Unsere Sinne: Wie funktioniert Sehen?

Do it yourself anleitung

Wusstet Ihr, dass es manche Tiere gibt, die keine Augen besitzen? Zu diesen Tieren zählen z.B. Quallen, Seesterne und vor allem Tiere in der Tiefsee. Da es dort kein Licht gibt, haben Tiefsee-Tiere ihr Sehvermögen zurückentwickelt und sich auf andere Sinne spezialisiert. Für den Menschen ist das undenkbar, denn für uns sind die Augen das wichtigste Sinnesorgan. Wir nehmen den Großteil aller Eindrücke unserer Umwelt über die Augen wahr und sind stark auf sie angewiesen. 

 

Wir zeigen Euch ein paar spannende Experimente, mit denen Ihr etwas über Eure Augen lernen könnt. Mit unseren Anleitungen könnt Ihr sogar selbst ein künstliches Auge basteln und Eure Freunde testen.

Los geht’s - viel Spaß!


Ihr wollt mehr über das Auge erfahren?

Wie funktioniert das Auge genau? Wie sehen wir? Warum brauchen manche Menschen eine Brille oder Kontaktlinsen? Unten findet Ihr Zusatzinformationen rund um den Sehsinn
und Links zu Infomaterial, das wir online zum Thema aufgestöbert haben! Lasst Euch außerdem Teil 2 unserer Reihe nicht entgehen: Von allen Sinnen: Optische Illusionen.


Auf einen Blick

  • Geeignet für Altersgruppe: ab ca. 9 Jahren

  • Besonders interessant für: Kinder und Jugendliche, Experimentierfreudige, angehende Wissenschaftler*innen und Mediziner*innen

  • Dauer: ca. 10-30 min pro Experiment


Versuch 1: So funktioniert Sehen

Mit diesem Experiment könnt Ihr die Vorgänge im Auge veranschaulichen und somit den Aufbau besser verstehen.


Material

  • Gebraucht wird:

  • Kugelförmiges Glas (Goldfischglas, Kugelvase, Bowleschüssel… ca. 20cm Durchmesser)

  • Papiertaschentuch

  • Klebeband

  • Lupe

  • Schere

  • Etwas Knete

  • Kartonpapier

  • Taschenlampe


Ablauf

Schritt 1: Taschentuch befestigen

Klebt das Papiertaschentuch mit Klebeband außen an das Glas. Das Taschentuch ist in diesem Versuch die Netzhaut des Auges (Retina), also die Projektionsfläche. Die Kugelvase steht für den Augapfel des Menschen.


Schritt 2: Figur ausschneiden

 Malt auf das Kartonpapier eine Figur (ca. 4cm), bei der sich oben von unten deutlich unterscheidet und schneidet diese aus. Diese Figur ist das Bild, das wir sehen, sobald wir etwas anschauen.
Bedenkt dabei: je größer Eure Figur ist, desto mehr Platz braucht Ihr am Ende.

Alternative

Ihr könnt Euch völlig frei überlegen, was für eine Figur Ihr ausschneiden wollt. Eurer Fantasie sind fast keine Grenzen gesetzt, denkt nur daran, dass es kein Kreis oder ähnliches sein sollte.


Schritt 3: Lupe und Figur aufstellen

Stellt erst die Lupe, dann die Figur mit Hilfe der Knete vor das Glas. Die Lupe ist in diesem Fall die Linse des Auges. Den Abstand zwischen Glas, Lupe und Figur müsst Ihr später noch etwas anpassen, damit Ihr ein  scharfes Bild bekommt.

Tipp

Je stärker Eure Lupe vergrößert, desto weniger Platz braucht Ihr am Ende. Der Versuch funktioniert natürlich auch mit einer billigeren bzw. einfacheren Lupe, Ihr braucht nur ein wenig länger und mehr Platz (rechnet mit Metern, nicht mit Zentimetern) zum Scharfstellen.


Schritt 4: Beleuchten

Leuchtet die Figur mit der Taschenlampe an, sodass das Licht durch Lupe und Kugelglas auf das Papiertuch fällt. Das Licht fällt durch die Figur auf die Lupe. Die Linse bricht dann die Lichtstrahlen und ein Abbild wird erzeugt. Durch diese Brechung wird das Bild auf dem Kopf/umgedreht und verkleinert auf der „Netzhaut“ abgebildet.


Erklärung und Zusatzinformationen

Doch wieso steht das Bild auf dem Kopf und wieso ist es kleiner als vorher? Normalerweise wird eine Lupe doch zum Vergrößern von Bildern oder Texten verwendet. Die Antwort findet sich in den Regeln der Physik. Das Glas der Lupe hat eine bestimmte Form, und zwar eine konvexe Sammellinse. Das bedeutet nichts anderes, als dass die Linse C-förmig nach außen gebogen ist und das Licht, welches einfällt gebündelt und nicht gestreut wird (Merkspruch: Konvex ist der Rücken der Hex’.). Das sieht ungefähr so aus wie in der Zeichnung. Auf der linken Seite ist das Original (das Bild), in der Mitte seht Ihr die Linse, während auf der rechten Seite das Abbild ist, also das was in unserem Experiment auf der Netzhaut ankommt.

