Arbeitsblatt: Auge Funktionen

Das menschliche Auge und seine Funktion Die Funktion des Auges ist einfach erklärt. Das Organ ermöglicht uns das Sehen – den vermutlich wichtigsten Sinn des Menschen. •Es sorgt dafür, dass wir optische Reize wie Licht und Farben aufnehmen können. •Diese leitet es durch Sinneszellen weiter zu den Nervenzellen. •Durch das Nervensystem gelangen diese Informationen dann blitzschnell ins Gehirn. •In deinem Kopf entsteht dann ein Bild von deiner Umgebung. Wusstest du schon? Die Iris eines Menschen ist individueller als sein Fingerabdruck! Neben der Augenfarbe gibt es noch viele weitere Eigenschaften, die das Auge einzigartig machen. Ein Iris-Scan ist also besser zur Identifikation geeignet als der Fingerabdruck. Die 5 Hautschichten und ihre Funktionen Wie du auf der Skizze erkennst, besitzt das menschliche Auge 5 Hautschichten. Jede davon erfüllt eine wichtige Aufgabe beim AugenAufbau. Die Lederhaut ist die äußerste Hautschicht des Auges. Sie umschließt das Auge fast komplett schützt es damit nach außen. Außerdem sorgt es für eine Stabilität der restlichen Bestandteile. Die Hornhaut befindet sich am von außen sichtbaren Teil des Auges. Auch sie beschützt das Organ vor äußeren Einflüssen. Zudem spielt sie eine wichtige Rolle im Sehprozess. Hier bricht sich nämlich das Licht, das auf das Auge trifft. Die Aderhaut liegt direkt zwischen der Leder- und der Netzhaut. Ihre Funktion ist die Versorgung der unteren Schichten mit Sauerstoff und Nährstoffen. Die Netzhaut (Retina) ist die dünne und empfindliche untere Schicht. Auf ihr sitzen die Sehsinneszellen (Stäbchen und Zäpfchen). Hier wird das ankommende Licht in Nervenimpulse umgewandelt. Diese können dann dann weitergeleitet werden. Brennpunkt trifft Netzhaut Durch die Linse werden die Lichtstrahlen gebündelt und laufen in einem Punkt zusammen: dem Brennpunkt. Damit wir etwas scharf sehen, muss der Brennpunkt die Netzhaut genau treffen. Dafür ändert die elastische Linse automatisch ihre Form: Je nachdem, ob wir in die Nähe oder Ferne schauen, stellt die Linse das Bild scharf. Schließlich treffen die gebündelten Lichtstrahlen auf die Netzhaut des Auges. Dort entsteht das Abbild der Realität, allerdings auf dem Kopf stehend. Ohne dass wir dies bemerken, werden die Bilder in Sekundenbruchteilen im Gehirn gedreht wird, so dass unsere optische Wahrnehmung der Wirklichkeit entspricht. Die Regenbogenhaut kennst du wahrscheinlich besser unter dem Namen Iris. Die farbige Hautschicht funktioniert als eine Art Blende. Sie sorgt dafür, dass nur eine bestimmte Menge Licht durch die Pupille in das Auge dringt. Die Linse im Auge Die Linse im Auge funktioniert ähnlich wie eine Linse im Fotoapparat. Ihre Aufgabe ist es, das wahrgenommene Bild auf der Netzhaut scharfzustellen. Die Linse ist zu beiden Seiten leicht gewölbt. •Ihre Elastizität erlaubt es ihr, die Form flexibel zu verändern. •Dadurch kann sie die Brechung des Lichtes auf das Bild anpassen. •Ist der fixierte Gegenstand beispielsweise näher am Auge, biegt sich die Linse in eine andere Richtung. •Wie bei einer Kamera findet so die Schärfeneinstellung in Abhängigkeit vom fixierten Objekt statt. • Ob nah oder fern – die Linse stellt die Sicht