Download ppt - Der Sehsinn Hans Kehrli, Biologie, Altdorf. 1 - Bau des Auges 2 - Akkommodation 3 – Adaptation 4 – Netzhaut 5 – Farbensehen 6 - Räuml. Auflö- sungsvermögen

Der SehsinnDer Sehsinn

Hans Kehrli, Biologie, AltdorfHans Kehrli, Biologie, Altdorf

1 - Bau des Auges

2 - Akkommodation

3 – Adaptation

4 – Netzhaut

5 – Farbensehen

6 - Räuml. Auflö- sungsvermögen

Die Leistungen des Sehsinnes im Überblick:

7 - Zeitl. Auflösungs-vermögen

8 – Sehfehler, Linsen

9 – Gelber und blinder Fleck, Operationen

10 – opt. Täuschungen

11 – Kontrastver-stärnkung

Das Auge – ein optisches Sinnesorgan

1 - Der Aufbau des Auges

Weisse Augenhaut Durchsichtige Hornhaut Bindehaut mit Blutgefässen

Öffnung im Apfel, die Pupille Die Iris, ein verstellbarer Ring (Blende)

Die Netzhaut, Ort des SehensDie Linse, bricht das Licht

Kristall-körper

Seh-nerv

Welche Einrichtungen folgen an dieser Stelle gegen innen?

Hornhaut

Pupille in Iris

Linse

Glaskörper

Netzhaut

1 - Der Aufbau des Auges im Detail

Optische Einrich-tungen

Schichten

des Auges

Wahrnehmung

der Lichtqualitäten

1 - Auge und Kamera in Vergleich

Tatsächlich gibt es eine hohe Übereinstimmung der einzelnen Teile!

Das Auge ist auf WEIT eingestellt Die Lichtbrechung der Linse erzeugt auf der Netzhaut ein scharfes Bild (verkleinert und kopfstehend)

Werden Objekte angenähert, muss die Linse ihre Brechkraft verstärken, damit ein scharfes Bild entsteht. Die Brennweite ist geringer. Dies gelingt durch das Abkugeln der Linse!

2 - Die Abbildung von Objekten im Auge

Brennweiten der Linse

Dabei wird die Form der Linse, insbesondere ihre Dicke verändert. Wie?

2 - Die Anpassung der Brechkraft der Linse nennt man Akkommodation

WEIT akkommodiert

- Ziliarmuskeln erschlafft

- Bänder gespannt

- Linse aufgezogen

NAH akkommodiert

- Ziliarmuskeln kontrahiert

- Bänder locker

- Linse abgekugelt

Bei einer Tunnelausfahrt wird unser Auge mit einer Millionenfachen Lichtmenge konfrontiert …..

Eine Anpassung an die veränderte Helligkeit ist nötig, um überhaupt etwas SEHEN zu können.

Dasselbe gilbt auch bei der Einfahrt in den Tunnel in umgekehrter Weise!

Dabei spricht man von Adaption!

3

3 - Die Adaption

Bei Abnahme der Lichtintensität wird die Pupillenöffnung geweitet.

3 - Die Adaption

Die hauptsächliche Anpassung an Helligkeitsänderungen erfolgt jedoch

an den Sehzellen in der Netzhaut.

Netzhaut

Stäbchen

Zapfen

Nehmen Hell-Dunkel-Unterschiede wahr

Erzeugen Farbeindrücke

Die Netzhaut besitzt Millionen von Sinneszellen, die Licht aufnehmen vermögen. Man unterscheidet von Form und Funktion her Stäbchen und Zapfen.

4 - Die Netzhaut

Die Netzhaut besitzt nicht nur die Schicht mit Stäbchen und Zapfen, sondern darüber (!) Schichten von Nervenzellen, welche Verschaltungen vornehmen und zum Sehnerv führen!

Austrittsstelle des Sehnervs aus der Netzhaut

4 - Die Netzhaut

Glücklicherweise erkennen wir nicht bloss Hell-Dunkel-Unterschiede sondern Farben.