Nach diesem Experiment stellt sich Euch vielleicht die Frage, warum für uns dann nicht die ganze Welt auf dem Kopf steht. Das liegt daran, dass das menschliche Gehirn extrem leistungsstark ist. Nachdem das spiegelverkehrte, verkleinerte Bild auf die Netzhaut (Papiertaschentuch) trifft, sendet diese die entsprechenden Signale mit Hilfe des Sehnervs an das Gehirn (Primärer Visueller Cortex). Dort wird das Bild dann umgedreht, sodass es „richtig“ steht. Doch woher weiß unser Gehirn was “richtig” ist? Das ist eine schwierige Frage, die noch stark diskutiert wird. Was man allerdings weiß ist, dass uns unser Tastsinn und die Interaktion mit der Umgebung dabei hilft. Das kann man mit einer so genannten Umkehrbrille ganz leicht selbst testen. So eine Brille dreht alles was Ihr seht auf den Kopf. Tragt Ihr diese jetzt ein paar Tage gewöhnt sich Euer Gehirn daran und sorgt dafür, dass alles wieder richtig herum steht.

Doch unser Sehapparat kann noch viel mehr. Da unser Gehirn sich zu einem großen Teil mit dem Sehen beschäftigt, wurden evolutionär bedingt „shortcuts“ (also Abkürzungen oder Vereinfachungen) entwickelt. Deswegen bevorzugt das menschliche Gehirn Muster bevorzugt und kann auf optische Tricks reinfallen. Optische Illusionen hängen also stark mit unseren Erwartungen, Erfahrungen und unserem Fokus zusammen. Probiert es doch einfach einmal selbst aus, bei dem zweiten Teil aus unserer Sehen-Reihe:


Versuch 2: Nachweis des blinden Flecks

Unsere Augen zeigen uns zuverlässig und lückenlos was um uns herum geschieht. Daher fällt es schwer zu glauben, dass es dennoch eine Stelle im Auge gibt, die kein Sehvermögen besitzt. Mit dem folgenden Experiment kann der blinde Fleck entlarvt werden!


Material

  • Gebraucht wird:

  • Ein williger Probant (Versuchsperson)

  • Unsere Druckvorlage bzw. ein Bildschirm (größer als ein Handy-Display)


Ablauf

Unter diesem Text seht Ihr ein Eichhörnchen und eine Haselnuss. Kommt mit eurem Gesicht nahe an den Bildschirm heran oder druckt euch die Vorlage aus und haltet sie Euch nahe vor euer Gesicht. Haltet Euch das linke Auge zu und betrachtet mit dem rechten ganz intensiv das Eichhörnchen. Das Eichhörnchen sollte sich genau vor eurem rechten Auge befinden. Nun könnt Ihr Euch langsam von der Zeichnung entfernen, allerdings ohne dabei die Blickrichtung zu ändern! Bei einem bestimmten Abstand scheint die Haselnuss zu verschwinden, da das Bild auf den blinden Fleck trifft.

 

 


Erklärung

Im hinteren Teil unseres Auges befindet sich die Netzhaut. Auf ihr sitzen sehr viele Sinneszellen, welche die Informationen über das einfallende Licht aufnehmen und über den großen Sehnerv an das Gehirn weitergeben. Die Stelle, an der der Sehnerv aus dem Auge heraustritt wird als blinder Fleck bezeichnet, da hier keine Sinneszellen vorkommen. Das ist der einzige Bereich ohne Nervenzellen, auf allen anderen Stellen der Netzhaut sind zahlreiche Sinneszellen vorhanden. Ihr könnt den blinden Fleck auch auf dem Foto von der Netzhaut sehen. Im Alltag fällt Euch das normalerweise nicht auf, da euer Gehirn diese Stelle mit anderen Bildinformationen füllt. Auch bei diesem Versuch seht Ihr an Stelle der Zeichnung zumindest das Weiße des Papiers bzw. Bildschirms. Ihr seht nur eben nicht die Haselnuss, da euer Gehirn keine Informationen darüber erhält, solange sich das Bild auf dem blinden Fleck befindet.


Viel Spaß
beim Ausprobieren!


Erfahrt mehr!

Aufbau des Auges

 

Sicherlich wisst Ihr schon, dass das menschliche Auge eine etwas asymme-trische Kugel ist und aus vielen Bestand-teilen aufgebaut ist. Wenn Ihr euer Augenlid etwas nach oben zieht, könnt ihr die Kugelform sehen. Der Augapfel ist in die Augenhöhle eingebettet und fast voll-ständig von einer schützenden Lederhaut umhüllt. Die Lederhaut ist das Weiße in eurem Auge. Sie wird in dem vorderen, sichtbaren Bereich von einen dünnen, feuchten Bindehaut bedeckt. An der Vorderseite des Auges befindet sich die Regenbogenhaut, welche auch Iris genannt wird und als Blende fungiert. Sie bestimmt, wieviel Licht in die schwarze Öffnung in der Mitte der Regenbogenhaut einfällt.

