Anatomie des Auges
Die Augen befinden sich in den Schädelhöhlen, die sowohl Schutz für die Augen bieten, als auch einen Platz für die Verankerung der Weichteile, die die Funktionen des Auges unterstützen. Die Augenlider mit den Wimpern an ihren Vorderkanten tragen dazu bei, das Auge vor Abschürfungen zu schützen, indem sie Partikel abblocken, die auf seine Oberfläche gelangen könnten. Von der Innenseite jedes Lids faltet sich eine dünne Schleimhaut, die sogenannte Bindehaut, ein und bedeckt die Oberfläche des Auges. Tränen werden von den Tränendrüsen produziert, die sich in jedem Auge oberhalb und seitlich der Augenhöhle befinden, und fließen über die Bindehaut, um Partikel wegzuspülen, die an den Wimpern und den Lidern vorbeigekommen sind. Die Tränen fließen durch die nasolakrimalen Gänge, die sich auf der medialen Seite jeder Augenhöhle befinden, in die Nasenhöhle.
Anatomische Merkmale der Gewebe, die das Auge (a) und das Tränensystem (b) umgeben. Dieses Werk von Cenveo ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 3.0 USA (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/).
Bestandteile des Auges
Das Auge selbst ist eine Hohlkugel, die aus drei Gewebeschichten besteht. Die äußerste Schicht ist die Fasertunika, die aus der weißen Sklera und der klaren Hornhaut besteht. Die beiden Teile der Fasertunika sind zusammenhängend, haben aber unterschiedliche Eigenschaften. Die Sklera macht 5/6 der Augenoberfläche aus, von der der größte Teil nicht sichtbar ist (obwohl der Mensch einzigartig darin ist, dass so viel vom „Weiß des Auges“ sichtbar ist). Die Hornhaut bedeckt den vorderen Bereich des Auges und lässt das Licht in das Auge eindringen, wo es schließlich die Photorezeptoren stimulieren wird. Die nächste Schicht des Auges ist die vaskuläre Tunika, die größtenteils aus der Aderhaut besteht, einem stark vaskularisierten Bindegewebe, das die Blutversorgung des angrenzenden Gewebes sicherstellt. Hinter der Aderhaut befindet sich der Ziliarkörper, eine muskuläre Struktur, die über das Ligamentum suspensio an der Linse befestigt ist. Der Ziliarkörper bündelt das Licht auf der Rückseite des Auges. Über dem Ziliarkörper, und im vorderen Auge sichtbar, befindet sich die Iris, der farbige Teil des Auges, der sich in der Mitte als Pupille öffnet. Die innerste Schicht des Auges ist die Neural-Tunika, die Netzhaut oder das Nervengewebe, das für die Photorezeption verantwortlich ist.
Anatomische Merkmale des Auges. Dieses Werk von Cenveo ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 3.0 USA (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/).
Kammern des Auges
Das Auge ist ebenfalls in zwei Hohlräume unterteilt, die vordere und die hintere. Die vordere Kammer, der vordere Hohlraum, ist der Raum zwischen Hornhaut und Iris. Die hintere Kammer sitzt zwischen der Iris und der Linse. Sowohl die vordere als auch die hintere Kammer sind mit einer wässrigen Flüssigkeit gefüllt, die als Kammerwasser (Aqueous Humor) bezeichnet wird. Die hintere Glaskammer (auch Hinterkammer) liegt hinter der Linse und ist mit einer zähflüssigeren Flüssigkeit, dem Glaskörper, gefüllt.
Augenbewegung
Die Bewegung des Auges innerhalb der Augenhöhle wird durch die Kontraktion von sechs extraokularen Muskeln erreicht, die von den Knochen der Augenhöhle ausgehen und an der Oberfläche des Auges ansetzen.
Muskeln, die die Augenbewegung kontrollieren. Dieses Werk von Cenveo ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 3.0 USA (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/
Jeder dieser Muskeln wird von einem der Hirnnerven innerviert, wie in der folgenden Tabelle zusammengefasst.
