De informatie in dit stuk is gebaseerd op Anderson (2005), Boron & Boulpaep (2005), Kalat (2004) en Wickens e.a. (2004).

Oog bestaat uit kegeltjes en staafjes

Het lichtgevoelige gedeelte van onze ogen, het netvlies, is opgebouwd uit kegeltjes en staafjes. Als er licht valt op deze kegeltjes en staafjes geven deze informatie door aan de hersenen. In het centrum van het netvlies bevinden zich uitsluitend kegeltjes. Dit noemen we de fovea. Buiten de fovea bevinden zich vooral staafjes (ook kegeltjes, maar veel minder dan de fovea). Dit noemen we de periferie. Lees ook ‘waarom zien we kleur?‘  voor meer uitleg over de werking van het oog.

Kegeltjes en staafjes verschillen in lichtgevoeligheid

Kegeltjes hebben, in vergelijking met staafjes, veel licht nodig om geactiveerd te worden. Andersom gezegd; de staafjes zijn erg lichtgevoelig.

Het verschil in lichtgevoeligheid tussen de kegeltjes en staafjes komt mede door de verbinding die ze maken met de hersenen. Ieder afzonderlijk kegeltje in de fovea heeft een (bijna) directe verbinding met de hersenen. Het signaal die de staafjes doorgeven als er licht op valt, daarentegen, wordt eerst gecombineerd met signalen van andere staafjes (soms wel meer dan 100) voordat deze naar de hersenen wordt gestuurd. (Het is dan ook niet verwonderlijk dat we voor ieder kegeltje minstens 16 staafjes in ons netvlies hebben.)

De cellen die signalen versturen in ons lichaam hebben een soort ‘drempel’. Als er te weinig gebeurd, waardoor het signaal dat ze ontvangen onder de drempel blijft, dan doen ze niets. Dus als er te weinig licht valt op een lichtgevoelige cel, dan gebeurd er niets.

Dit fenomeen is te ‘omzeilen’ door cellen te groeperen. Dit is het geval in de periferie, daar geven de staafjes hun signaal door aan een cel die de signalen ‘combineert’. Daardoor kunnen vele kleine beetjes aan licht die op de staafjes vallen er voor zorgen dat er wel een signaal wordt verzonden (de signalen worden dan als het ware bij elkaar opgeteld), waardoor we dus ook bij weinig licht kunnen zien.

Dat de kegeltjes en staafjes op deze manier zijn geordend, is geen toeval als je kijkt waarvoor we de cellen gebruiken.

Dicht op elkaar gepakte kegeltjes zorgen voor detail

Voor activiteiten waarbij detail belangrijk is, zoals het lezen van deze tekst, gebruiken we onze kegeltjes in het centrum van het netvlies (dit is waarop we ons ‘focussen’). De kegeltjes in de fovea zijn in vergelijking met de staafjes in de periferie dichter op elkaar gepakt en kunnen daardoor gedetailleerder informatie doorgeven.

Cellen in de periferie ruimer verdeeld

De periferie, de naam zegt het al, is om de buitenkant van het zichtveld in de gaten te houden. Voor ons doel om te overleven is het erg prettig om te weten of er gevaar aan komt. Omdat het gedeelte van ons zichtveld waar we ons op focussen (dat deel wat op de fovea valt) erg klein is, en de rest van het zichtveld dus erg groot, is de kans dat gevaar aan de buitenkant van ons zichtveld komt, relatief groot.

Het is daarom voor onze overlevingskansen handig dat we ook kleine veranderingen in de periferie van ons zichtveld waarnemen. We kunnen dan snel bijdraaien met ons hoofd en ogen om in te schatten of er echt een gevaar is of niet. Dat we met onze periferie gemakkelijk verandering met weinig licht kunnen waarnemen, is niet de enige uitwerking van dit verschil in lichtgevoeligheid en plaatsing van cellen.

Een lichtje aanzetten, maakt je tijdelijk blind

Als het donker wordt (en er dus minder licht op het netvlies valt), neemt de werking van deze kegeltjes snel af. Je merkt dit bijvoorbeeld doordat je een boek minder goed kunt lezen als het donkerder wordt. We lossen dit op door een lichtje aan te zetten.

Er zit één bijwerking aan deze oplossing; als je in een goed verlichte kamer zit, zie je slecht of niks als je in een donkere omgeving kijkt. Dit is een vervelende bijwerking als je op een boot, in een onderzeeër of vliegtuig zit. Je leven kan afhangen van wat in de buitenwereld je kunt waarnemen. Dat we niks kunnen zien, komt ook door de eigenschappen van kegeltjes en staafjes.

In het donker kijken we met onze staafjes

Zoals gezegd, kegeltjes geven ons weinig input als het donker wordt (en er dus weinig licht is). Wat we zien als het donker is, zien we vooral met de staafjes in de periferie van het netvlies. Deze staafjes hebben, omdat ze zo lichtgevoelig zijn, de eigenschap dat ze snel uitgeput raken als ze continue worden belicht: je ziet er dan even niks mee.

Overdag, als we gebruik maken van fotopisch zicht, werkt dit fenomeen ook. Dit merken we alleen als we van een goed verlichte ruimte naar een donkere ruimte gaan, bijvoorbeeld van de buitenwereld in een bioscoopzaal. Je ziet dan even niks.

’s Nachts, als we gebruik maken van scoptopisch zicht, ervaar je dit effect veel vaker omdat iedere omgeving in principe donker is, behalve als je het verlicht (en dan verblind je dus je staafjes).

Als je dus uit een goed verlichte omgeving in een donkere omgeving stapt, zie je (tijdelijk) niks.

Staafjes zijn ongevoelig voor rood licht

Gelukkig is er één eigenschap van staafjes die er voor zorgt dat we toch de omgeving kunnen verlichten zodat we detail kunnen zien (met onze kegeltjes) en tegelijkertijd kunnen kijken in een donkere omgeving (met onze staafjes). Staafjes zijn namelijk ongevoelig voor licht met ‘langere golflengtes’, namelijk rood licht. Je ziet dit terug doordat rode objecten ’s nachts erg zwart lijken (dit heet ook wel het Purkinje-effect).

Verlicht de brug met rood licht

Door de brug van een boot met rood licht te verlichten geef je de kegeltjes in de fovea genoeg licht om detail te kunnen onderscheiden. Hierdoor kan de bemanning in een boot kaarten lezen en nauwkeurig de radar in de gaten houden. Doordat de staafjes niet gevoelig zijn voor het rode licht, worden deze niet uitgeput en kunnen deze in een donkere omgeving nog steeds ‘werken’. Hierdoor blijft het mogelijk voor de andere bemanning om in de donkere omgeving te speuren naar donkere vlekken of kleine lichtjes.