Adaptation, Lichtempfindlichkeit, Pupillenreflex, Sehbahn, Nachbilder

3.2 Lichtsinn
3.2.6 Adaptation,
Lichtempfindlichkeit, Pupillenreflex, Sehbahn, Nachbilder
 

3.2.6.1 Adaptation

Das Auge muß bei unterschiedlichen Beleuchtungsstärken
Bilder erzeugen. Bei hohen Lichtstärken genügt eine geringe
Empfindlichkeit, bei geringen Lichtstärken sollte das Auge sensibler
für das wenige Licht sein. Diese Fähigkeit nennt man Dunkeladaptation.
Der Effekt tritt z. B. auf, wenn ma vom hellen Tageslicht in einen abgedunkelten
Raum geht.

Es dauert eine Weile, bis das Auge seine Empfindlichkeit
beim Übergang von Hell auf Dunkel
angepaßt hat
. So können Lichtintensitätsunterschiede
von 1011 zu 1 wahrgenommen werden.

( Es soll jedoch gleich vermerkt werden, daß diese
Reizunterschiede durch Verrechnung in der Retina auf 100 zu 1 komprimiert
werden und ans Gehirn weitergeleitet werden.)

Bei der Messung der Dunkeladaptation wird eine Versuchsperson
hellem Licht ausgesetzt. Danach wird abgedunkelt und für 30 Minuten
die Sehschwelle für Lichtblitze bestimmt. Intensität und Zeitpunkt
der gerade noch wahrnehmbaren Blitze werden festgehalten.

adapt9 - Adaptation, Lichtempfindlichkeit, Pupillenreflex, Sehbahn, Nachbilder

Am Anfang ist die Schwelle sehr hoch, sie
nimmt ab und nähert sich ab ca. 6 Minuten asymptotisch einem Wert.
Dies spiegelt die Empfindlichkeit der Zapfen wieder. (grün)

Danach fällt die Kurve wieder rasch ab und nähert
sich nach ca. 30 Minuten wieder asymptotisch einem Wert. Die rote Kurve
entspricht der Adaptation der Stäbchen. Damit zeigt sich, daß
die Lichtempfindlich-keit der Stäbchen weit höher ist als die
der Zapfen. Die Adaptationszeit der Stäbchen ist jedoch länger
als die der Zapfen. Die Adaptation wird durch die Bleichung und Regeneration
der Sehpigmente bestimmt.

Damit nach dem Übergang von
Hell auf Dunkel eventuelles Licht wahrgenommen werden kann, muß
erst wieder genügend Rhodopsin (Iodopsin) regeneriert werden. Dies
dauert ca. 30 Minuten.

Helldunkel- Sehen mit den Stäbchen nennt man
skotopisches Sehen,
Farbensehen am Tag nennt man photopisches
Sehen
.

Die Helladaptation, also der schnelle Übergang
von Dunkel ins Tageslicht ist läuft wesentlich schneller nämlich
in ca. 1 Minute ab als die Dunkeladaptation. Dabei werden die Rezeptoren
stark gereizt und geblendet. Der Effekt tritt auf, wenn Sie z. B. am Nachmittag
aus dem Kino ans helle Tageslicht kommen.

3.2.6.2 Lichtempfindlichkeit

Das menschliche Auge ist für bestimmte Wellenlängen
empfindlicher als für andere. Diese Wellenlängen erscheinen
heller und benötigen eine geringere Empfindlichkeit, um sie wahrnehmen
zu können. Die Lichtempfindlichkeitskurve
links gibt darüber Auskunft.

Das Maximum für Zapfen liegt bei 555 nm (gelb/grün),
das für Stäbchen bei 505 nm (grün).
Deshalb ist das menschliche Auge am grünempfindlichsten.

Der Unterschied zwischen dem Zapfen- und Stäbchenmaximum
heißt Purkinje-Verschiebung.

_ss - Adaptation, Lichtempfindlichkeit, Pupillenreflex, Sehbahn, Nachbilder

Man kann ebenfalls erkennen, daß die Stäbchen
blauempfindlicher ( kürzere Wellenlänge)
sind als die Zapfen. Deshalb erscheint uns beim Sonnenuntergang blau und
grün heller als gelb und rot.

