Das menschliche Auge

Wirkungsweise des menschlichen Auges

Fällt von einem Gegenstand Licht auf das Auge, so wird es durch das optische System, das wie eine Sammellinse wirkt, gebrochen. Da sich die Gegenstände in der Regel weit außerhalb der doppelten Brennweite befinden, entsteht auf der Netzhaut ein verkleinertes, umgekehrtes, seitenvertauschtes und reelles (wirkliches) Bild des Gegenstandes.

Die unterschiedliche Helligkeit des Bildes wird durch die Stäbchen und Zäpfchen der Netzhaut in elektrische Impulse umgesetzt. Diese werden zum Gehirn weitergeleitet und dort zu optischen Eindrücken verarbeitet. Wir nehmen aufrechte, seitenrichtige Bilder wahr.

Besonderheiten der optischen Wahrnehmung

Bei der Wahrnehmung mit den Augen treten zwei Besonderheiten auf.

• Unsere Augen registrieren einfallendes Licht stets so, als ob es von einem Ausgangspunkt aus geradlinig in unsere Augen fällt. Das gilt z. B. für Licht, das auf seinem Weg zu den Augen reflektiert oder gebrochen wurde. Deshalb sehen wir auch Bilder von Gegenständen an Stellen (z. B. hinter Spiegeloberflächen), an denen sie in Wirklichkeit gar nicht existieren.
   
• Da die optischen Eindrücke im Gehirn verarbeitet werden, spielen beim Sehvorgang auch Erfahrungen und Stimmungen eine Rolle. Die optischen Eindrücke eines Försters und eines Stadtbewohners im Wald sind unterschiedlich.
   
  Allgemein gilt: Verschiedene Personen, die ein und denselben Gegenstand betrachten, können unterschiedliche optische Wahrnehmungen haben.
  Sehen ist also mehr als nur die optische Abbildung von Gegenständen auf der Netzhaut.

Anpassung an unterschiedliche Helligkeit: Die Gegenstände, die wir betrachten, haben eine sehr unterschiedliche Helligkeit. Damit ist auch die in Richtung Augen fallende Lichtintensität sehr verschieden. Zur Steuerung der in die Augen fallenden Lichtintensität kann die Iris mit der Pupille als Öffnung verändert werden. Bei großer Helligkeit ist die Pupille klein, bei kleiner Helligkeit groß. Damit wird die in die Augen fallende Lichtmenge gesteuert.

Hinzu kommt, dass die hell-dunkel-empfindlichen Stäbchen empfindlicher sind als die farbempfindlichen Zäpfchen, die erst bei ausreichender Lichtintensität ansprechen.

Empfindlichkeit des Auges

Das Auge ist ein sehr empfindliches Sinnesorgan. Es kann eine Vielzahl von Farben bei unterschiedlichen Helligkeiten aufnehmen und verarbeiten. Die Lichtenergie, die gerade noch von den Augen wahrgenommen wird, beträgt etwa $2\cdot {10}^{-17}\text{J}$.

Sein Auflösungsvermögen beträgt etwa 1/60 Grad. Das bedeutet: Zwei Punkte eines Gegenstandes, die man unter einem Winkel von 1/60 Grad sieht, kann man gerade noch als getrennte Punkte wahrnehmen. Das wären 2 Punkte in 1 m Entfernung, die einen Abstand von 0,2 mm voneinander haben.

Wie auch bei anderen Sinnesorganen können beim Auge angeborene oder erworbene Fehler auftreten. Dazu zählen

• Kurzsichtigkeit,
• Übersichtigkeit (Weitsichtigkeit) und
• Altersichtigkeit sowie
• Fehler beim Farbensehen (Rot-Grün-Schwäche, Farbblindheit).

Vieler dieser Augenfehler können durch Sehhilfen (Brillen, Kontaktlinsen) oder durch Operationen korrigiert werden.

Sehfehler und Sehhilfen

Eine Reihe von Menschen hat Probleme, Gegenstände scharf zu sehen oder die richtigen Farben zu erkennen. Solche Defekte werden als Sehfehler oder Augenfehler bezeichnet. Erkennen kann man sie durch einen Sehtest, der z. B. mithilfe einer Sehtafel durchgeführt werden kann. Sehfehler sind meist angeboren, können sich aber auch im Laufe der Zeit entwickeln. Am häufigsten treten Kurzsichtigkeit und Weitsichtigkeit auf. Nicht selten ist auch eine Sehschwäche für bestimmte Farben. Viele Sehfehler können durch Brillen, Kontaktlinsen oder durch operative Eingriffe korrigiert werden. Nachfolgend sind die wichtigsten Sehfehler und Möglichkeiten ihrer Korrektur dargestellt.

Dabei ist zu beachten: Die Hinweise beziehen sich immer auf das einzelne Auge. Zwischen den beiden Augen eines Menschen können erhebliche Unterschiede bestehen.

Kurzsichtigkeit

Die Kurzsichtigkeit oder Myopie entsteht zumeist durch eine angeborene vergrößerte Länge des Augapfels. Während beim normalsichtigen Auge ein scharfes Bild auf der Netzhaut entsteht, ist das bei einem kurzsichtigen Auge vor der Netzhaut der Fall. Das Bild auf der Netzhaut ist unscharf.

