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau und sind damit in der Lage, ebenfalls die Mischungen aus diesen Farben zu definieren - also beispielsweise Gelb aus Rot und Grün, indem gleichzeitig Zapfen für Rot und Stäbchen Zapfen Grün aktiviert werden. Unter optimalen Bedingungen kann der Mensch zehn Millionen verschiedener Farbtöne unterscheiden. Umgekehrt beruht Farbenblindheit auf einem Defekt jenes Gens, das für die Entschlüsselung der Farbpigmente zuständig ist.

4 Das Sehen Sommersemester /8 Die Linse Während die Cornea (Hornhaut) vorwiegend der Scharfeinstellung dient, besteht die Aufgabe der Linse in der Einstellung auf verschiedene Entfernungen. Die Linse ist aus dünnen Schichten aufgebaut und an einer Membran, der Zonula, aufgehängt, deren Fasern die Linse unter Spannung halten. Für das Nahsehen (Akkommodation) vermindert sich die Spannung der Zonulafasern während sich der Ziliarmuskel anspannt. Der Krümmungsradius der Linse verringert sich und die Brechkraft der Linse und des gesamten optischen Systems wird erhöht. Die Linse wird konvexer, d.h. sie rundet sich stärker ab. Bei der Fernakkommodation (Desakkommodation) entspannt sich der Ziliarmuskel völlig. Die Linse entsteht bereits in der embryonalen Entwicklung und beginnt auch direkt zu altern. Sie wird vom Zentrum aus aufgebaut und neue Zellen zeitlebens aussen angelagert, was diese kontinuierlich wachsen läßt. Je weiter das Zentrum von der Sauerstoff- und Nährstoffzufuhr entfernt wird, desto eher sterben die Zellen ab und die Linse verliert an Elastizität. Die Akkommodation wird schwieriger und ab einem Alter von ca. 40 Jahren das Tragen einer Brille immer wahrscheinlicher. kontrahierter Ziliarmuskel Ansicht von hinten: entspannte (kugelige) Linse gespannte (flache) Linse Zonulafasern verkleinerter Ziliarmuskelring nah N fern Die Iris (Regenbogenhaut) Die Iris ist pigmentiert und die Augenfarbe richet sich nach der Stärke der Pigmentierung. Die Farbe der Iris hat jedoch für die Funktion des Auges keine Bedeutung, solange sie lichtundurchlässig genug ist, um als Blende für die Linse zu arbeiten. Augen ohne Pigment (Albinismus) funktionieren aus diesen und anderen Gründen nur höchst mangehaft. Bei blauen Augen liegt eine geringere Pigementierung als bei braunen Augen vor. Die Iris umgibt ein zentrales schwarzes Loch, die Pupille. Allerdings erscheint sie uns nur schwarz. Man kann durch einen Augenspiegel (Ophtalmoskop) durch sie hindurch das innere des Auges, die rötliche Retina mit ihren Blutgefäßen sehen. Akkommodation) Alter (Jahre)

5 Das Sehen Sommersemester /8 Augenmuskel Vier gerade und zwei schräge Augenmuskeln machen den Augapfel beweglich. Die Muskeln arbeiten paarig: Jeweils einer balanciert den Zug des anderen aus. Der obere und der untere Augenmuskel ermöglichen die Augenbewegung in die entsprechenden Richtungen, während der innere und äußere Augenmuskel für die Seitwärtsbewegung der Augen zuständig sind. Die beiden schrägen Muskeln ermöglichen das Rotieren des Augapfels. Augenbewegungen Die Augen sind in stetiger Bewegung und bewegen sich dabei auf verschiedene Weise. Bei der Objektsuche blicken sie hin- und her und machen dabei kleine ruckartige Bewegungen. Diese bezeichnet man als saccades, als sakkadierende Bewegungen. Anders verläuft die Augenbewegung beim Verfolgen eines Objektes. Hier liegt eine gleichmäßige Bewegung vor. Neben diesen beiden Bewegungsabläufen kommt es weiterhin zu einem ununterbrochenem schwachen hochfrequenten Muskelzittern. Alfred Yarbus, ein russischer Psychologe, hat sakkadierende Augenbewegungen bereits 1967 aufgezeichnet. Diese Aufzeichnungen geben Aufschluß über die optischen Informationen, die das Gehirn für nötig hält. Die Auswahl richtet sich nach der jeweiligen Aufgabe und nach dem, was es gerade sieht. James Grimes führte Untersuchungen von Augenbewegungen beim Lesen und Bildbetrachten durch. Versuchspersonen wurden Bildpaare mit geringen bis größeren Unterschieden vorgelegt. Wenn nach einer Sakkade die Bilder ausgetauscht wurden, blieben die Unterschiede weitestgehend unbemerkt. Bei jedem Fixierungsprozeß wird weit weniger registriert als angenommen.