automatisch scharf Beim Sehvorgang passiert das Licht zunächst die Hornhaut und trifft dann auf die Pupille. Die Pupille des Auges funktioniert wie die Blende einer Kamera und reguliert die Lichtmenge, die das Augeninnere erreicht. Ist es dunkel, wird die Pupille groß ist es hell, wird sie ganz klein. Reguliert wird die Größe der Pupille über die farbige Iris oder Regenbogenhaut. Im nächsten Schritt trifft das Licht auf die Linse. Wusstest du schon? Im fortgeschrittenen Alter verliert die Linse ihre Elastizität. Das ist einer der Gründe dafür, dass ältere Menschen oft Objekte schlechter fokussieren können. Der Ziliarmuskel und seine Aufgabe im AugenAufbau Der Ziliarmuskel (auch Ringmuskel genannt) bestimmt die Wölbung der Linse. Indem der Muskel sich anspannt, kann er die Linse in die Länge ziehen oder breiter zusammendrücken. •Den Vorgang der Linsenanpassung zur Einstellung der Schärfe nennt man auch Akkommodation. •Der Ziliarmuskel ist außerdem die Aufhängung der Linse und sorgt dafür, dass sie an ihrem Platz bleibt. Die Pupille und ihre Funktion Die Pupille ist eine kleine Öffnung in der Mitte der Iris. Sie regelt den Lichteinfall ins Auge. Bei starkem Lichteinstrom (Helligkeit) bildet sie nur eine kleine Öffnung. Bei Dunkelheit hingegen wird die Öffnung größer. •Die Funktion der Pupille lässt sich übrigens ganz einfach selbst beobachten! Stelle dich dazu in einem dunklen Raum vor den Spiegel. •Warte eine Weile, sodass sich deine Pupille auf die Dunkelheit anpassen kann. •Bitte nun eine zweite Person, das Licht im Raum einzuschalten. •Wenn du jetzt in den Spiegel guckst, solltest du sehen, wie deine Pupille sich verkleinert. Wusstest du schon? Pupillen können auch auf Emotionen reagieren. Bei Angst oder Freude weiten sich häufig die Pupillen. Bei Anspannung oder Ekel verkleinern sie sich hingegen. Die Rolle der Augenkammern Jedes Auge besitzt zwei Augenkammern. Die hintere Augenkammer befindet sich zwischen der Regenbogenhaut und dem Ziliarmuskel. Die vordere grenzt direkt an die Hornhaut an. Gefüllt sind die Augenkammern mit dem nährstoffreichen Kammerwasser. •Dieses dient der Linse als Nahrung und versorgt die anderen Bestandteile mit Sauerstoff. •Außerdem hilft die Flüssigkeit im Inneren der Kammern bei der Stabilität der Linse. Der Glaskörper – der größte Teil des AugenAufbaus Als Glaskörper wird die große Fläche im Inneren des Auges bezeichnet. Er besteht allerdings nicht aus Glas, sondern aus einer gelartigen Flüssigkeit. •Diese wird zum Großteil aus Wasser gebildet. •Die Funktion des Glaskörpers ist das Schaffen eines Augeninnendrucks und die Stabilität des Auges. •Im Prozess des Sehens spielt er hingegen keine wichtige Rolle. Die Funktion des Sehnervs Im Sehnerv bündelt sich eine große Anzahl an Nervenfasern. Hier kommen die elektrischen Impulse an, die von der Netzhaut gebildet werden. Der Sehnerv ist die Verbindungsstelle zum Gehirn und leitet all diese Informationen weiter. •Im Gehirn werden sie dann zu einem Bild verarbeitet. Der blinde Fleck Der blinde Fleck ist die Stelle, an der der Sehnerv auf die Netzhaut trifft. •An dieser Stelle wird die Netzhaut unterbrochen. •Da sich hier keine Lichtrezeptoren befinden, können auch keine Sinneseindrücke