Um die Kurzsichtigkeit zu korrigieren, muss man dafür sorgen, dass sich die Lichtstrahlen nicht vor der Netzhaut, sondern auf ihr schneiden. Dafür gibt es drei Möglichkeiten:

• Es wird eine Brille mit einer Zerstreuungslinse verwendet. Die Stärke der Brille muss exakt vom Augenarzt oder vom Optiker ermittelt werden. Sie wird in Dioptrien angegeben. Eine Dioptrie (Abkürzung: 1 dpt) ist die Einheit für die Brechkraft einer Linse. Die Brechkraft ist der reziproke Wert der Brennweite in Metern. Hat ein Brillenglas z.B. eine Brechkraft oder Stärke von -2,5 Dioptrien (-2,5 dpt), dann handelt es sich um eine Zerstreuungslinse (Minuszeichen) mit einer Brennweite von (1 : 2,5) m = 0,4 m oder 40 mm. Größere Werte für die Brechkraft bedeuten Linsen kleinerer Brennweite, durch die das Licht auch stärker gebrochen wird.
   
• Es wird eine entsprechende Kontaktlinse verwendet, die auf die Hornhaut aufgebracht wird.
   
• Die Krümmung der Hornhaut wird operativ verändert, indem Teile der Hornhaut abgetragen werden und damit ihre Krümmung verringert wird.

Farbschwächen

Eine Reihe von Menschen hat Probleme, Farben richtig zu erfassen. Man spricht dann von Farbschwäche oder Farbfehlsichtigkeit. Eine absolute Farbblindheit ist außerordentlich selten. Relativ häufig tritt aber eine Rot-Grün-Schwäche auf, also die Erscheinung, dass Rot und Grün nur schlecht unterschieden werden können. Bei männlichen Personen ist das häufiger der Fall als bei weiblichen Personen.

Ursache für solche Farbfehlsichtigkeiten ist die zu geringe Empfindlichkeit von Sehzellen der Netzhaut (Zäpfchen) für eine bestimmte Farbe, z. B. für Rot oder für Grün.

Prüfen lässt sich die Farbtüchtigkeit einer Person mithilfe spezieller Farbtafeln. Hat z.B. jemand eine Rotschwäche, so hat er Probleme, den Buchstaben und die Zahl zu erkennen, die aus roten Punkten zusammengesetzt sind.

Richtungstäuschungen

Besonders häufig treten Richtungstäuschungen auf. Sie führen dazu, dass wir z. B. meinen,

• parallele Linien seien nicht parallel oder
• regelmäßig geformte Körper (Kreis, Quadrat) seien nicht regelmäßig geformt.

Ursache für diese Art von Richtungstäuschungen sind meist weitere Linien, die in ihrer Gesamtheit einen falschen Eindruck hervorrufen.

Beispiele für solche auf Linien bezogenen Größentäuschungen zeigt die folgende Abbildung. Die Länge der Strecken zwischen A und B und zwischen A und C ist jeweils gleich, obwohl die Strecken verschieden lang zu sein scheinen.

Kontrasttäuschungen

Stoßen Flächen mit starken Kontrasten, also z. B. schwarze und weiße Flächen, aneinander, so kommt es ebenfalls leicht zu optischen Täuschungen, die man als Kontrasttäuschungen bezeichnen kann. Die folgende Abbildung zeigt dafür Beispiele: In Bild a) erscheint der schmale weiße Streifen in der Mitte breiter als der rechts daneben liegende schwarze Streifen. Bei Bild b) erscheinen die Stellen zwischen jeweils vier schwarzen Rechtecken grau. Fixiert man sie genauer, so sind sie weiß.

Allgemein gilt bei Kontrasttäuschungen: Helle Gegenstände oder Flächen erscheinen uns größer als gleich große dunkle Gegenstände oder Flächen. Diese Erscheinung wird als Irradiation bezeichnet. Sie hängt auch mit der ständigen unwillkürlichen Augenbewegung zusammen.

Eine weitere Kontrasttäuschung besteht darin, dass ein Objekt auf einem hellen Grund dunkler erscheint als das gleiche Objekt auf einen dunklen Grund.

Weitere optische Täuschungen und Folgerungen daraus

Optische Täuschungen können auch durch Luftspiegelungen hervorgerufen werden.

Eine weitere optische Täuschung besteht darin, dass wir aufgrund unserer Erfahrungen und Kenntnisse Gegenstände auch dann wahrnehmen, wenn sie nur teilweise oder unvollständig dargestellt sind. Die Psychologie nennt dies das Gesetz von der guten Gestalt (Prägnanzgesetz). Das Gesetz gilt z.B. auch für Schrift, die wir auch dann noch wahrnehmen, wenn einzelne Buchstaben abgeschnitten sind oder ganz fehlen.

Da Sehen ein physiologischer Vorgang ist, der sich letztendlich im Gehirn abspielt, beeinflussen u.a. Erfahrungen oder Stimmungen unsere optische Wahrnehmung. Deshalb gilt allgemein:

• Ein und derselbe Gegenstand kann von verschiedenen Personen unterschiedlich wahrgenommen werden.

Welcher der unterschiedlichen Wahrnehmungen „richtig“ ist, kann meist nur schwer ermittelt werden. Wenn man weiß, wie viele optische Täuschungen auftreten können, dann sollte man auch vorsichtig mit Behauptungen wie „Ich habe es genau gesehen“ und mit Folgerungen aus optischen Wahrnehmungen einer einzelnen Person sein.