  • Unterseeboote
    werden mit rotem
    Licht beleuchtet, so daß der Kapitän mit seinen Stäbchen
    gut durch das Periskop sehen kann. Die rote Beleuchtung im UBoot führt
    kaum zu einer Bleichung der Stäbchen, sodaß diese dunkeladaptiert
    bleiben, um die sehr schwachen Lichtreize durch das Periskop zu erfassen.
  • Die Lichtadaptation erklärt auch, warum die
    Sterne bei Tag nicht sichtbar sind. Bei Tag erreicht das Auge die gleiche
    Lichtintensität von den Sternen.
  • Auch kann erklärt werden, warum die Scheinwerfer
    von Autos am Tag schlechter als in der Nacht zu sehen sind.

Ein Mangel an Vitamin A sorgt übrigens für
Nachtblindheit, also zu Problemen beim Sehen in dämmriger Umgebung.
Schon die alten Ägypter wußten, daß Leber diesen Mangel
behebt.

Hier einige Größen bezüglich der
Lichtstärke:

Helligkeitsempfindlichkeit:
Die
Lichtausbeute
wird gemessen in Lumen pro Watt. Das Maximum der Hellempfindlichkeit bei
Tagessehen beträgt 680 Lumen/Watt bei 555 nm Wellenlänge.

Empfindungs-Variable Beleuchtungsstärke
:
= Lichtstrom bezogen auf eine bestimmte Fläche bei beleuchteten Objekten
(Körperfarben); Einheit Lumen pro Quadratmeter = Lux
[lm/m = lx] ; (1 Lumen entsteht bei Reizung mit 1/683 Watt bei l=
555 nm).

3.2.6.3 Pupillenreflex

Der Pupillenreflex dient zur Regelung
des Lichteintritts in das Auge. Dabei werden beide Augen gemeinsam gesteuert.
Der Effekt ist links zu sehen.
Durch den Lichteinfall kontrahiert
sich schlagartig die Irismuskulatur (Sphincter) und läßt somit
weniger Licht auf die Retina, um Blendung zu vermeiden.

auge3 - Adaptation, Lichtempfindlichkeit, Pupillenreflex, Sehbahn, Nachbilder

Die Steuerung läuft unbewußt ab, wobei 3 Neuronen
beteiligt sind. In der Abb. erkennt man den Verlauf der Nervenbahnen.

_cvis6 - Adaptation, Lichtempfindlichkeit, Pupillenreflex, Sehbahn, Nachbilder

Beteiligt sind der Sehnerv, ein Interneuron im Mittelhirn,
der 3. Gehirnnerv und ein Nerv im Ciliarganglion (3 Synapsen). Die Reizaufnahme
geschieht in der Retina, die Information wird über den Sehnerv in
das Mittelhirn in einen Bereich namens prätectaler
Bereich
geleitet. Ein Zwischenneuron leitet die Information
in die Edinger-Westphal-Nuklei,
wo dann eine Verschaltung in den 3. Gehirnnerv (parasympathisch)
stattfindet. Dieser führt den Kontraktionsbefehl zum Ciliarganglion
und dann in die Irismuskulatur zurück. In Gehirn findet auch die
Koordination beider Augen durch die Verbindung in den E-W-Nuklei statt.

Die Pupillenerweiterung wird bei Abdunklung von einem
anderen Muskel (Dilator, radial) über einen sympathischen Nerv gesteuert.

3.2.6.4 Sehbahn

Die Lichtinformationen,
die in der Retina erfaßt worden sind, werden über die Sehnerven
ans Gehirn weitergeleitet.

Dabei überkreuzen sich hinter den Augen die nasalen
Sehfasern im Chiasma opticum, so daß
die Information aus der rechten Hemisphäre des Gesichtsfeldes (fällt
auf die linke Retinaseite) in die linke Großhirnhälfte geleitet
wird und die Information aus dem linken Gesichtsfeld in die rechte Gehirnseite.

Das nachfolgende Nervenbündel wird Tractus
opticus
genannt und führt zu einem Gehirnbereich namens CGL
(= Corpus geniculatum laterale ). Dort wird die optische Information weiter
verrechnet und an die primäre Sehrinde
im hintersten Teil des Großhirns weitergeleitet.