4 - Die Netzhaut

Wir nehmen verschiedene Strahlungsqualitäten als Farben wahr, die wir als sichtbares Licht kennzeichnen.

Für unser Auge unsichtbar bleiben die Ultraviolette Strahlung, das Infrarot, die Gammastrahlung und die Mikrowellen …

Der Unterschied der verschiedenen Strahlen liegt in ihrer Wellenlänge:

Blaues Licht hat eine kleinere Wellenlänge als das Rotlicht. Wir sehen Strahlung im Bereich 350-700 nm als Abfolge vieler Farbtöne.

5 – Das Farbensehen

Helle und dunkle Farb-eindrücke sind ein Produkt von Zapfen UND Stäbchen! Stäbchen erzeugen also nicht Schwarz-Weiss-Bilder!

Es gibt drei Zapfentypen!

Rot-empfindliche Zapfen (560 nm)

Grün-empfindliche Zapfen (530 nm)

Blau-empfindliche Zapfen (420 nm)

Zapfen sind weniger lichtempfindlich als Stäbchen!

Grün-empfindliche Zapfen und Stäbchen (gering) reagieren

Grün-empfindliche Zapfen und Stäbchen (stark) reagieren

Rot-empfindliche Zapfen und Stäbchen (stark) reagieren

Nur Stäbchen reagieren (gering)

Weder Zapfen noch Stäbchen werden angeregt

Farbfläche …

tagsüber

In der Dämmerung

nachts

Aufgrund der drei Zapfen-typen ergeben sich alle andern Mischfarben. Bei weiss werden alle drei gleichermassen angeregt.

Kommt es zu Funktions-störungen bei einem Zapfen-typen ergibt sich eine Farben-blindheit, z. B. rot-grün-blind.

6 - Das räumliche Auflösungsvermögen

.... .. .... .. ..

Wir vermögen zwei Bildpunkte voneinander zu unterscheiden.

Sind sie sehr klein oder sehr weit weg, ver-schmelzen sie irgendwann zu einem Punkt – dann haben wir die räumliche Auflösungs-grenze unserer Netzhaut überschritten.

Probieren sie aus – wann ist ihre Grenze erreicht?

..

7 - Das zeitliche Auflösungsvermögen

Der Balkenbewegung vermag man gut zu folgen.

Die Spiralbewegung jedoch verschwimmt.

7 - Das zeitliche Auflösungsvermögen

Dieser Ablauf ist so schnell, dass er verschwommen abläuft.

Dieser Ablauf ist noch aufzulösen – man erkennt die einzelnen Bilder. Die Grenze liegt bei 25 Bilder pro Sekunde.

Sammellinsen mit kon-vexer Form sammeln parallele Lichtstrahlen durch Brechung (2x) im Brennpunkt P im Ab-stand der Brennweite.

Dünne Linsen haben eine geringere Brech-

kraft und damit eine grössere Brennweite.

Brennweite

P

8 - Sehfehler - Linsen

Streulinsen mit konkaver Form streuen parallele Lichtstrahlen.

Ihre Brennweite ermittelt man geometrisch …..

Je dicker der Rand, desto stärker streuen die Linsen.


Linsen-Variationen

Auch Kontakt-linsen sind Linsen


Kontaktlinsen liegen im Trend – aber auch Brillen sind weiterhin modisch und attraktiv.


Apropos Brillen …

Normalsichtiges Auge WeitsichtigkeitBei Weitsichtigkeit ist der Augapfel zu kurz. Man sieht in der Nähe unscharf. Das scharfe Bild entsteht hinter der Netzhaut

Die Weitsichtigkeit wird mit einer Sammellinse korrigiert, welche bei der Brechung mithilft und das scharfe Bild wieder auf der Netz-haut abbildet.

Sehkorrektur

8 - Sehfehler - Korrekturen

Normalsichtiges AugeBei Kurzsichtigkeit ist der Augapfel zu lang. Man sieht in der Ferne unscharf. Das scharfe Bild entsteht vor der Netzhaut.

Kurzsichtigkeit

Sehkorrektur Die Kurzsichtigkeit wird mit einer Streulinse korrigiert, welche der Brechung der Linse entgegenwirkt und das scharfe Bild wieder auf der Netzhaut abbildet.