Licht auf die Netzhaut fokussieren
Die Netzhaut, in der sich die Photorezeptoren befinden, liegt im hinteren Teil des Auges. Damit die Netzhaut die am besten geeigneten Informationen an das Gehirn weiterleiten kann, müssen die Lichtstrahlen fokussiert und mit entsprechender Intensität auf den Netzhautzellen landen. Die Hornhaut, die Pupille (die Mitte der Iris) und die Linse sind dafür verantwortlich, diese Anforderungen zu erfüllen.
Wenn sich Licht von einem Medium (z. B. Luft) in ein anderes Medium (z. B. die Hornhaut oder Linse) bewegt, werden alle Strahlen, die nicht in einem 90-Grad-Winkel eintreten, gebrochen oder gebogen. Da sowohl die Hornhaut als auch die Linse gekrümmte Oberflächen haben, brechen sie einen Teil der Lichtstrahlen, die in das Auge eintreten. Dadurch komprimieren sie das Bild dessen, was wir sehen, so dass eine große Menge an visuellen Informationen von einer kleinen Menge an Netzhautgewebe verarbeitet werden kann. Die Hornhaut bricht mehr Licht als die Linse, weil ihre Oberfläche stärker gekrümmt ist, aber die Linse hat die Fähigkeit, ihre Form zu verändern und somit die Menge an Brechung fein abzustimmen, die notwendig ist, um die Lichtstrahlen auf der Netzhaut zu fokussieren. Dieser Prozess wird als Akkomodation bezeichnet.
Die Brechung von Lichtstrahlen beim Übergang von einem Medium in ein anderes (a), wie z.B. durch die Hornhaut und die Linse (b). Dieses Werk von Cenveo ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 3.0 USA (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/).
Die Linse ändert ihre Form als Reaktion auf Veränderungen in der Spannung der Ziliarmuskeln auf den Aufhängebändern (auch Zonula genannt), die die Linse an ihrem Platz halten. Wenn sich die Ziliarmuskeln zusammenziehen, werden die Suspensory Ligaments weniger gelehrt, wodurch die Linse etwas kugelförmiger wird und das Licht stärker bricht. Dies geschieht, wenn Objekte, die betrachtet werden, nah sind oder näher heranrücken. Licht, das von weit entfernten Objekten kommt, benötigt nicht so viel Brechung und wird mit entspannten Ziliarmuskeln und mehr Spannung auf der Linse betrachtet, was sie länglicher macht. Die Beziehung zwischen den Ziliarmuskeln und der Anspannung der Linsenbänder ist für die meisten Menschen kontraintuitiv, aber das Auge hat eine einzigartige Anatomie, die zu dieser Beziehung führt. Sehen Sie sich das folgende Video an.
Akkommodation der Linse beim Sehen in die Ferne und in die Nähe. Dieses Werk von Cenveo ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 3.0 USA (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/).
Neben der Akkommodation der Linse bei nahen Objekten neigt auch die Pupille dazu, sich zu verengen, um weniger peripheres Licht in die hintere Augenkammer einfallen zu lassen. Auf diese Weise können Objekte schärfer gesehen werden. Die Pupille verengt sich auch bei hellen Lichtverhältnissen und weitet sich bei schwachen Lichtverhältnissen. Auf diese Weise kann die Netzhaut eine angemessene Lichtmenge empfangen, um ihre Photorezeptoren zu aktivieren, ohne sie mit zu viel Licht auszubleichen.
Veränderungen des Sehvermögens
Manchmal brechen die Strukturen des Auges das Licht nicht angemessen, so dass es entweder vor (Myopie) oder hinter (Hyperopie) der Netzhaut fokussiert wird. Dies kann z.B. passieren, wenn das Auge nicht perfekt rund ist. Um Anomalien in der Lichtbrechung zu korrigieren, können Brillen oder Kontaktlinsen eingesetzt werden, um das Licht besser auf die Netzhaut zu fokussieren und die Sehkraft zu verbessern.