verarbeitet werden. •Das Auge ist an diesem Punkt also blind. •Bei dem fertigen Bild im Gehirn fehlt deshalb immer ein kleiner Teil des Originals. •Davon merkst du im Normalfall aber überhaupt nichts. •Denn unser Gehirn ist gut darin, Bilder anhand der vorhandenen Informationen zu vervollständigen. Das macht der gelbe Fleck im Auge Der gelbe Fleck befindet sich nicht weit entfernt vom Sehnerv auf der Netzhaut. An diesem Punkt befinden sich ganz besonders viele Lichtrezeptoren. •Deshalb wird der gelbe Fleck auch als Punkt des stärksten Sehens bezeichnet. •Wenn du ein Objekt fokussierst, dreht sich dein Auge deshalb immer automatisch ein Stück mit. •Dadurch soll der Gegenstand direkt auf dem gelben Fleck abgebildet werden. •So wird das Fokus-Objekt immer am stärksten Punkt verarbeitet. Nur 2 Millimeter klein, aber extrem leistungsfähig: das Sehzentrum in der Makula Millionen von lichtempfindlichen Sinneszellen (Photorezeptoren) befinden sich in der Netzhaut des Auges. In der Mitte der Netzhaut etwas oberhalb des Sehnervs liegt eine besonders wichtige Region: die Makula oder gelber Fleck genannt. Dieser kreisförmige Bereich, mit einem Durchmesser von nur etwa 5 mm, sieht gelblich aus – dort drängen sich Sinneszellen an Sinneszellen. Am dichtesten gepackt sind die Zapfen – das sind die Sinneszellen der Farbwahrnehmung – genau in der Mitte der Makula. Dort befindet sich nämlich das Sehzentrum, das medizinisch als Fovea bezeichnet wird. Obwohl das Sehzentrum mit nur 2 mm Durchmesser so klein wie der Kopf einer Stecknadel ist, ist dies der Ort des eigentlichen Sehens. Photorezeptoren und Farbwahrnehmung des Auges „Nachts sind alle Katzen grau, denn im Dunkeln sind wir farbenblind. In der Netzhaut des Auges gibt es nämlich zwei unterschiedliche Arten von Sinneszellen (Photorezeptoren): Zapfen und Stäbchen. Die Stäbchen sind sehr lichtempfindlich, können aber keine Farben unterscheiden. Die Zapfen dagegen ermöglichen das Sehen von Farben – sie funktionieren aber nur, wenn es hell genug ist. Es gibt jeweils unterschiedliche Zapfen für die Farben rot, blau und grün. Besonders viele Zapfen befinden sich im Sehzentrum in der Makula. In der Dämmerung oder Dunkelheit arbeiten allerdings nur die Stäbchen, denn die Lichtmenge ist für die Wahrnehmung von Farben zu schwach. Aus diesem Grunde sind wir nachts farbenblind und nehmen unsere Umwelt nur in Grautönen wahr. Häufige Fragen zum Aufbau des Auges Wie heißen die Teile des Auges? Die wichtigsten Teile des Auges sind die Lederhaut, Hornhaut, Aderhaut, Netzhaut, Regenbogenhaut, Linse, Pupille, der Glaskörper, der Sehnerv, die Augenkammern, der Ziliarmuskel, der gelbe und blinde Fleck. Wie nennt man das Weiße in den Augen? Die weiße Farbe des Augapfels kommt von der äußersten Hautschicht. Die weiße Lederhaut umschließt den Glaskörper des Auges. Wie ist das Auge von außen aufgebaut? Von außen sichtbar ist die Hornhaut als äußerste Schicht des Auges. Darunter liegen der Ziliarmuskel, der die Linse in seiner Form hält. Die Linse ist von der Pupille unterbrochen, die in der Mitte der Regenbogenhaut (Iris) liegt. Dazwischen befinden sich die beiden Augenkammern. Was schützt das Auge von außen? Von außen wird das Auge