Jak działa wizja

Chociaż oko jest małego rozmiaru, jest bardzo złożonym organem. flashfilm / Getty Images

To nie przypadek, że główną funkcją słońca w centrum naszego Układu Słonecznego jest dostarczanie światła. Światło napędza życie. Trudno wyobrazić sobie nasz świat i życie bez tego.

Odczuwanie światła przez żywe istoty jest prawie uniwersalne. Rośliny do wzrostu wykorzystują światło poprzez fotosyntezę. Zwierzęta używają światła do polowania na zdobycz lub wyczuwania i ucieczki przed drapieżnikami.

-Niektórzy twierdzą, że to rozwój widzenia stereoskopowego, wraz z rozwojem dużego ludzkiego mózgu i uwolnieniem rąk od lokomocji, umożliwiły ludziom ewolucję na tak wysoki poziom. W tym artykule omówimy niesamowite wewnętrzne funkcjonowanie ludzkiego oka!

Zawartość

1. Podstawowa anatomia
2. Postrzeganie światła
3. Color Vision
4. Daltonizm
5. Niedobór witaminy A.
6. Refrakcja
7. Normalne widzenie
8. Błędy refrakcji
9. Astygmatyzm
10. Percepcja głębi
11. Ślepota

Chociaż oko jest małego rozmiaru, jest bardzo złożonym organem. Oko ma około 1 cala (2,54 cm) szerokości, 1 cal głębokości i 0,9 cala (2,3 cm) wysokości.

Twarda, najbardziej zewnętrzna warstwa oka to tzw twardówka. Utrzymuje kształt oka. Przednia szósta część tej warstwy jest przezroczysta i nosi nazwę rogówka. Po wejściu do oka całe światło musi najpierw przejść przez rogówkę. Do twardówki przyczepione są mięśnie poruszające okiem, zwane mięśnie zewnątrzgałkowe.

Plik naczyniówkowa (lub przewód błony naczyniowej oka) to druga warstwa oka. Zawiera naczynia krwionośne, które dostarczają krew do struktur oka. Przednia część naczyniówki zawiera dwie struktury:

• Plik rzęskowe ciało - Ciało rzęskowe to obszar mięśniowy przymocowany do soczewki. Kurczy się i rozluźnia, aby kontrolować rozmiar soczewki do ustawiania ostrości.
• Plik irys - Tęczówka to kolorowa część oka. Kolor tęczówki zależy od koloru tkanki łącznej i komórek pigmentowych. Mniej pigmentu powoduje, że oczy są niebieskie; więcej pigmentu sprawia, że ​​oczy są brązowe. Tęczówka jest regulowaną przysłoną wokół otworu zwanego uczeń.

Tęczówka ma dwa mięśnie: rozszerzacz mięsień powoduje, że tęczówka jest mniejsza, a tym samym źrenica większa, wpuszczając więcej światła do oka; the zwieracz mięsień powiększa tęczówkę, a źrenicę mniejszą, wpuszczając mniej światła do oka. Rozmiar źrenicy może zmieniać się od 2 milimetrów do 8 milimetrów. Oznacza to, że zmieniając rozmiar źrenicy, oko może zmienić ilość światła, które do niego wpada, 30 razy.

Najbardziej wewnętrzna warstwa to Siatkówka oka -- czuła na światło część oka. Zawiera pręciki, które są odpowiedzialne za widzenie w słabym świetle i komórki stożkowe, które są odpowiedzialne za widzenie kolorów i szczegóły. W tylnej części oka, pośrodku siatkówki, znajduje się plama. W środku plamki znajduje się obszar zwany fovea centralis. Ten obszar zawiera tylko pachołki i jest odpowiedzialny za wyraźne widzenie drobnych szczegółów.

Siatkówka zawiera substancję chemiczną o nazwie rodopsyna, lub „wizualny fiolet”. Jest to substancja chemiczna, która przekształca światło w impulsy elektryczne, które mózg interpretuje jako wizję. Włókna nerwowe siatkówki zbierają się w tylnej części oka i tworzą nerw wzrokowy, który przewodzi impulsy elektryczne do mózgu. Miejsce, w którym nerw wzrokowy i naczynia krwionośne wychodzą z siatkówki, nazywa się dysk optyczny. Ten obszar jest martwym punktem na siatkówce, ponieważ w tym miejscu nie ma pręcików ani czopków. Jednak nie jesteś świadomy tego martwego punktu, ponieważ każde oko zasłania martwe pole drugiego oka.

