Organe
Wie funktioniert das Auge?
Veröffentlicht am:26.02.2025
9 Minuten Lesedauer
Sehen ist eine zentrale Sinneswahrnehmung und das Auge ein faszinierendes Organ. Damit wir bewusst sehen, laufen unzählige Prozesse zwischen Auge und Gehirn ab. Welche das sind, wie sie funktionieren und wie das Auge aufgebaut ist, lesen Sie hier.
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Das Auge – Wunderwerk des Sehens
Sehen ist für die meisten Menschen eine Selbstverständlichkeit und wir denken selten darüber nach, wie unser Auge funktioniert. Dabei ist nicht allein das Auge für das Sehen verantwortlich, sondern es bedarf zusätzlich des Zusammenspiels mit den Augenmuskeln und einer äußerst komplexen Leistung des Gehirns. Auge und Gehirn sind über die Sehnerven und die Sehbahn in einem komplizierten Verarbeitungs- und Rückkopplungsprozess miteinander verbunden.
Vereinfacht ausgedrückt funktioniert das Sehen wie eine Digitalkamera: Das Auge nimmt Licht auf und bündelt es mit der Hornhaut und der Linse zu einem scharfen Bild auf der Netzhaut. Dieses Bild wird in eine Vielzahl von Nervenimpulsen umgewandelt, die zum Gehirn geleitet und dort verarbeitet werden, um die Sinneswahrnehmung des Sehens erzeugen. Das Auge wandelt ständig Lichtstrahlen in Nervensignale für das Gehirn um, wobei Millionen von Sinneszellen beteiligt sind.
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Das menschliche Auge: Aufbau und Funktion der Komponenten
Wimpern und Augenlider schützen das Auge vor äußeren Einflüssen wie Fremdkörpern. Die Tränendrüsen produzieren Tränenflüssigkeit, die die Hornhaut feucht hält sowie Fremdkörper aus dem Auge schwemmt. Durch den regelmäßigen Lidschlag wird die Flüssigkeit aus den Tränendrüsen gleichmäßig über das Auge verteilt. Dieser Flüssigkeitsfilm verbessert auch die optischen Eigenschaften des Auges.
Vom Augapfel ist nur ein kleiner Teil von außen sichtbar. Der Rest liegt geschützt in der Augenhöhle. Mehrere Muskeln sind mit dem Augapfel verbunden, damit wir ihn bewegen und die Blickrichtung auch ohne Bewegung des Kopfes ändern können.
Lederhaut
Die Lederhaut (Sklera) ist der weiß aussehende Teil des Auges. Sie umschließt den Augapfel. Vorne hat die Lederhaut eine runde Aussparung. Dort befindet sich die durchsichtige Hornhaut.
Bindehaut
Die Bindehaut (Konjunktiva) ist eine dünne Haut, die die Hinterseite der Augenlider mit der Sklera verbindet und damit den Augapfel von der Außenwelt trennt. Die Bindehaut liegt nicht über der Hornhaut.
Hornhaut
Die durchsichtige Hornhaut (Cornea) ist das Fenster des Auges zur Außenwelt. Sie hat auch eine optische Funktion, indem sie das Licht zum ersten Mal bricht, das in das Auge fällt. Hinter der Hornhaut befindet sich die mit Wasser gefüllte vordere Augenkammer.
Regenbogenhaut
Die Regenbogenhaut (Iris) ist der farbige Teil des Auges und bestimmt unsere Augenfarbe. Sie ist rund und hat in der Mitte ein Loch, die Pupille. Die Iris verfügt über Muskeln, die die Größe der Pupille verändern können. Auf diese Weise kontrolliert die Iris, ähnlich wie die Blende bei einer Kamera, wie viel Licht ins Auge fällt: Ist es sehr hell, verengt die Iris die Pupille; ist es dunkel, weitet sie die Pupille, um möglichst viel Licht durchzulassen. Die Iris trennt außerdem die vordere Augenkammer von der hinteren Augenkammer.
Pupille
Die Pupille ist die Öffnung der Regenbogenhaut, durch die das Licht ins Augeninnere fällt. Sie erscheint als schwarzer Kreis innerhalb der Iris und ist je nach Lichtintensität größer oder kleiner.
Linse
Die Linse des Auges befindet sich hinter der Iris. Die Funktion der Augenlinse ähnelt der von Linsen in optischen Geräten wie Kameras oder Lupen. Sie bricht das einfallende Licht, damit dieses als scharfes Bild auf der Netzhaut gebündelt wird. Die Linse ist nicht starr, sondern kann wie eine Zoomlinse ihre Form und damit ihre Brechkraft verändern. Für die Änderung der Brechkraft sind die sogenannten Ziliarmuskeln verantwortlich, die durch Fasern mit der Linse verbunden sind. Diese Muskeln beeinflussen durch An- und Entspannen die Form der Linse: Sie wird flach oder stärker gewölbt, wodurch das einfallende Licht unterschiedlich stark gebrochen wird. Dies ermöglicht entweder das Sehen in die Ferne (flache Linse mit schwacher Brechung des Lichts) oder in der Nähe (gewölbte Linse mit starker Brechung des Lichts). Diesen Vorgang nennt man Akkommodation.