durch die Hornhaut und die Lederhaut geschützt. Die Augenlider, Wimpern, Augenbrauen und die Lage in der Augenhöhle zwischen Knochen sorgen für zusätzlichen Schutz. Wie läuft der Sehvorgang ab? Beim Sehvorgang trifft Licht auf die Netzhaut. Davor wird es durch die Pupille und die Linse reguliert. Auf der Netzhaut befinden sich Lichtrezeptoren, die die Informationen aufnehmen und in Signale umwandeln. Diese elektrischen Impulse werden durch Nervenzellen im Sehnerv an das Gehirn weitergeleitet. Bildentstehung auf der Netzhaut so arbeitet das Auge Das Auge des Menschen (und praktisch aller Säugetiere) ist ein kompliziertes optisches Instrument, das man im einfachsten Fall mit einer Automatik-Kamera vergleichen kann. Genauso wie diese Kamera auf einer lichtempfindlichen Schicht (Film oder Sensorchip) Bilder erzeugt, lässt sich die Bildentstehung auf der Netzhaut, der lichtempfindlichen Schicht im hinteren Teil des Auges, erklären. Bei der Bildentstehung passiert nichts anderes wie bei einer normalen optischen Abbildung auch: Die in das Auge fallenden Lichtstrahlen werden durch ein optisches System, das aus Linse, Hornhaut, der Flüssigkeit in der Augenkammer und dem Glaskörper besteht, gebrochen und gelangen dann auf die Netzhaut. Der Anteil der Augenlinse an der Lichtbrechung beträgt dabei nur ein Drittel. Genau genommen sorgt dabei nicht nur die Linse für eine Brechung, sondern das gesamte System aus Hornhaut, Augenkammer, Linse und Glaskörper. Auf der Netzhaut reagieren lichtempfindliche Zellen (Stäbchen für hell-dunkel und 3 unterschiedliche Zäpfchenarten für das Farbensehen) auf diesen Lichteinfall. Gelangt also von einem Gegenstand (zum Beispiel der Flamme einer Kerze) Licht in das Auge, entsteht bei passender Brennweite ein reelles, verkleinertes und natürlich umbekehrtes Bild auf der Netzhaut. Dieses Bild kann genauso konstruiert werden wie das Bild einer Sammellinse. Es erstaunt immer wieder, dass das Bild auf der Netzhaut umgekehrt ist. Erst das Gehirn verarbeitet dieses Bild dann in die aufrechte, uns geläufige Position. Allerdings ist das Auge keine Kamera mit starrer Linse, sondern kann die Brennweite an den Abstand zwischen Gegenstand und Auge anpassen. Diesen Vorgang nennt man Akkommodation. So lassen sich Gegenstände im Abstand von etwa 25 cm (der deutlichen Sehweite) mit entspanntem Auge deutlich erkennen. Kommt der Gegenstand näher an das Auge, wird die Brennweite verkleinert. Gegenstände, die sich entfernter befinden, führen zu einer größeren Brennweite der Augenlinse. Die Brennweite der Augenlinse wird durch Muskeltätigkeit angepasst: Für nahe Objekte wird die Linse gewölbter, für ferne Objekte gestreckter. Durch die Akkommodation kann man Gegenstände in unterschiedlichen Entfernungen scharf sehen. Liegt ein Augenfehler vor (Weitsichtigkeit oder Kurzsichtigkeit zum Beispiel), so werden die Strahlen entweder nicht ausreichend oder zu stark gebrochen und das Bild auf der Netzhaut ist unscharf. Ebenso kann der Augapfel zu kurz oder zu lang sein. Diese beiden Fehlsichtigkeiten lassen sich mit einer Brille (zusätzliche Linse für das optische System Auge) korrigieren. Die Pupille begrenzt die Lichtbündel und steuert damit die Helligkeit des Bildes