_bvis2 - Adaptation, Lichtempfindlichkeit, Pupillenreflex, Sehbahn, Nachbilder

Der CGL liegt im Zwischenhirn (Thalamus), und wird im
Englischen LGN genannt. ( Leichte Schläge auf den Hinterkopf erhöhen
also nicht das Denkvermögen sondern verschlechtern das Sehvermögen.)

Verletzungen der oben genannten Sehbahnen in 1, 2 und
3 führen demnach zu folgenden Gesichtsfeldausfällen: (schwarz
= Ausfall)

1 Verlust der Wahrnehmung eines Auges _bvis4 - Adaptation, Lichtempfindlichkeit, Pupillenreflex, Sehbahn, Nachbilder
2 Verlust der Wahrnehmung der rechten und
linken Hälfte des Gesichtsfeldes ( z. B durch einen Tumor im
Chiasma opticum)
_bvis5 - Adaptation, Lichtempfindlichkeit, Pupillenreflex, Sehbahn, Nachbilder
3Verlust der Wahrnehmung der beiden linken
Gesichtsfeldhälften.
_bvis6 - Adaptation, Lichtempfindlichkeit, Pupillenreflex, Sehbahn, Nachbilder

Die durch Unterbrechung der Bahnen bei 4,5 und 6 hervorgerufenen
Gesichtsfeldausfälle können hier
nachgelesen werden.

_bvis11 - Adaptation, Lichtempfindlichkeit, Pupillenreflex, Sehbahn, Nachbilder

Links kann man die schematischen Strukturen oben in Horizintalschnitten
des menschlichen Gehirns erkennen.

3.2.6.5 Negative Nachbilder

Nachbilder werden dann wahrgenommen, wenn sich
verschiedene Retinabereiche in unterschiedlichen Adaptationszuständen
befinden. Man nennt diesen Effekt auch Sukzessivkontrast. Wir wollen anhand
einiger Beispiele den Effekt demonstrieren und analysieren.

_lightbu - Adaptation, Lichtempfindlichkeit, Pupillenreflex, Sehbahn, Nachbilder


_flag2 - Adaptation, Lichtempfindlichkeit, Pupillenreflex, Sehbahn, Nachbilder

 

Bei farbigen Reizmustern werden Nachbilder in der Gegenfarbe
ausgelöst (rot/grün, blau/gelb). Je intensiver die Lichtquelle,
desto länger das Nachbild.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 111
 

Adaptation

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 112
 

Lichtempfindlichkeit

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 113
 

Pupillenreflex

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 114
 

Verschaltung der Sehbahn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 115
 

Sehbahn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 116
 

Verletzungen der Sehbahn

 

 

 

 

 

 


Abb. 117
 

Sehzentren im Gehirn

 

 

 

 

 

 


Abb. 118
 

negative Nachbilder

 

 

Beispiel 1

Fixieren Sie für mindestens 30 Sekunden die
schwarze Glühlampe. Bewegen Sie dabei den Kopf nicht.

Drehen Sie dann sofort den Kopf und blicken Sie
auf das weiße Feld daneben.

Sie müßten eine glühende Glühlampe,
das negative Nachbild sehen.

Klicken Sie auf die Lampe um den Effekt zu testen!
Dann wird eine neue Seite geladen, auf der der Effekt auch erklärt
wird.

Beispiel 2

Auch bei farbigen Bildern entstehen Nachbilder.
Hier ein Beispiel:

Fixieren Sie für mindestens 30 Sekunden den
Punkt in der Mitte der Flagge. Bewegen Sie dabei den Kopf nicht.
Klicken Sie dann auf den Punkt in der Flagge oder wenn der Ladevorgang
zu lange dauert blicken Sie auf das weiße Feld darunter. Sie
müßten die Flagge in den echten Farben sehen, das negative
Nachbild
.

Klicken Sie auf die Flagge um den Effekt zu testen!
Dann wird eine neue Seite geladen, auf der der Effekt auch erklärt
wird.

 

Weiterführende Quellen:
Adaptationhttp://www.yorku.ca/eye/darkadap.htm
Sehbahn/Pupillenreflexhttp://thalamus.wustl.edu/course/cenvis.html
http://www.iis.com.br/~jgcc/puprefl1.htm
3D-Bilderhttp://www.vision3d.com/optical/
Illusionen, Nachbilderhttp://www.michaelbach.de/ot/
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