Das Auge ist eine kugelförmige, hohle Struktur, die aus drei Gewebeschichten besteht. Die äußere Schicht – die faserige Tunika – besteht aus der Sklera – einer weißen Struktur – und der Hornhaut, die transparent ist. Die Sklera umfasst einen Teil der Augenoberfläche, von der der größte Teil nicht sichtbar ist. Das “Weiß des Auges” ist beim Menschen jedoch im Vergleich zu anderen Spezies deutlich sichtbar. Die Hornhaut, eine durchsichtige Abdeckung an der Vorderseite des Auges, ermöglicht das Eindringen von Licht. Die mittlere Schicht des Auges, die Gefäßtunika, besteht hauptsächlich aus der Aderhaut, dem Ziliarkörper und der Iris. Die Aderhaut ist ein stark vaskularisiertes Bindegewebe, das den Augapfel hinter dem Ziliarkörper mit Blut versorgt. Der Ziliarkörper, eine muskuläre Einheit, ist durch Zonulenfasern oder Aufhängebänder mit der Linse verbunden. Diese helfen bei der Krümmung der Linsen und erleichtern die Fokussierung des Lichts auf den Augenhintergrund. Die Iris, der farbige Teil des Auges, überlagert den Ziliarkörper und ist an der Vorderseite des Auges sichtbar. Die Iris, ein kreisförmiger Muskel, erweitert oder verengt die Pupille, die zentrale Augenöffnung, die den Lichteintritt ermöglicht. Die Iris zieht die Pupille bei hellem Licht zusammen, wodurch sich die Pupille bei schwachem Licht erweitert. Die innerste Schicht, die neurale Tunika oder Netzhaut, beherbergt das Nervengewebe bei der Lichtwahrnehmung.

Das Auge kann in zwei verschiedene Abschnitte unterteilt werden: die vordere und die hintere Höhle. Der vordere Hohlraum zwischen der Hornhaut und der Linse – der die Iris und den Ziliarkörper umschließt – ist mit einer leichten Flüssigkeit gefüllt, die als Kammerwasser bekannt ist. Auf der anderen Seite dehnt sich der hintere Hohlraum vom Bereich hinter der Linse bis zur Rückseite des inneren Augapfels aus, wo sich die Netzhaut befindet. Dieser Hohlraum ist mit einer dickeren Flüssigkeit gefüllt, die als Glaskörper bezeichnet wird.

Die Netzhaut ist eine komplexe Struktur, die aus zahlreichen Schichten mit unterschiedlichen Zellen besteht, die für die Vorverarbeitung visueller Signale zuständig sind. Photorezeptoren, nämlich Stäbchen und Zapfen, reagieren auf Lichtenergie, indem sie ihr Membranpotential verändern. Diese Veränderung beeinflusst die Menge an Neurotransmittern, die die Photorezeptoren an die Bipolarzellen in der äußeren synaptischen Schicht absenden. In der Netzhaut ist es die Bipolarzelle, die einen Photorezeptor mit einer retinalen Ganglienzelle (RGC) verbindet, die sich in der inneren synaptischen Schicht befindet. Amakrinzellen helfen bei der Verarbeitung in der Netzhaut, bevor das RGC ein Aktionspotenzial erzeugt. Die Axone der RGCs, die sich in der tiefsten Schicht der Netzhaut befinden, aggregieren an der Sehscheibe, verlassen das Auge und bilden den Sehnerv. Da diese Axone die Netzhaut durchqueren, fehlen Photorezeptoren im hinteren Bereich des Auges, wo der Sehnerv beginnt. Daraus ergibt sich ein “blinder Fleck” in der Netzhaut und ein gleichwertiger blinder Fleck in unserem Sichtfeld.