auf der Netzhaut. Bei viel Lichteinfall ist sie eng, bei wenig Lichteinfall weit geöffnet. Die Pupille entspricht somit der Blende bei einer Kamera. Da der Mensch mit zwei Augen sieht, entstehen bedingt durch den Augenabstand natürlich zwei leicht verschiedene Bilder, die man durch wechselseitiges Abdecken je eines Auges sehen kann. Erst das Gehirn verarbeitet diese beiden Bilder zu einem räumlichen Eindruck. Übung: Blinder Fleck 1.Schließe dein linkes Auge und konzentriere dich auf das o. Das x siehst du trotzdem noch im Gesichtsfeld. 2.Verändere nun den Abstand zum Bildschirm, wobei du deinen Blick bitte nicht vom o nimmst und das x nur im Gesichtsfeld wahrnimmst! 3.Bei einem bestimmten Abstand verschwindet nun das x. 4.Du hast den blinden Fleck im rechten Auge gefunden. Abb. 1 Experiment zum Blinden Fleck Beobachtung Es gibt eine Position bei der du das Kamel einfach nicht mehr siehst. Auswertung An dem Punkt, an dem du das Kamel nicht mehr siehst, wird das Kamel von deiner Augenlinse direkt auf den blinden Fleck abgebildet. Da dort keine Sehzellen sitzen, kannst du das Kamel nicht wahrnehmen. Eigentlich müsstest du hier einen schwarzen Fleck sehen. Dies verhindert dein Gehirn, indem es dir ein Bild vorgaukelt, das so ähnlich wie die sichtbare Umgebung ist. Erst, wenn man Auge und Gehirn austrickst, wie mit unserem Versuch, gelingt es, den blinden Fleck „sichtbar zu machen. Das menschliche Auge scharfes Sehen Fotoapparat und Auge im Vergleich Schwierigkeitsgrad: Ein digitaler Fotoapparat mit Zoom-Objektiv und dein Auge haben in Aufbau und Funktion viele Gemeinsamkeiten. Fotoapparat und Auge unterscheiden sich aber auch in mehreren Punkten. Nenne einige Punkte, die Fotoapparat und Auge gemeinsam haben und einige Aspekte, in denen sie sich unterscheiden. Lösung: Gemeinsamkeiten: •Durch eine Konvexlinse (beim Fotoapparat meist ganzes Linsensystem) wird ein reelles, höhen- und seitenverkehrtes Bild auf einer lichtempfindliche Schicht entworfen. •Sowohl im Auge als auch im digitalen Fotoapparat wird das Licht in elektrische Signale umgewandelt. •Sowohl die Augenlinse als auch das Linsensystem in der Kamera mit Zoomobjektiv hat eine veränderliche Brennweite •Sowohl beim Fotoapparat als auch beim Auge gibt es eine Vorrichtung zur Begrenzung der Lichtmenge. Beim Auge spricht man von der Iris, beim Fotoapparat von der Blende. Unterschiede: •Ein wesentlicher Unterschied besteht in der Art der Scharfeinstellung. Beim Auge liegt die Bildweite fest. Die Einstellung auf verschieden entfernte Gegenstände erfolgt durch eine Veränderung der Brennweite der Augenlinse. Beim Foto mit Zoomobjektiv ändert sich zwar auch die Brennweite, aber zusätzlich werden noch weitere technische Tricks angewendet, um das Bild zu schärfen (solche Tricks nutzen auch Kameras ohne Zoom-Objektiv). •Ein weiterer Unterschied liegt im Empfindlichkeitsbereich der lichtempfindlichen Schicht.Das Auge kann sich in einem sehr weiten Bereich verschiedenen Helligkeiten anpassen (Adaption), insbesondere auch sehr schlechten Lichtverhältnissen. Fotoapparate können dies oft nur begrenzt. Zum Ausgleich nehmen diese oft mehrere Bilder auf und legen sie übereinander oder nutzen eine lange Belichtungszeit.