Korrektur von Anomalien in der Lichtbrechung im Auge. Dieses Werk von Cenveo ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 3.0 USA (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/).
Normale Lichtbrechung führt dazu, dass die Lichtstrahlen auf der Netzhaut konvergieren (a). Bei der Weitsichtigkeit bündeln sich die Lichtstrahlen hinter der Netzhaut. Dies wird durch eine konvexe Linse korrigiert, die das Licht zu beugen beginnt, bevor es die Hornhaut erreicht (b). Bei der Kurzsichtigkeit werden die Lichtstrahlen vor der Netzhaut gebündelt. Dies wird mit einer konkaven Linse korrigiert, um die Lichtstrahlen zu divergieren, bevor sie die Hornhaut erreichen (c).
Die Netzhaut
Wir haben bereits die Strukturen des Auges besprochen, die das Licht auf die Netzhaut bringen und fokussieren. Die Netzhaut ist aus mehreren Schichten aufgebaut und enthält spezialisierte Zellen für die erste Verarbeitung visueller Reize, wobei die restliche visuelle Verarbeitung im zentralen Nervensystem stattfindet.
Die Photorezeptoren befinden sich in der Netzhautschicht, die dem Augenhintergrund am nächsten ist (äußerste Schicht). Wenn sie durch Lichtenergie stimuliert werden, verändern sie ihr Membranpotenzial und die Menge des Neurotransmitters, der an die Bipolarzellen abgegeben wird. Die Bipolarzellen verbinden sich mit den retinalen Ganglienzellen (RGC), wo Amakrinzellen ebenfalls zur retinalen Verarbeitung wie Kontrastverstärkung und Kantenerkennung beitragen. Die Axone der RGCs, die an der innersten Stelle der Netzhaut liegen, sammeln sich am Sehnervenkopf und verlassen das Auge als Sehnerv. Da die Axone am Sehnervenkopf durch die Wand des Auges verlaufen, gibt es keine Photorezeptoren, was zu einem „blinden Fleck“ in der Netzhaut führt. Der blinde Fleck in beiden Netzhäuten liegt in der mittleren Netzhaut und verarbeitet keine entsprechenden Bereiche des Gesichtsfeldes.
Schichten der Netzhaut in gefärbtem Gewebe (a) und als Zeichnung (b). Dieses Werk von Cenveo ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 3.0 USA (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/).
In der exakten Mitte der Netzhaut befindet sich ein Punkt, an dem das Licht durch die Linse fokussiert wird und die größte Sehschärfe erreicht wird. Dies wird als Fovea bezeichnet und ist eine kleine Vertiefung in den Schichten der Netzhaut, in der sich keine Blutgefäße, Ganglienzellen oder bipolaren Zellen befinden, die das Licht beim Erreichen der Rezeptorzellen unterbrechen. Da in der Fovea mehr Licht zu den Rezeptorzellen gelangt, ist die Sehschärfe in diesem Bereich am größten. Von diesem zentralen Punkt der Netzhaut nimmt die Sehschärfe zur peripheren Netzhaut hin ab. Dieser Unterschied lässt sich leicht nachweisen, wenn man direkt auf ein Wort in der Mitte dieses Absatzes schaut. Der visuelle Reiz genau in der Mitte des Sichtfeldes fällt auf die Fovea und ist am schärfsten fokussiert. Ohne Ihren Blick von diesem Wort abzuwenden, stellen Sie fest, dass die Wörter am Anfang oder Ende des Absatzes nicht scharf sind. Jenseits der Wörter auf Ihrem Computerbildschirm sind die visuellen Reize weniger scharf, bis zu dem Punkt, an dem die Ränder des Sichtfelds vage, unscharfe Formen aufweisen, die nicht klar identifiziert werden können. Ein großer Teil der neuronalen Funktion zur Unterstützung des visuellen Systems ist damit beschäftigt, die Augen und den Kopf so zu bewegen, dass wichtige visuelle Reize auf der Fovea der Netzhaut zentriert werden.