Glaskörper
Hinter der Linse liegt der durchsichtige Glaskörper. Er besteht aus einer gelartigen Substanz und verleiht dem Augapfel seine runde und flexible Form. Der Glaskörper macht den größten Teil des Augapfels aus.
Netzhaut
Die Netzhaut (Retina) kleidet den Augapfel im hinteren Teil von innen aus. Sie ist mit vielen Millionen von Sinneszellen ausgestattet. Diese lichtempfindlichen Zellen wandeln das Licht in Nervenimpulse um. Man unterscheidet zwischen Stäbchen, die nur schwarz-weiß abbilden, aber dafür sehr lichtempfindlich sind, und Zapfen, die für die Farbwahrnehmung zuständig sind. Die Zapfen brauchen viel Licht, um elektrische Impulse zu erzeugen. Deshalb sehen wir, wenn es sehr dunkel ist, nur mit den lichtempfindlichen Stäbchen und eine Farbwahrnehmung ist nicht möglich. Aus diesem Grund sind nachts alle Katzen grau.
Makula
Dort, wo der zentrale Sehstrahl auf die Netzhaut trifft, ist die Netzhaut etwas vertieft. Diese Stelle wird Makula (Macula lutea) oder Gelber Fleck genannt. Hier befinden sich die meisten Zapfen, die sehr dicht angeordnet sind. Durch die Brechung der Linse entsteht genau hier ein scharfes Bild. Deshalb ist dieser kleine Bereich für das Sehvermögen besonders wichtig, vor allem wenn es um Farben und feine Details geht.
Die Stäbchen sind dagegen vermehrt am Rand der Makula angeordnet. Das hat zur Folge, dass wir lichtschwache Objekte, wie beispielsweise einen weit entfernten Stern am Himmel, erst dann sehen, wenn wir ihn nicht direkt anvisieren, sondern etwas daran vorbeischauen.
Unmittelbar um die Austrittsstelle des Sehnervs herum befinden sich übrigens gar keine Lichtsinneszellen. Deshalb wird diese Stelle der Netzhaut als Blinder Fleck bezeichnet.
Aderhaut
Die Aderhaut (Choroidea) bildet die Mittelschicht zwischen der Lederhaut und der Netzhaut im hinteren Teil des Auges. Die Aderhaut ist sehr gut durchblutet und dient vor allem dazu, die Netzhaut mit Nährstoffen zu versorgen.
Sehnerv
Unterhalb der Makula zweigt der Sehnerv (Nervus opticus) von der Netzhaut ab. Der Sehnerv besteht aus den Fortsätzen der sogenannten retinalen Ganglienzellen, die die Signale der lichtempfindlichen Zapfen und Stäbchen in der Netzhaut aufnehmen. Er ist die erste Station für die Nervenimpulse auf ihrem Weg über die Sehbahn zum Gehirn.
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Wie hoch ist die maximale Auflösung des Auges?
In der digitalen Fotografie gibt es einen Wettlauf um die maximale Auflösung, die in Megapixel angegeben wird. Neue Smartphone-Modelle werben beispielsweise mit 48 Megapixeln. Ein Megapixel entspricht einer Million Bildpunkten. Eine Digitalkamera mit 48 Megapixel kann also Bilder mit 48.000.000 Bildpunkten erzeugen.
Das menschliche Auge hat durchschnittlich etwa 6 Millionen Zapfen und 120 Millionen Stäbchen. Jede dieser Lichtsinneszellen erzeugt einen elektronischen Impuls. Hat das menschliche Auge also mehr als 120 Millionen Megapixel? Nein, denn das Auge ist keine Kamera, die Netzhaut ist kein Sensor und die Impulse sind keine Bildpunkte. Mit anderen Worten: Pixel sind kein geeignetes Maß, um die Auflösung unseres Auges zu erfassen.
Die Frage muss also anders angegangen werden: Der Begriff Auflösungsvermögen bezeichnet in der Optik die Unterscheidbarkeit kleinster Objekte; das heißt den Mindestabstand, den zwei punktförmige Objekte haben müssen, um als getrennt wahrgenommen zu werden. Als Maß dient hier der kleinste Winkel, den die beiden Punkte (vom Auge aus gemessen) mindestens haben müssen. Dieser Winkel wird in Bogenminuten angegeben. Das ist sehr kompliziert und für Nichtfachleute eine ungewohnte Maßeinheit. Die Information, dass ein normalsichtiges Auge sein maximales Auflösungsvermögen bei einem Sehwinkel von etwa einer Bogenminute hat, ist daher wenig hilfreich.
Anders ausgedrückt wird es nachvollziehbarer: Bei einem Sehwinkel von einer Bogenminute können zwei Punkte, die einen Millimeter voneinander entfernt sind, aus einer Entfernung von drei Metern noch als getrennt erkannt werden. Auf der Netzhaut sind die Abbildungen dieser beiden Punkte übrigens fünf µm voneinander entfernt (ein µm = ein tausendstel Millimeter). Diese fünf µm entsprechen drei Zapfen auf der Makula. Um zwei einzelne Punkte wahrzunehmen, sind mindestens drei nebeneinander liegende Lichtsinneszellen nötig: eine, die das Licht von jedem der Punkte empfängt, und eine, die den Abstand zwischen den beiden Punkten wiedergibt.
