Gedruckt am: 24.10.2014
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Perfektes Teamwork

Sie hat Zellen speziell für die Nachtsicht und andere zum Farbensehen, dazu noch ein Zentrum für besonders scharfe Bilder: Die Netzhaut nutzt ihren spärlichen Platz optimal – und ist ein Paradebeispiel für gelungene Arbeitsteilung.

Immunhistochemische Färbung der Retina: Müllerzellen sind grün, Stäbchenbipolarzellen rot und nukleäre Schichten blau eingefärbt. Copyright: Antje Wurm, Paul Flechsig Institut für Hirnforschung, Universität Leipzig

„Das Auge hat sein Dasein dem Licht zu danken“ schrieb Johann Wolfgang von Goethe 1810 in seinem „Entwurf einer Farbenlehre“. Damit lag der große Dichter und Denker zwar keineswegs falsch, doch so mancher Sinnesphysiologe würde den schönen Satz wohl noch präzisieren und das Wort Auge durch Netzhaut ersetzen. Denn die Netzhaut ist der Teil des visuellen Systems, der Lichtenergie in elektrische Signale umwandelt. Sie übersetzt also den Sehreiz in die Sprache, die die Nervenzellen im Gehirn verstehen. Oder, um es mit Goethe zu sagen, „das Sehen hat sein Dasein der Netzhaut zu danken“.

Angesichts der enormen Leistungsfähigkeit unseres wichtigsten Sinnes, kann man die Retina, wie sie abgeleitet vom lateinischen rete – Netz – auch genannt wird, ohne Übertreibung als Wunderwerk der Evolution bezeichnen. So arbeitet das nur 0,2 Millimeter dünne Gewebe, das den rückwärtigen Teil des Augapfels innen auskleidet, derart präzise, dass wir selbst in großer Entfernung noch Details erkennen können. Zwar funktioniert dies bei strahlendem Sonnenschein am besten, doch auch an schlechte Lichtverhältnisse ist die Netzhaut angepasst und ermöglicht uns, selbst in einer mondlosen Nacht noch relativ gut zu sehen. Die selektive Empfindlichkeit der Netzhaut für Licht verschiedener Wellenlängen sorgt dafür, dass wir Farben unterscheiden können. Bemerkenswert ist auch, dass die Retina diese Informationen gleich weiterverarbeitet und sie in Form von elektrischen Signalen, so genannten Aktionspotentialen, ans Gehirn schickt.

Lichtempfindliche Moleküle arbeiten als Übersetzer

In der Embryonalentwicklung entsteht die Netzhaut als Ausstülpung des Neuralrohrs, aus dem das gesamte Zentralnervensystem hervorgeht, und ist somit ein Teil des Gehirns. Auf einer Fläche von nur wenigen Quadratzentimetern, als Größenvergleich muss in Lehrbüchern oft das alte Fünfmarkstück herhalten, drängen sich etwa 126 Millionen Lichtsinneszellen. Jeder dieser Photorezeptoren besitzt ein Außensegment, das einen Stapel so genannter Membranscheibchen enthält. In diesen Disks befinden sich Photopigmente. Sie absorbieren Licht, lösen dabei eine Veränderung des Membranpotenzials des Photorezeptors aus und transformieren so den Lichtreiz in ein elektrisches Signal um. Diesen Umwandlungsvorgang, der dem gesamten Sehprozess zu Grunde liegt, nennt man Phototransduktion.

Doch um überhaupt an den Ort des Geschehens zu gelangen, hat der Lichtreiz bereits einen weiten Weg durch die Netzhaut zurückgelegt. Die Retina ist nämlich aus mehreren Zellschichten aufgebaut: Zum Augeninneren gerichtet befinden sich die Ganglienzellen, gefolgt von einer Lage mit den Zellkörpern von Amakrinzellen, Bipolarzellen und Horizontalzellen, dann kommen die Zellkörper der Lichtsinneszellen und dazwischen liegen noch zwei Schichten mit den synaptischen Verbindungen zwischen diesen Zelltypen. Die lichtempfindlichen Außensegmente bilden erst die abschließende Schicht ganz hinten.

    Zeichnung der Retina. Copyright: Santiago Ramon y Cajal, 1900.
Zeichnung der Retina. Copyright: Santiago Ramon y Cajal, 1900.

Dieser Aufbau wirkt auf den ersten Blick unsinnig, muss doch das Licht erst alle anderen Zellschichten durchqueren, bis es auf die Photorezeptoren trifft. Bei genauerem Hinsehen ist deren Lage nicht nur unproblematisch, sondern sogar äußerst sinnvoll. Zum einen sind die Netzhautzellen vor den Photorezeptoren relativ transparent, sodass das Bild kaum getrübt oder verzerrt wird. Zum anderen liegen die Außensegmente direkt am Pigmentepithel. Diese schwarze Schicht an der hinteren Wand des Auges absorbiert sämtliches Licht, das die Netzhaut durchdringt, und minimiert so Lichtreflexionen, die das Bild unscharf machen könnten. Außerdem spielt das Pigmentepithel eine entscheidende Rolle bei der Erneuerung der Photorezeptoren und des Photopigments.