Anatomie der Fovea. Dieses Werk von Cenveo ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 3.0 USA (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/).
Photorezeptorzellen
Licht, das auf die Netzhaut fällt, verursacht chemische Veränderungen an Pigmentmolekülen (Opsine genannt) in den Photorezeptoren, was letztendlich zu einer Veränderung der Aktivität der retinalen Ganglienzellen führt. Photorezeptorzellen haben zwei Teile, das innere Segment und das äußere Segment (Abbildung 9). 
Struktur der Photorezeptorzellen. Dieses Werk von Cenveo ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 3.0 USA (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/).
Das innere Segment enthält den Zellkern und andere übliche Organellen einer Zelle, während das äußere Segment ein spezialisierter Bereich der Zelle ist, in dem die Photorezeption stattfindet. Es gibt zwei Typen von Photorezeptoren, Stäbchen und Zapfen, basierend auf der Form ihres äußeren Segments. Die stäbchenförmigen äußeren Segmente von Stäbchen-Photorezeptoren enthalten einen Stapel membrangebundener Scheiben, die ein lichtempfindliches Opsin-Pigment namens Rhodopsin enthalten, das für eine große Bandbreite von Licht (weißes Licht) empfindlich ist. Die kegelförmigen äußeren Segmente der Zapfenzellen enthalten eines von drei lichtempfindlichen Opsinpigmenten, die Photopsine genannt werden. Jedes der drei Photopsine ist für eine bestimmte Bandbreite des Lichts empfindlich, entsprechend den Farben Rot, Grün oder Blau, was die Fähigkeit zur Farbunterscheidung ermöglicht. 
Empfindlichkeit von Stäbchen- und Zapfenphotorezeptoren für Lichtwellenlängen. Dieses Werk von Cenveo ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 3.0 USA (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/).
Wenn eine Photorezeptorzelle durch ein Photon in der Nähe der Wellenlänge, für die sie empfindlich ist, aktiviert wird, erzeugt die Energie des Lichts eine Veränderung in ihrem Opsin-Molekül, die Photoisomerisierung genannt wird. Die Photoisomerisierung ist der erste Schritt in einem Prozess, der letztendlich zu einer Änderung des Membranpotentials des Photorezeptors führt. Bis das Opsin wieder in seine ursprüngliche Form zurückverwandelt ist, kann die Photorezeptorzelle nicht auf Lichtenergie reagieren, was als Bleichen bezeichnet wird. Wenn eine große Gruppe von Opsinen gebleicht wird, wird das Sehen beeinträchtigt, bis genügend Opsine in den rezeptiven Zustand zurückkehren können.
Licht- und Dunkeladaptation
Da das Rhodopsin in den Stäbchenzellen am empfindlichsten auf weißes Licht reagiert, während die Zapfenzellen farbspezifisch sind, sind die Stäbchen für das Sehen bei schwachem Licht und die Zapfen für hellere Bedingungen geeignet. Im normalen Sonnenlicht wird das Rhodopsin ständig gebleicht und die Zapfen sind aktiv. In einem abgedunkelten Raum ist nicht genug Licht vorhanden, um die Zapfen-Opsine zu aktivieren, und das Sehen ist vollständig von den Stäbchen abhängig. Stäbchen sind so lichtempfindlich, dass ein einziges Photon zu einem Aktionspotential des entsprechenden RGC führen kann. Die drei Zapfen-Photopsine, die für unterschiedliche Wellenlängen des Lichts empfindlich sind, können beim Farbensehen helfen. Durch den Vergleich der Aktivität der drei verschiedenen Zapfen kann das Gehirn Farbinformationen aus visuellen Reizen extrahieren. Da die Stäbchen ausgebleicht werden, wenn die Zapfen aktiv sind, und die Zapfen nicht auf Licht mit geringer Intensität reagieren können, führen die Stäbchen zu einem monochromatischen Sehen. In einem dunklen Raum erscheint alles als ein grauer Schatten. Wenn Sie glauben, dass Sie im Dunkeln Farben sehen können, liegt das höchstwahrscheinlich daran, dass Ihr Gehirn weiß, welche Farbe etwas hat und sich auf diese Erinnerung verlässt. Wenn Sie durch Ihr dunkles Wohnzimmer gehen und sicher sind, dass die Couch grün erscheint, liegt das daran, dass Sie bereits wissen, welche Farbe sie hat, und nicht daran, dass Sie sie mit den Stäbchen-Fotorezeptoren wahrnehmen.