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Erst das Gehirn lässt uns bewusst sehen
Schon der Weg des Bildes von der Hornhaut bis zur Netzhaut ist komplex. Noch komplizierter sind die Prozesse, die im Gehirn ablaufen. Nur durch ein fein abgestimmtes Zusammenspiel des Bildes mit den Nerven, die die Augenmuskeln steuern, können wir beide Augen gleichzeitig und schnell auf denselben Punkt genau ausrichten, ohne Doppelbilder zu haben. Die Helligkeit des Bildes bewirkt über einen der Sehnerven eine Anpassung der Pupillenweite und die Schärfe des Bildes eine Anpassung der Brechung der Augenlinse. Aber auch die Verschaltung der Bilder beider Augen in unseren beiden Gehirnhälften ist ein Wunderwerk. Ein wichtiger Prozess ist dabei auch die Zusammenführung der Einzelbilder beider Augen zu einer einzigen Wahrnehmung, so dass wir räumlich sehen können.
Weitere optische Informationen, die von den Augen zum Gehirn gelangen, betreffen Farbe, Form, Bewegung, Nähe, Ferne und so weiter. All diese Informationen müssen verarbeitet und zusammengeführt werden, und zwar, wie man heute sagt, in Echtzeit. Dazu werden mehrere Bereiche des Gehirns beansprucht, vom Hirnstamm, dem Mittelhirn bis zur Sehrinde (visueller Kortex) am hintersten Pol des Gehirns. Vor allem hier werden die optischen Eindrücke des Auges zu bewussten Wahrnehmungen.
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Augapfel
Ist der Augapfel zu lang, werden die Lichtstrahlen schon vor der Netzhaut gebündelt. Die Folge ist Kurzsichtigkeit (Myopie). Ist der Augapfel zu kurz, liegt der Brennpunkt hinter der Netzhaut. Die Folge ist Weitsichtigkeit (Hyperopie).
Hornhaut
Wenn die Hornhaut des Auges nicht überall gleichmäßig gewölbt ist, kann das Licht nicht richtig gebrochen werden. Bei ungleichmäßiger Wölbung kommt es zu einer Sehschwäche sowohl in der Nähe als auch in der Ferne. Dieses Phänomen heißt Hornhautverkrümmung (Astigmatismus).
Linsen
Wenn sich die Augenlinse mit zunehmendem Alter eintrübt und die Sehkraft beeinträchtigt, spricht man vom Grauen Star. Außerdem werden die Linsen im Laufe des Lebens steifer, verlieren an Elastizität und können sich schlechter wölben. Dadurch ist das Sehen in der Nähe erschwert. Das nennt man Alterssichtigkeit (Presbyopie).
Glaskörper
Im Glaskörper kann es zu Trübungen kommen. Dies ist meist harmlos, aber manchmal entsteht der Eindruck, dass kleine Insekten durchs Sichtfeld schweben: In der Fachsprache heißt das Mouches Volantes („fliegende Mücken“). Schwerwiegende Trübungen des Glaskörpers, die das Sehvermögen beeinträchtigen und behandelt werden müssen, sind selten.
Netzhaut
Mit zunehmendem Alter kann es zu Erkrankungen der Netzhaut kommen, die das Sehen im Bereich der Makula beeinträchtigen. Diese Sehstörung wird als altersbedingte Makuladegeneration bezeichnet. Bei einer Netzhautablösung löst sich die Netzhaut von der Aderhaut und kann dabei einreißen. Dies macht sich durch plötzliche Lichtblitze bemerkbar. Es ist dann notwendig, die Netzhaut wieder an die Aderhaut anzufügen und zu befestigen. Ansonsten kann das Auge erblinden, da die Netzhaut ohne die Aderhaut nicht mehr mit Nährstoffen versorgt wird.
Sehnerv
Das Auge ist mit Kammerwasser gefüllt, das stetig in der hinteren Augenkammer gebildet und über die vordere Augenkammer wieder in die Venen abgeleitet wird. Ist dieses Ableiten (Resorption) des Wassers gestört, erhöht sich der Druck im Auge und kann dann den empfindlichen Sehnerven schädigen. Diese Erkrankung nennt man Grüner Star (Glaukom). Ein Glaukom beeinträchtigt das Gesichtsfeld und das gesamte Sehvermögen und schädigt den Sehnerv.
Tränendrüsen
Eine verminderte Produktion oder eine falsche Zusammensetzung mit verstärkter Verdunstung der Tränenflüssigkeit führt dazu, dass Hornhaut und Bindehaut nicht mehr ausreichend mit Flüssigkeit benetzt werden und sich entzünden. Dies führt zu trockenen Augen, was auch als Sicca-Syndrom bezeichnet wird.