Unterteilung nach Zuständigkeitsbereichen

Von den 126 Millionen Lichtsinneszellen der Retina sind etwa sechs Millionen Zapfen und rund 120 Millionen Stäbchen. Diese zwei Arten von Photorezeptoren unterscheiden sich ein wenig in ihrer Form, vor allem aber in ihrer Funktion. Die Stäbchen sind besonders lichtempfindlich und können selbst ein einzelnes Photon, das ist die kleinste Einheit des Lichts, detektieren und in ein elektrisches Signal umwandeln. Deshalb sind sie für das Sehen in Dämmerung und Nacht zuständig, auch skotopisches Sehen genannt – abgeleitet von den griechischen Worteb skotos für „Dunkelheit“ und ops für „Auge“. Bei Tageslicht beziehungsweise unter photopischen Bedingungen erledigen hingegen die Zapfen den größten Teil der Arbeit. Sie liefern besonders präzise und detailreiche Informationen über der Außenwelt und sorgen zudem dafür, dass der Mensch Farben wahrnehmen kann. Die Netzhaut besitzt also zwei funktionelle Systeme, die an unterschiedliche Beleuchtungsbedingungen angepasst sind.

An einer Stelle der Retina gibt es aber weder Stäbchen noch Zapfen, und zwar dort, wo der aus den Axonen der Ganglienzellen bestehende Sehnerv, der Nervus opticus, die Netzhaut verlässt. Der Ort im Gesichtsfeld heißt blinder Fleck, weil auftreffendes Licht hier kein Abbild der Umwelt erzeugen kann. Zwar lässt sich der blinde Fleck mit einem Test „sichtbar“ machen, doch im Alltag nimmt man ihn überhaupt nicht wahr. Denn das Gehirn gleicht diese Lücke aus und vervollständigt die fehlenden Informationen, sodass wir die Welt stets komplett sehen.

Fovea centralis als Zentrum des Sehens

Schaut sich der Arzt mit dem Ophthalmoskop den Augenhintergrund an, kann er die Austrittstelle des Nervus opticus erkennen, ebenso wie den gelben Fleck, ein etwa drei Millimeter messendes kreisförmiges Gebiet in der Mitte der Netzhaut. Entdeckt wurde die Macula lutea, so die Fachbezeichnung, übrigens 1779 von Samuel Thomas Soemmerring, der nicht nur einer der bedeutendsten deutschen Anatomen war, sondern auch dem eingangs erwähnten Goethe einen von ihm präparierten Elefantenschädel lieh.

Ihre Färbung verdankt die Macula lutea einem gelblichen Pigment, dem Lutein. Auffällig ist außerdem, dass es in diesem Areal deutlich weniger Blutgefäße gibt als in der übrigen Retina. Das Zentrum des gelben Flecks ist sogar vollkommen gefäßfrei, weil nichts dem einfallenden Licht den Weg versperren soll. Denn dort, in direkter Verlängerung des Scheitelpunkts der Augenlinse, befindet sich die Fovea centralis – der Ort des schärfsten Sehens und des besten Farbensehens.

Zeichnung der Macula lutea. Copyright: Samuel Thomas Sömmering, Franfurt am Main, 1801.
Zeichnung der Macula lutea. Copyright: Samuel Thomas Sömmering, Franfurt am Main, 1801.
In der knapp einen halben Millimeter großen Fovea sitzen ausschließlich Zapfen, dicht an dicht. Dass hier das Verhältnis von Photorezeptoren zu weiterverarbeitenden Ganglienzellen deutlich niedriger als in der Netzhautperipherie ist, verbessert die Sehschärfe zusätzlich.

Und noch eine weitere Besonderheit maximiert die Auflösung: An dieser Stelle der Netzhaut sind die Zellschichten über den Photorezeptoren, die das Licht streuen und das Bild verschleiern könnten, zur Seite verlagert. So entsteht eine grubenförmige Einbuchtung, in der das Licht ungehindert auf die Sinneszellen fällt. Deshalb nennt man die Fovea auch Sehgrube.

Die Fovea centralis ist also sowohl strukturell als auch funktional auf eine Sache spezialisiert - bei Tageslicht Details so fein wie möglich aufzulösen. Alles, was man genau sehen will, wird mit den Augen fixiert und so auf diesen Punkt der Netzhaut abgebildet: die Buchstaben beim Lesen, der Tennisball bei der knallharten Vorhand, das Gesicht des Gegenübers bei einer heißen Diskussion. Die umgebende Netzhaut dient vor allem der Umfeldwahrnehmung, dem Erkennen von Dingen „aus den Augenwinkeln“. Somit haben die verschiedenen Strukturen, Regionen und Photorezeptor-Typen der Retina alle ihren eigenen Aufgabenbereich. Und gemeinsam bilden sie ein perfekt funktionierendes Team.

Das Wichtigste in Kürze

  • Die Netzhaut oder Retina sitzt am rückwärtigen Teil des Augapfels und übersetzt den Lichteinfall in Nervenimpulse. Dabei analysiert sie das Bild nach Kriterien wie Kontrast und Farbe.
  • Auf der Netzhaut befinden sich etwa 126 Millionen Lichtsinneszellen, davon sind sechs Millionen Zapfen für das Farbsehen und 120 Millionen Stäbchen für das Sehen bei schwachem Licht.
  • Die Zapfen sind bei Tageslicht aktiv, sie brauchen viel Licht. Es gibt drei Typen, die auf verschiedene Wellenlängen reagieren und so unser Farbsehen bestimmen.
  • Die Fovea centralis der Punkt der Netzhaut für das schärfste Sehen. Hier sitzen nur Zapfen, dicht an dicht.
Infos zum Beitrag:
Autor:
Tanja Krämer
Datum:
18.08.2011
Schlagwörter:
Auge
Farbwahrnehmung
Fotorezeptor
Retina
Sehen
Wissenschaftliche Betreuung:
Prof. Dr. Johann Helmut Brandstätter
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