Das menschliche Auge (Oculus) ist ein hochspezialisiertes Sinnesorgan, das elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von ca. 380–780 nm in elektrische Signale umwandelt. Es funktioniert nach dem Prinzip einer Lochkamera mit Sammellinse und liefert dem Gehirn etwa 80 % aller Sinnesinformationen. Der Augapfel hat einen Durchmesser von ca. 24 mm.
Die Augenwand besteht aus drei Schichten:
• Äußere Augenhaut (Tunica fibrosa): bestehend aus der weißen, opaken Lederhaut (Sclera) und der vorderen, durchsichtigen Hornhaut (Cornea).
• Mittlere Augenhaut (Tunica vasculosa): umfasst Aderhaut (Choroidea, Versorgung), Strahlenkörper (Ziliarkörper) und Iris (Regenbogenhaut).
• Innere Augenhaut (Tunica interna): die Netzhaut (Retina) mit den lichtempfindlichen Sinneszellen.
1. Hornhaut (Cornea): Erste und stärkste Brechung des Lichts (ca. +43 Dioptrien, über 70 % der Gesamtbrechkraft).
2. Vordere Augenkammer mit Kammerwasser.
3. Pupille: zentrale Öffnung der Iris, regelt durch Muskeln (M. sphincter und M. dilatator pupillae) den Lichteinfall (Durchmesser 2–8 mm).
4. Linse (Lens crystallina): elastische, bikonvexe Sammellinse, +10 bis +20 Dioptrien. Sie ermöglicht durch Formänderung die Akkommodation.
5. Glaskörper (Corpus vitreum): geleeartige Substanz, hält den Augapfel in Form.
6. Netzhaut: Bildempfang.
Die Retina enthält etwa 120 Millionen Stäbchen und 6 Millionen Zapfen. Sie ist invers aufgebaut: Das Licht muss erst durch Ganglien- und Bipolarzellen, bevor es die Photorezeptoren erreicht.
• Stäbchen: hochempfindlich, für Hell-Dunkel-Sehen in der Dämmerung; ein Sehfarbstoff (Rhodopsin); kein Farbsehen.
• Zapfen: weniger empfindlich, für Farbsehen bei Tageslicht; drei Typen (S, M, L), Sehfarbstoff Iodopsin mit unterschiedlichen Absorptionsmaxima (ca. 420, 530, 560 nm).
• Gelber Fleck (Macula lutea) mit der zentralen Sehgrube (Fovea centralis): höchste Zapfendichte, schärfstes Sehen.
• Blinder Fleck: Austrittsstelle des Sehnervs, frei von Photorezeptoren.
Als Akkommodation bezeichnet man die Anpassung der Brechkraft der Linse an die Sehentfernung. Sie wird durch den Ziliarmuskel und die Zonulafasern gesteuert:
• Nahsehen: Ziliarmuskel kontrahiert → Zonulafasern erschlaffen → Linse wird durch ihre Eigenelastizität kugeliger → Brechkraft steigt.
• Fernsehen: Ziliarmuskel erschlafft → Zonulafasern straffen sich → Linse wird flacher → Brechkraft sinkt.
Der Nahpunkt liegt beim jungen Menschen bei ca. 10 cm und entfernt sich mit dem Alter (Altersweitsichtigkeit / Presbyopie).
• Kurzsichtigkeit (Myopie): Augapfel zu lang oder Brechkraft zu groß. Bild entsteht vor der Netzhaut. Korrektur durch Zerstreuungslinse (Minus-Dioptrien).
• Weitsichtigkeit (Hyperopie): Augapfel zu kurz. Bild entstünde hinter der Netzhaut. Korrektur durch Sammellinse (Plus-Dioptrien).
• Alterssichtigkeit (Presbyopie): Linse verliert Elastizität, Akkommodation eingeschränkt. Korrektur mit Lesebrille.
• Astigmatismus (Stabsichtigkeit): unregelmäßig gekrümmte Hornhaut. Korrektur mit Zylinderglas.
• Grauer Star (Katarakt): Trübung der Linse. Therapie: operative Implantation einer Kunstlinse.
Im Stäbchen ist Rhodopsin in den Membranscheiben des Außensegments eingelagert. Trifft ein Photon auf den Sehfarbstoff, wandelt sich 11-cis-Retinal in all-trans-Retinal um. Dies aktiviert über das G-Protein Transducin die Phosphodiesterase, die cGMP abbaut. Dadurch schließen sich cGMP-gesteuerte Na+-Kanäle, die Zelle hyperpolarisiert und schüttet weniger Glutamat aus – ein elektrisches Signal entsteht.
Die Axone der Ganglienzellen verlassen das Auge gebündelt als Sehnerv (Nervus opticus, Hirnnerv II) am blinden Fleck. Beide Sehnerven kreuzen sich teilweise im Chiasma opticum: Die Fasern aus den nasalen Netzhauthälften wechseln auf die Gegenseite, die temporalen bleiben ipsilateral. Dadurch erreicht jede Hirnhälfte Informationen aus der jeweils gegenüberliegenden Gesichtsfeldhälfte beider Augen – die Voraussetzung für räumliches Sehen.
Vom Chiasma laufen die Fasern als Tractus opticus zum Corpus geniculatum laterale (CGL) im Thalamus und von dort zur primären Sehrinde (V1) im Okzipitallappen. Erst dort entsteht aus den Signalmustern das bewusste Bild. Wichtige weiterverarbeitende Areale sind V2 (Form), V4 (Farbe) und V5/MT (Bewegung). Schäden der Sehbahn erzeugen charakteristische Gesichtsfeldausfälle: ein Ausfall vor dem Chiasma trifft nur ein Auge, eine Schädigung im Chiasma führt zur bitemporalen Hemianopsie (z. B. bei Hypophysentumor), ein Ausfall hinter dem Chiasma zur homonymen Hemianopsie der gegenüberliegenden Gesichtsfeldseite.
Die stärkste Brechung erfolgt nicht in der Linse, sondern in der Hornhaut. Photorezeptoren hyperpolarisieren bei Lichteinfall, sie depolarisieren also nicht. Der blinde Fleck enthält keinerlei Photorezeptoren.
Zusammenfassung: Hornhaut + Linse bündeln das Licht auf der Netzhaut. Stäbchen = Dämmerung, Zapfen = Farbe. Akkommodation durch Ziliarmuskel und Zonulafasern. Sehfehler werden durch Linsen korrigiert.
Abitur-Tipp: Im Hessen-Abi werden gerne Skizzen des Auges beschriftet. Lerne Hornhaut, Iris/Pupille, Linse, Glaskörper, Netzhaut, Fovea, blinder Fleck und Sehnerv. Akkommodationsmechanismus mit Ziliarmuskel-Logik („Muskel an → Linse rund“) verinnerlichen.