Photorezeptoren sind die sogenannten Sehzellen, welche sich in der Retina des menschlichen Auges befinden. Die Sehzellen werden durch Licht aktiviert und liefern dem Gehirn Informationen über die Helligkeit, Farbe, Form und Position von Gegenständen. Sie besteht aus einem langen Fibrillenkörper, der von einer Membran umgeben ist.

Welche Photorezeptoren gibt es?

Die Photorezeptoren des menschlichen Auges sind überwiegend im Retina interne Pigmentepithelsegmente (ROIP) eingeordnet. Die Sehzellen bestehen aus einer langen Fibrillenkörper, die von einer Membran umgeben ist. Sie kommen in zwei Arten vor: 

• Zapfen sind vor allem für das Sehen bei Nacht und in der Dämmerung wichtig. Sie sind 0,2 – 2,0 µm groß und verstärken das vom Auge aufgenommene Licht. Dazu haben sie eine hochauflösende Photorezeptorzelle mit einer langen Fibrillenkörper (Retina interne Pigmentepithelsegmente – ROIP). Es gibt drei verschiedene Zapfenarten: rot, blau und grünabsorbierend. Diese haben je nach Farbei ein Absorbationsmaximum von bis zu 560 nm. Die Zapfen liefern den feinen Details der visuellen Wahrnehmung und ermöglichen die genaue Sehfunktion im Nahbereich.
• Stäbchen sind in der Regel 0,8 – 1,4 µm groß und fokussieren die Lichtstrahlen auf eine Körnchenart, die bei der Fotorezeption eine wichtige Rolle spielt. Sie sind vor allem für das Tageslicht zuständig. Das Absorbationsmaximum beträgt in etwa 500 nm.

Was ist der Unterschied zwischen Zapfen und Stäbchen?

Zapfen und Stäbchen unterscheiden sich in ihrer Funktion und Zusammensetzung. Die Zapfen sind für das Sehen bei Nacht und in der Dämmerung sowie für das Erkennen von feinen Details zuständig. Sie haben eine hochauflösende Photorezeptorzelle mit einer langen Fibrillenkörper (Retina interne Pigmentepithelsegmente – ROIP). Die Stäbchen sind für das Tageslicht zuständig und haben eine kurze Fibrillenkörper (Retina externe Pigmentepithelsegmente – RPE). 

Das Sehvermögen von Zapfen und Stäbchen ist unterschiedlich. Die Zapfen haben eine hohe Auflösung, sind aber nur schwer kombinierbar mit anderen Zapfentypen. Sie liefern Informationen über Bewegung und Abstand sowie Farben und Kontrast. Die Stäbchen haben weniger Auflösung und können nicht zwischen den Farben Rot und Grün unterscheiden. Sie liefern Informationen über Helligkeit, Bewegung und Farbe.

Wie entsteht ein elektrisches Membranenpotential?

Die Stäbchen und Zapfen sind auf derselben Seite der Retina angeordnet. Photorezeptoren sind bei Dunkelheit aktiv, bei Lichteinfall sind diese inaktiv. Durch die aktive Aktivität der Zapfen und Stäbchen entsteht ein elektrisches Membranenpotential, das über Nervenbahnen des Sehnervs an das Gehirn weitergeleitet wird. Die Informationen werden von den Zapfen in Form von Punkten aufgenommen, die zu Mustern zusammengesetzt sind. Diese Aussagen erlauben es dem Gehirn, Bewegungen und Objekte zu erkennen.

Zapfen sind in etwa 20 mal weniger Lichtempfindlich als Stäbchen. Die meisten Menschen haben genau fünf Stäbchen pro Quadratmillimeter und zwischen 30.000 und 100.000 Zapfen pro Netzhautblatt. Die meisten Zapfen sind blau-grün, mit einer Anteil von etwa 70% an der Gesamtzahl der Zapfen, während die restlichen 30% von Rot-Gelb-Zapfen (Lichtsinneszellen) gebildet werden.

Wie werden durch Belichtung die Ionenkanäle im Außenbreich geschlossen?

Durch die Lichtmenge, die auf die Netzhaut einwirkt, werden Ionenkanäle im Außenbreich geschlossen. Dadurch wird das elektrische Potenzial an der Grenzfläche zwischen Innen- und Außenbreich negativ. Diese Veränderung des elektrischen Potenzials führt dazu, dass die Membranpotentiale (bis zu 60 mV) in den Ganglienzellen erzeugt werden. Die Ganglienzellen kommunizieren mit den Neuronen in der Netzhaut und im Gehirn. Die Konditionierung wird als Veränderung von Verhalten oder Reaktion bezeichnet, die durch eine Reihe von Reizen erzeugt wird.

Erholung nach einem Lichtreiz

Die Zelle muss sich nach einem Lichtreiz erholen. Sie muss also in den Ruhezustand zurückkehren, damit sich die sogenannte cGMP-Konzentration wieder erhöhen kann. Diese erholende Phase beträgt etwa 10 Sekunden und wird durch eine Reihe von Reizen beeinflusst. Die Zellmembran ist nicht mehr elektrisch leitend, sodass der Lichtsensor nicht mehr aktiviert werden kann. Der Lichtreiz hat also keinen Einfluss mehr auf das Verhalten der Zelle. Die Rezeptoren werden wieder in ihren Ruhezustand zurückgefahren und die Neuronen im Gehirn kommunizieren nicht mehr mit den Photorezeptoren.