Die komplizierte Struktur der Netzhaut besteht aus mehreren Schichten, die mit verschiedenen Zellen besiedelt sind, die alle eine entscheidende Rolle bei der anfänglichen Interpretation visueller Signale spielen. Die Photorezeptoren, insbesondere Stäbchen und Zapfen, reagieren empfindlich auf Lichtenergie, und diese Empfindlichkeit führt zu einer Verschiebung ihres Membranpotentials. Diese Verschiebung bestimmt anschließend die Menge an Neurotransmittern, die an die bipolaren Zellen in der äußeren synaptischen Schicht abgegeben werden. Die Bipolarzelle ist der Vermittler zwischen einem Photorezeptor und einer retinalen Ganglienzelle (RGC) in der inneren synaptischen Schicht innerhalb der Netzhaut. Die Verarbeitung in der Netzhaut wird durch Amakrinzellen unterstützt, bevor das RGC ein Aktionspotential erzeugt. Die Axone von RGCs, die sich in der innersten Schicht der Netzhaut befinden, laufen an der Sehscheibe zusammen und verlassen das Auge als Sehnerv. Aufgrund des Verlaufs, den diese Axone durch die Netzhaut nehmen, ist der hintere Teil des Auges, wo der Sehnerv entspringt, frei von Photorezeptoren. Dies führt zu einem “blinden Fleck” in der Netzhaut, der einen identischen blinden Fleck in unserem Gesichtsfeld widerspiegelt.

Es ist wichtig zu beachten, dass sich die Photorezeptoren (Stäbchen und Zapfen) in der Netzhaut hinter den Axonen, RGCs, Bipolarzellen und retinalen Blutgefäßen befinden. Diese Strukturen absorbieren eine beträchtliche Menge an Licht, bevor es die Photorezeptorzellen erreicht. Die Fovea befindet sich jedoch im Zentrum der Netzhaut – ein kleiner Bereich ohne Stützzellen und Blutgefäße, der nur Photorezeptoren beherbergt. Daher ist die Sehschärfe – die Klarheit des Sehens – an der Fovea optimal, da das einfallende Licht nur minimal von anderen Netzhautstrukturen absorbiert wird. Wenn man sich in eine beliebige Richtung vom fovealen Zentrum entfernt, kommt es zu einem merklichen Abfall der Sehschärfe. Jede der Photorezeptorzellen der Fovea ist mit einem einzelnen RGC verbunden. Daraus folgt, dass das RGC die Eingänge mehrerer Photorezeptoren nicht zusammenführen muss, was die Präzision der visuellen Transduktion erhöht.

Umgekehrt konvergieren an den Peripherien der Netzhaut mehrere Photorezeptoren auf RGCs (über die Bipolarzellen) in einem Verhältnis von bis zu 50 zu 1. Der Unterschied in der Sehschärfe zwischen der Fovea und der peripheren Netzhaut ist deutlich – konzentrieren Sie sich auf ein Wort, das in der Mitte dieses Absatzes positioniert ist, ohne Ihre Augen zu bewegen, und Wörter am Anfang oder Ende erscheinen verschwommen und unscharf. Die periphere Netzhaut ist für die Erstellung der Bilder in Ihrem peripheren Sichtfeld verantwortlich. Diese Bilder haben jedoch oft undeutliche, unscharfe Ränder, und die Wörter müssen klarer erkennbar sein. Ein erheblicher Teil der neuronalen Funktion der Augen konzentriert sich also darauf, die Augen und den Kopf zu bewegen, um sicherzustellen, dass wichtige visuelle Reize auf die Fovea zentriert sind.

Photorezeptoren, die Zellen, die für das Einfangen von Licht im Auge verantwortlich sind, bestehen aus zwei verschiedenen Komponenten: dem inneren und dem äußeren Segment. Ersteres beherbergt den Zellkern und verschiedene andere Zellorganellen, während letzteres ein Nischenbereich ist, der den Photoempfang ermöglicht. Es gibt zwei unterschiedliche Photorezeptortypen – Stäbchen und Zapfen –, die durch die Morphologie ihrer äußeren Segmente gekennzeichnet sind. Die Stäbchen – benannt nach ihren stäbchenartigen Segmenten – beherbergen membranöse Scheiben, die mit dem lichtempfindlichen Pigment Rhodopsin gefüllt sind. Die Zapfen-Photorezeptoren hingegen halten ihre lichtempfindlichen Pigmente in den Einstülpungen der Zellmembran, und ihre äußeren Segmente nehmen eine konische Form an. Zapfen-Photorezeptoren besitzen drei Photopigmente, nämlich Opsine, die jeweils auf eine bestimmte Lichtwellenlänge reagieren. Die Farbe des sichtbaren Lichts wird durch seine Wellenlänge bestimmt, und die Photopigmente im menschlichen Auge sind geschickt darin, drei Grundfarben zu unterscheiden: Rot, Grün und Blau.