Wenn Ihr jemanden nach seiner Augenfarbe fragt, fragt Ihr also nach der Farbe der Regenbogenhaut. Der schwarze Kreis im Inneren der Regenbogenhaut ist die Pupille. Die Pupille wird auch als Sehloch bezeichnet und ist eine kleine Öffnung durch die das Licht in das Auge einfallen kann.

Vor der Iris und der Pupille befindet sich nicht die Lederhaut, sondern die sogenannte Hornhaut. Diese ist gewölbt und bildet somit eine kleine Kammer aus, welche mit Flüssigkeit gefüllt ist. Die Aufgabe der Hornhaut besteht darin, dass einfallende Licht zu brechen. Damit das Licht überhaupt ins Auge einfallen kann, ist die Hornhaut ganz klar und durchsichtig und nicht weiß, so wie die Lederhaut. Im Inneren des Auges, direkt hinter der Pupille befindet sich eine Linse, welche die gleiche Funktion wie die Hornhaut besitzt. Die Lichtbrechung der Hornhaut und der Vorkammer ist jedoch größer, da Flüssigkeiten eine stärkere Brechkraft besitzen als Luft.

 

 

 

 

 

Das Augeninnere wird vollständig von dem sogenannten Glaskörper ausgefüllt. Er besteht fast ausschließlich aus Wasser und sorgt für Stabilität. Der hintere Teil des Auges wird von einer weiteren Haut, der Netzhaut bedeckt. Auf dieser liegen sehr viele Nervenzellen, die das Licht in ein elektrisches Signal umwandeln und über den Sehnerv an das Gehirn weitergeben.


Sehschwächen und Sehhilfen

Manche Menschen besitzen leichte Veränderungen im Aufbau des Auges und können dadurch schlechter oder unscharf sehen.
Solche Sehschwächen können bereits angeboren sein oder auch erst im Laufe des Lebens auftreten und ganz unterschiedliche Ursachen haben.

Kurz- und Weitsichtigkeit

Diese beiden Sehfehler sind Euch vermutlich bekannt. Hier ist das Problem, dass das Bild nicht direkt auf die Netzhaut fällt, sondern davor oder dahinter fokussiert wird und die Betroffenen somit bei bestimmten Entfernungen unscharf sehen.

Bei der Kurzsichtigkeit kann das daran liegen, dass der Augapfel zu lang oder die Brechkraft der Linse und Hornhaut zu stark ist. Dadurch wird das Bild bereits vor der Netzhaut abgebildet.                             

Bei der Weitsichtigkeit ist es genau umgekehrt. Die Ursachen sind also ein zu kurzer Augapfel oder eine zu schwache Brechkraft der Linse und Hornhaut, sodass das Bild hinter der Netzhaut abgebildet wird.

 

Kurz- und Weitsichtigkeit können allerdings gut durch eine künstliche Linse, also eine Brille oder Kontaktlinsen, ausgeglichen werden.
Man unterscheidet diese Linsen in Zerstreuungs- und Sammellinsen. Zerstreuungslinsen helfen kurzsichtigen Menschen dabei, eine zu hohe Brechkraft auszugleichen und Sammellinsen sorgen bei weitsichtigen Menschen für eine zusätzliche Lichtbrechung.

Kurzsichtigkeit mit Zerstreuungslinse:

Weitsichtigkeit mit Sammellinse:

Farbsehschwächen: Beispiel Rot-Grün-Schwäche

Farbsehschwächen sind Farbsinnstörungen und genetisch bedingt. Sie sind also bereits angeboren, verschlimmern sich jedoch glücklicherweise in den meisten Fällen auch nicht.
Die bekannteste Form ist die Rot-Grün-Schwäche, bei der die Betroffenen diese beiden Farben kaum unterscheiden können.

Der Grund für diese Farbsehschwäche ist eine Störung der Sinneszellen auf der Netzhaut.
Es gibt drei unterschiedliche Arten der Zapfen, welche Rezeptoren für rotes, grünes und blaues Licht besitzen. Bei Betroffenen mit dieser Sehschwäche liegt bei den Rezeptoren für rotes oder grünes Licht eine Störung vor. Die Rezeptoren reagieren kaum oder gar nicht bei Licht
mit der entsprechenden Wellenlänge, sodass das Gehirn auch nicht die richtigen Informa-tionen erhält um die tatsächliche Farbe zu ermitteln.

So sehen Menschen mit Rot-Grün-Schwäche eine Ampel.


Brailleschrift

Blinde können zwar nicht sehen, dafür sind bei ihnen häufig die anderen Sinne besonders geschärft. So können blinde Menschen zum Beispiel an Stelle ihrer Augen mit den Fingerspitzen lesen. Die Schrift nennt sich Brailleschrift und verwendet statt der Buchstaben verschiedene Muster mit bis zu sechs erhabenen Punkten. Der Tastsinn von Blinden ist besonders empfindsam, sodass sie die winzigen Punkte erkennen und in einen Kontext bringen können.


Weiterführende Links

Erstellt von Luisa Wensky und Sandra Kollmansperger






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