Verarbeitung visueller Informationen
Die Fotorezeptoren und andere neuronale Zellen der Netzhaut senden verschiedene Arten von Informationen an das Gehirn. Dazu gehören Lichtintensität, Farben und die räumliche Verteilung der empfangenen Informationen. All diese Informationen werden dann entlang des Sehnervs und in die Sehnervenbahn transportiert, um an die Kerne im Gehirn verteilt zu werden. An der Stelle, an der der Sehnerv in die Sehnervenbahn übergeht, befindet sich das Chiasma opticum. An diesem Punkt dekussieren (überkreuzen) sich die Fasern, die Informationen von der nasalen Hälfte der Netzhaut auf jeder Seite transportieren, so dass die Informationen von der nasalen Hälfte der Netzhaut des linken Auges auf die rechte Seite des Gehirns übergehen und umgekehrt. Dabei erhält die linke Gehirnhälfte Informationen aus dem rechten Gesichtsfeld jedes Auges, und die rechte Gehirnhälfte erhält Informationen aus dem linken Gesichtsfeld jedes Auges. Dies entspricht der Einseitigkeit des Gehirns bei der motorischen Steuerung. Zum Beispiel werden visuelle Informationen von der linken Seite des Körpers und die motorische Steuerung der linken Gliedmaßen beide von der rechten Gehirnhälfte verarbeitet.
Darstellung der Einseitigkeit von visuellen Informationen im Gehirn. Das Diagramm zeigt, wie Informationen aus dem rechten Gesichtsfeld an das linke Gehirn geliefert werden und wie Informationen aus dem linken Gesichtsfeld an die rechte Gehirnhälfte geliefert werden. Dieses Werk von Cenveo ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 3.0 USA (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/).
Die visuellen Informationen aus der Sehbahn werden an eine Vielzahl von Kernen im Gehirn gesendet. Diese Kerne, zusammen mit der Art der Verarbeitung, an der sie beteiligt sind, sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst.
Der Großteil der visuellen Informationen fließt durch den Nucleus geniculatus lateralis des Thalamus in den Occipitallappen zur Wahrnehmung des Sehens. Von hier aus leiten Fasern einige Informationen zu Regionen des Parietal- und Temporallappens, den sogenannten visuellen Assoziationsarealen. Diese Areale tragen zur Objekterkennung (z. B. Erkennen eines Gesichts) und zur Bewegungsverarbeitung (z. B. Fangen eines sich bewegenden Balls) bei.
Es ist wichtig zu erkennen, wenn populäre Medien und Online-Quellen komplexe physiologische Prozesse zu stark vereinfachen, damit keine Missverständnisse entstehen. Dieses Video wurde von einem Hersteller medizinischer Geräte erstellt, der möglicherweise versucht, andere Aspekte des visuellen Systems als die Netzhautverarbeitung hervorzuheben. Die Aussage, die sie machen, ist nicht falsch, sie bündelt nur mehrere Schritte, was es so klingen lässt, als seien die RGCs die Traducer und nicht die Photorezeptoren.