9 - Sehfehler - Korrekturen

9 – Gelber Fleck und blinder Fleck

Die Im gelben Fleck beträgt die Verschaltungen von Zapfen und Schaltzellen 1:1. Es ist der Ort des schärfsten Sehens!

Austrittsstelle des Sehnervs aus der Netzhaut im blinden Fleck

9 – Gelber Fleck und blinder Fleck

Lupe als Lesehilfe

Fotoapparat: variable Abbildung von Objekten

Mikroskop: Vergrösserung kleiner Objekte

Fernrohr: Vergrösserung weit entfernter Sterne

Optische Geräte

Starke Korrektur bei Weitsichtigkeit: Die Lasig.

Mit einem Laser wird die brechende Hornhaut punktweise abgetragen. Peripher kann auch Kurzsichtigkeit korrigiert werden.

Hierbei kann ebenso die fehlerhafte Hornhaut-verkrümmung korrigiert werden.

Operationen

Starke Korrektur bei Kurzsichtigkeit:

Mit einem Messer wird eine dünne Schicht der Hornhaut abgehoben und im inneren der Hornhaut gelasert, um die erwünschte Korrektur zu erhalten.

Dieses Verfahren ist weniger fehlerbehaftet.

Operationen

Sichere Korrektur bei Kurzsichtigkeit:

Mit einem Rundmesser wird eine Kanüle aussen in die Hornhaut gebohrt, in die ein Korrekturring eingesetzt wird, um eine erhöhte Wölbung der Hornhaut und damit eine Korrektur zu erhalten.

Dieses Verfahren ist am sichersten weil am wenigsten invasiv.

Operationen

Starke Korrektur bei Kurzsichtigkeit:

Zwischen Iris und Linse wird eine künstliche Linse eingesetzt, um eine erhöhte Brechkraft und damit eine Korrektur zu erhalten.

Operationen

Im Alter kommt es zur Trübung der Linse und dadurch zu einer allmählichen Erblin-dung.

Der einfache Austausch der inneren Linse bringt die vollständige Sehtüchtigkeit zurück!

Getrübte Linse, getrübte Sicht

Der graue Star

Voraussetzung für das räumliche Sehen sind zwei Augen!

Das räumliche Sehen

Nur im überlappenden Bereich kann räumlich gesehen werden.

Der Mensch besitzt ein enges aber weiträumiges Blickfeld im Vergleich zum Hund.

Stereobilder ermöglichen uns, zwei Bilder getrennt wahrzu-nehmen und zu kombinieren, dass ein räumlicher Eindruck entsteht.

Bei Brillen mit Farbfilter wird dem „roten“ Auge nur das grüne Bild präsentiert, dem „grünen“ Auge nur das rote Bild.

3 D – Bilder setzen auf die Tatsache: Bei einem regel-mässigen Muster werden zwei Punkte, die näher bei-einander liegen als näher empfunden. Dadurch wird ebenso eine räumliche Illusion erzeugt.

Die Informationen des Sehnerves gelangen in die Rinde am Hinterkopf, zur Sehrinde.

Dort sieht das Hirn!

Die Informationen werden im Gehirn neu dar-gestellt, bewertet und interpretiert.

Diese Deutung ist oftmals willkürlich, lässt also auch Fehldeutungen zu …. Und damit sind wir bei den optischen Täuschungen.

Dabei wird nicht als Auge sondern nur das Hirn getäuscht!

Optische Täuschungen

Vexierbilder - Umklappbilder

Vase oder zwei Gesichter?

Mädchen oder alte Frau?

Räumliche Täuschungen

Objekte, die in der geometrischen Wirk-lichkeit gar nicht existieren können.


Die berühmten Bilder von M. C. Escher!


Linientäuschungen

Die Querstriche verleiten uns anzunehmen, dass die langen Linien nicht parallel sind … sie sind es natürlich schon!

Helles ist lokal heller, dunkles ist lokal dunkler geworden.