Kiedy lekarz patrzy w tył oka przez oftalmoskop, oto widok:

Wewnątrz gałki ocznej znajdują się dwie wypełnione płynem części oddzielone soczewką. Większa, tylna część zawiera przezroczysty, żelopodobny materiał tzw ciało szkliste. Mniejsza, przednia część zawiera przejrzysty, wodnisty materiał tzw wodnisty humor. Ciecz wodnista jest podzielona na dwie sekcje zwane komorą przednią (przed tęczówką) i komorą tylną (za tęczówką). Ciało rzęskowe wytwarzane jest w postaci cieczy wodnistej i jest odprowadzane przez kanał Schlemma. Kiedy ten drenaż jest zablokowany, pojawia się choroba jaskra może powodować.

Plik obiektyw jest wyraźną, dwuwypukłą strukturą o średnicy około 10 mm (0,4 cala). Soczewka zmienia kształt, ponieważ jest przyczepiona do mięśni ciała rzęskowego. Soczewka służy do precyzyjnego dostrojenia widzenia.

Wewnętrzną powierzchnię powiek i twardówki pokrywa błona śluzowa zwana spojówka, co pomaga utrzymać wilgotność oka. Nazywa się infekcją tego obszaru zapalenie spojówek (zwane także różowym okiem).

Oko jest wyjątkowe, ponieważ może poruszać się w wielu kierunkach, aby zmaksymalizować pole widzenia, ale jest chronione przed urazami przez kostną jamę zwaną jama oczodołowa. Oko osadzone jest w tłuszczu, co zapewnia pewną amortyzację. Powieki chronią oko mruganiem. Dzięki temu powierzchnia oka jest nawilżona, rozlewając łzy po oczach. Rzęsy i brwi chronią oko przed cząstkami, które mogą je uszkodzić.

Łzy są produkowane w gruczoły łzowe, które znajdują się nad zewnętrznym segmentem każdego oka. W końcu łzy spływają do wewnętrznego kącika oka, do worka łzowego, a następnie przez przewód nosowy i do nosa. Dlatego kiedy płaczesz, cieknie ci nos.

Do twardówki przyczepionych jest sześć mięśni, które kontrolują ruchy oka. Są one pokazane tutaj:

Pierwotne mięśnie i funkcje:

• Przyśrodkowy odcinek prosty: przesuwa oko w kierunku nosa
• Prosty boczny: odsuwa oko od nosa
• Superior rectus: unosi oko
• Dolny prosty: obniża oko
• Superior skośne obraca oko
• Dolne skośne obraca oko

W następnej sekcji dowiesz się, jak oko postrzega światło.

Kiedy światło wpada do oka, najpierw przechodzi przez rogówkę, następnie ciecz wodnistą, soczewkę i ciecz szklistą. Ostatecznie dociera do Siatkówka oka, która jest światłoczułą strukturą oka. Siatkówka zawiera dwa rodzaje komórek, zwane pręcikami i czopkami. Wędki radzić sobie z widzeniem w słabym świetle i szyszki obsługuje widzenie kolorów i szczegóły. Kiedy światło styka się z tymi dwoma typami komórek, zachodzi seria złożonych reakcji chemicznych. Powstająca substancja chemiczna (aktywowana rodopsyna) wytwarza impulsy elektryczne w nerwie wzrokowym. Ogólnie rzecz biorąc, zewnętrzny segment prętów jest długi i cienki, podczas gdy zewnętrzny segment stożków jest bardziej, dobrze, stożkowaty. Poniżej przykład pręta i stożka:

Zewnętrzny segment pręta lub stożka zawiera światłoczułe chemikalia. W prętach ta substancja chemiczna nazywa się rodopsyna; w stożkach nazywane są te chemikalia kolorowe pigmenty. Siatkówka zawiera 100 milionów pręcików i 7 milionów czopków. Siatkówka otoczona jest czarnym pigmentem tzw melanina -- tak jak wnętrze aparatu jest czarne - aby zmniejszyć ilość odbić. Siatkówka ma centralny obszar zwany plama, który zawiera wysokie stężenie tylko stożków. Ten obszar odpowiada za ostry, szczegółowy obraz.

