Wie funktioniert der Sehsinn?
Die Erfahrung des Sehens beginnt, wenn Photonen aus der Welt auf die Linse unseres Auges treffen und auf einen kleinen Fleck photorezeptiver Zellen auf einem Teil des Auges fokussiert werden, der als Netzhaut bezeichnet wird. Diese Zellen kommen in zwei Arten - Stäbchen und Zapfen. Zapfen dienen zur Farberkennung und funktionieren gut bei hellem Licht. Stäbchen sind empfindlicher, aber auch farbenblind. Der Mensch hat etwa 125 Millionen Stabzellen und 6 Millionen Kegelzellen. Einige Arten haben viel mehr Stäbchen, insbesondere solche, die nachts leben können. Einige Eulen haben eine um das 100-fache höhere Nachtsicht als wir es gewohnt sind.
Stäbchen und Zapfen üben eine Funktion aus, die als Fototransduktion bezeichnet wird. Dabei wird das einfallende Licht einfach in elektrische Signale umgewandelt, die an das Gehirn gesendet werden, um das Sehen zu ermöglichen. Alle diese Zellen enthalten photorezeptive Proteine mit verschiedenen Pigmentmolekülen. In Stäbchen werden diese Rhodopsin genannt. In Zapfen finden sich verschiedene Pigmente, mit denen das Auge zwischen verschiedenen Farben unterscheiden kann. Wenn das mit dem Pigment verbundene Licht auf die Fotorezeptorzelle auftrifft, sendet es ein Signal über die Glasfaser, andernfalls nicht. Photorezeptorzellen und die Fähigkeit des Sehens sind extrem alte evolutionäre Innovationen, die auf die kambrische Zeit vor über 540 Millionen Jahren zurückgehen.
Es gibt zwei bemerkenswerte strukturelle Merkmale der menschlichen Netzhaut. Die erste ist die Fovea, ein stark verdichteter Bereich von Fotorezeptorzellen in der Mitte der Netzhaut. Die Zelldichte ist hier um ein Vielfaches höher als an der Peripherie, was erklärt, warum ein direkter Blick auf etwas viel klarer ist als ein Blick durch den Augenwinkel.
Die Fovea ist auch für die Verhaltensänderungen verantwortlich, die uns dazu veranlassen, schnell den Kopf zu drehen und etwas anzustarren, wenn es uns erschreckt. Wenn es keine Fovea gäbe und die Photorezeptordichte über die Netzhautoberfläche gleichmäßig wäre, müssten wir dies nicht tun - wir müssten nur den Kopf leicht drehen, damit das Ereignis zumindest in unser Sichtfeld fällt . Der foveale Bereich ist ein relativ kleiner Teil des Gesichtsfeldes, ungefähr 10 Grad breit.
Das zweite bemerkenswerte strukturelle Merkmal in der Netzhaut ist unser blinder Fleck. Hier wird die Lichtleitfaser mit der Rückseite der Netzhaut verbunden, um visuelle Informationen zu erhalten, wodurch die Existenz von Fotorezeptoren an einer kleinen Stelle ausgeschlossen wird. Unser Gehirn füllt automatisch unsere blinden Flecken für uns aus, aber verschiedene visuelle Übungen können beweisen, dass es da ist.
Sobald das Licht in elektrische Impulse umgewandelt und über die Glasfaser geleitet wird, gelangt es (nach einigen Zwischenstopps) bis zum hinteren Teil des Gehirns, wo sich der visuelle Kortex befindet. Im visuellen Kortex isoliert eine Hierarchie von Detektorzellen nützliche Regelmäßigkeiten in den visuellen Daten und verwirft überflüssige Informationen. Eine Zellebene erkennt Elemente wie Linien und Kurven.
Eine übergeordnete Ebene erkennt Regelmäßigkeiten wie Bewegungen und 3D-Formen. Auf der obersten Ebene erscheinen Gestalten - Gesamtsymbole -, die für das bewusste Erleben des Sehens unter normalen Umständen verantwortlich sind. Der visuelle Kortex gehört mit seiner umfangreichen neurowissenschaftlichen Literatur zu den am besten verstandenen aller Gehirnregionen.