6 Das Sehen Sommersemester /8 Disparation und Tiefenwahrnehmung Beim Gesichtssinn werden Entfernung und Tiefe durch die Zusammenarbeit beider Augen ermöglicht. Obwohl die Oberflächen der Netzhäute gekrümmt sind, werden diese als zweidimensional aufgefaßt. Unser visuelles System läßt uns trotzdem Objekte im Raum als dreidimensional erfahren (räumliche oder stereoskopische Wahrnehmung). Der Abstand zwischen unseren Augen beträgt ca. 6,5 cm. Betrachtet man einen nicht weit entfernten Gegenstand abwechselnd mit jeweils nur einem Auge (monokular), dann scheint sich das Objekt seitwärts zu verschieben und ein wenig zu drehen. Der enstandene Unterschied zwischen den Bildern auf beiden Netzhäuten wird als Disparation bezeichnet. Zweiäugiges (binokulares) stereoskopisches Sehen ermöglicht unsere Tiefenwahrnehmung. Allerdings funktioniert es nur auf diese Weise bis zu einer Distanz von ca. 100 Metern. Bei einer weiteren Entfernung sehen wir praktisch einäugig, wobei die Einschätzung der Größe und Entfernung von Objekten durch andere Faktoren beeinflußt wird. Um Entfernung und Lage von Objekten zu ermitteln konvergieren unsere Augen, d.h. die Bilder naher und ferner Objekte werden auf die Sehgruben konzentriert. Dabei entsteht ein Konvergenzwinkel, der als Entfernungsmesser dient. Allerdings können sich unsere Augen immer nur auf ein Objekt konzentrieren. In der Sehrinde des Gehirns gibt es spezielle binokulare Zellen, die auf Bilder bestimmter Netzhautpunkte angesprochen werden bzw. mit diesen korrespondieren. Lidschlag Es gibt verschiedene Auslöser für einen Lidschlag. Der normale Lidschlag wird nicht durch eine trockene Hornhaut ausgelöst. Eine Hornhautreizung oder ein plötzlicher Wechsel in der Beleuchtung kann zwar einen Lidschlag auslösen, der normale (regelmäßige) Lidschlag wird jedoch nicht von äußeren Reizen gesteuert, sondern durch Signale vom Gehirn ausgelöst. Stress und zu erwartende schwierige Aufgaben lassen die Häufigkeit der Lidschläge zunehmen, bei anhaltender geistiger Anspannung fällt sie unter den Durchschnitt. Anhand der Lidschlaghäufigkeit lassen sich Konzentration und Aufmerksamkeit bei Aufgaben verschiedener Typen und Schwierigkeitsgrade erkennen. Ein Dauerzustand von hoher Konzentration, bei dem die Lidschlaghäufigkeit sehr gering ist, kann zu Hornhautschäden führen.

7 Das Sehen Sommersemester /8 Optische Fehler Es gibt verschiedene optische Abbildungsfehler, die zu einer unscharfen Abbildung führen. Diese biologischen Unzulänglichkeiten können jedoch durch physiologische Korrekturmechanismen korrigiert werden. So werden Randstrahlen, die an den Seiten der Linse stärker als in der Nähe der optischen Achse gebrochen werden von der Pupille ausgeblendet. Kurzwelliges Licht wird stärker gebrochen als langwelliges (chromatische Aberration). Eine physiologische Korrektur erfolgt hier durch die geringe Blauempfindlichkeit besonders im Bereich des schärfsten Sehens. Trübungen im Glaskörper und eine Beugung an den Rändern der Pupille beeinträchtigen die Qualität der Abbildung. Laterale Hemmungsmechanismen bei der zentralen Weiterverarbeitung sorgen für eine neuronale Verschärfung der verschwommenen optischen Abbildung. Wie bereits erwähnt bedarf es nur einer kleinen Unstimmigkeit in unserem visuellen System, um eine Fehlsichtigkeit zu verursachen (z.b. die Größe des Augapfels). Myopie Hypermetropie Astigmatismus - dpt + dpt + dpt 0 dpt Die Kurzsichtigkeit (Myopie): Der Augapfel ist relativ zur Brechkraft des Auges zu lang. Beim Blick in die Ferne entsteht das Bild vor der Netzhaut, weit entfernte Objekte werden immer unscharf gesehen. In der Nähe kann der Kurzsichtige auch ohne Brille scharf sehen. Zerstreuungslinsen helfen das Bild auf der Netzhaut zu fokussieren. Die Weitsichtigkeit (Hypermetropie): Der Augapfel ist hier relativ zu kurz. Eine scharfe Abbildung könnte erst hinter der Netzhaut stattfinden. Dieser Fehler kann durch eine Sammellinse korrigiert werden. Beim Blick in die Ferne kann der Weitsichtige durch Nahakkommodation auch ohne Brille die Fehlsichtigkeit kompensieren. Im Nahbereich sieht er allerdings unscharf. Astigmatismus Von Astigmatismus spricht man, wenn eine ungleiche Brechkraft des dioptrischen Apparates in unterschiedlichen Ebenen besteht. Strahlen werden z.b. mehr in der vertikalen als in der horizontalen Ebene gebrochen. Dies ist beim A. der am häufigsten vorkommende Fall. Treten durch Krümmungsanomalien der Hornhaut höhere Werte als 0,5 dpt auf, so muß der A. mit Zylinderlinsen korrigiert werden.

8 Das Sehen Sommersemester /8 Quellen: Neuro- und Sinnesphysiologie, Schmidt/Schaible, 4. Auflage, ISBN Auge und Gehirn - Psychologie des Sehens, Richard L. Gregory, ISBN Der Gesundheitsbrokkhaus: Kursbuch Mensch Internet: siehe Links innerhalb des Themas.

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