Beispiel BuchstabenBeispiel Buchstaben

Unser Netzhautbild +/-Unser Netzhautbild +/-ohne Bearbeitung: ohne Bearbeitung:

Nach der KontrastverstärkungNach der Kontrastverstärkung

11 - Kontrastverstärkung


Beispiel Kreise: Beispiel Kreise: Wie unterscheiden sich die inneren Kreise farblich?Wie unterscheiden sich die inneren Kreise farblich?

Gar nicht; sie haben alle dieselbe Farbe!Gar nicht; sie haben alle dieselbe Farbe!


Beispiel Kreise: Beispiel Kreise: Wir meinen nur, sie würden gegen rechts heller, Wir meinen nur, sie würden gegen rechts heller, weil wir ihre Farbe relativ zur Umgebung weil wir ihre Farbe relativ zur Umgebung beurteilen oder einschätzen. beurteilen oder einschätzen.


Prinzip der KontrastverstärkungPrinzip der Kontrastverstärkung: : Helligkeitsunterschiede werden relativ zueinander Helligkeitsunterschiede werden relativ zueinander verstärkt, damit Übergänge deutlicher erkennbar verstärkt, damit Übergänge deutlicher erkennbar

werden. werden.

Durch die Organisation von rezeptiven Feldern auf Durch die Organisation von rezeptiven Feldern auf der Netzhaut kommt er zu einer mathematischen der Netzhaut kommt er zu einer mathematischen Kontrastierung zwischen dem Zentrum und der Kontrastierung zwischen dem Zentrum und der

Peripherie des Feldes. Sinnesreize werden somit Peripherie des Feldes. Sinnesreize werden somit verdeutlicht. verdeutlicht. Rezeptive FelderRezeptive Felder


Beispiel StreifenBeispiel Streifen

Was lässt sich über die Einheitlichkeit der Farbe Was lässt sich über die Einheitlichkeit der Farbe eines Streifens sagen?eines Streifens sagen?

Jeder Streifen Jeder Streifen ist völlig ein-ist völlig ein-heitlich ge-heitlich ge-färbt. färbt.

Der dunkle linke Der dunkle linke Rand und der Rand und der helle rechte Rand helle rechte Rand kommt nur durch kommt nur durch Kontrastverstär-Kontrastverstär-kung zustande. kung zustande.


Beispiel StreifenBeispiel Streifen

Jeder Streifen ist völlig Jeder Streifen ist völlig einheitlich gefärbt. einheitlich gefärbt.


Realer Farbübergang bei Streifen: Realer Farbübergang bei Streifen:

Bildhafte Erklärung der Kontrastverstärkung: Bildhafte Erklärung der Kontrastverstärkung:

Farbübergang durch Kontrastverstärkung: Farbübergang durch Kontrastverstärkung:


Welche Farbe hat der horizontale Balken? Welche Farbe hat der horizontale Balken?

Er ist einfarbig grau. Er ist einfarbig grau. In der Mitte besteht kurz In der Mitte besteht kurz Übereinstimmung mit der UmgebungÜbereinstimmung mit der Umgebung. .


Er ist einfarbig grau. Er ist einfarbig grau.


Beispiel Schneeflocken Beispiel Schneeflocken vor dunkler Wand: vor dunkler Wand:

Beispiel Schneeflocken Beispiel Schneeflocken vor hellem Sonnenlicht: vor hellem Sonnenlicht:

Sie erscheinen (auf der Sie erscheinen (auf der Schattenseite) relativ zum Schattenseite) relativ zum Hintergrund dunkler, werden Hintergrund dunkler, werden somit abgedunkelt: grau. somit abgedunkelt: grau.

1 - Bau des Auges

2 - Akkommodation

3 – Adaptation

4 – Netzhaut

5 – Farbensehen

6 - Räuml. Auflö- sungsvermögen

Die Leistungen des Sehsinnes im Überblick:

7 - Zeitl. Auflösungs-vermögen

8 – Sehfehler, Linsen

9 – Gelber und blinder Fleck, Operationen

10 – opt. Täuschungen

11 – Kontrastver-stärnkung