Kiedy światło wpada do oka, wchodzi w kontakt z fotoczułą rodopsyną chemiczną (zwaną również wizualny fioletowy). Rodopsyna to mieszanka białka zwanego scotopsin i 11-cis-siatkówkowy -- ta ostatnia pochodzi z witaminy A (dlatego brak witaminy A powoduje problemy ze wzrokiem). Rodopsyna rozkłada się, gdy jest wystawiona na działanie światła, ponieważ światło powoduje fizyczną zmianę w 11-cis-retinalnej części rodopsyny, zmieniając ją w siatkówka całkowicie trans. Ta pierwsza reakcja zajmuje tylko kilka bilionowych części sekundy. 11-cis-retinal jest cząsteczką skośną, podczas gdy retinal all-trans jest cząsteczką prostą. To sprawia, że ​​substancja chemiczna jest niestabilna. Rodopsyna rozpada się na kilka związków pośrednich, ale ostatecznie (w mniej niż sekundę) tworzy metarhodopsin II (aktywowana rodopsyna). Ta substancja chemiczna powoduje impulsy elektryczne, które są przekazywane do mózgu i interpretowane jako światło. Oto diagram reakcji chemicznej, którą właśnie omówiliśmy:

Aktywowana rodopsyna wytwarza impulsy elektryczne w następujący sposób:

1. Błona komórkowa (warstwa zewnętrzna) pręcika ma ładunek elektryczny. Kiedy światło aktywuje rodopsynę, powoduje zmniejszenie cyklicznego GMP, co powoduje wzrost tego ładunku elektrycznego. To wytwarza prąd elektryczny wzdłuż ogniwa. Gdy wykryje się więcej światła, aktywuje się więcej rodopsyny i wytwarza się więcej prądu elektrycznego.
2. Ten impuls elektryczny ostatecznie dociera do komórki zwojowej, a następnie do nerwu wzrokowego.
3. Nerwy docierają do przepaści wzrokowej, gdzie włókna nerwowe z wewnętrznej połowy każdej siatkówki przechodzą na drugą stronę mózgu, ale włókna nerwowe z zewnętrznej połowy siatkówki pozostają po tej samej stronie mózgu.
4. Włókna te ostatecznie docierają do tylnej części mózgu (płat potyliczny). To jest miejsce, w którym wizja jest interpretowana i nazywana pierwotna kora wzrokowa. Niektóre włókna wzrokowe trafiają do innych części mózgu, aby pomóc kontrolować ruchy oczu, reakcję źrenic i tęczówki oraz zachowanie.

Ostatecznie rodopsyna musi zostać ponownie utworzona, aby proces mógł się powtórzyć. Retinal all-trans przekształca się w 11-cis-retinal, który następnie rekombinuje ze scotopsyną, tworząc rodopsynę, aby ponownie rozpocząć proces po wystawieniu na działanie światła.

Nazywa się reagujące na kolor substancje chemiczne w czopkach pigmenty stożkowe i są bardzo podobne do chemikaliów w prętach. Część substancji chemicznej w siatkówce jest taka sama, jednak scotopsyna jest zastępowana fotopsynami. Dlatego pigmenty reagujące na kolor są wykonane z siatkówki i fotopsyn. Istnieją trzy rodzaje pigmentów wrażliwych na kolor:

• Pigment wrażliwy na czerwień
• Pigment wrażliwy na zieleń
• Pigment wrażliwy na niebieski

Każda komórka stożkowa ma jeden z tych pigmentów, dzięki czemu jest wrażliwa na ten kolor. Ludzkie oko może wyczuć prawie każdą gradację kolorów, gdy zmieszane są czerwone, zielone i niebieskie.

Na powyższym schemacie pokazano długości fal trzech typów czopków (czerwonego, zielonego i niebieskiego). Plik szczyt absorbancji pigmentu wrażliwego na kolor niebieski wynosi 445 nanometrów, dla pigmentu wrażliwego na kolor zielony 535 nanometrów, a dla pigmentu wrażliwego na czerwony 570 nanometrów.

Ślepota barw to niezdolność do rozróżniania różnych kolorów. Najczęstszym typem jest ślepota na kolor czerwono-zielony. Dzieje się tak u 8 procent mężczyzn i 0,4 procent kobiet. Występuje, gdy czerwone lub zielone stożki nie są obecne lub nie działają prawidłowo. Osoby z tym problemem nie są całkowicie w stanie zobaczyć czerwonego lub zielonego, ale często mylą te dwa kolory.

To jest dziedziczne zaburzenie i częściej dotyka mężczyzn, ponieważ zdolność widzenia kolorów znajduje się na Chromosom X.. (Kobiety mają dwa chromosomy X, więc prawdopodobieństwo odziedziczenia co najmniej jednego chromosomu X przy normalnym widzeniu kolorów jest wysokie; mężczyźni mają tylko jeden chromosom X do pracy. Kliknij tutaj, aby uzyskać więcej informacji na temat chromosomów). Niemożność zobaczenia jakiegokolwiek koloru lub zobaczenie tylko w różnych odcieniach szarości jest bardzo rzadkie.

Aby uzyskać więcej informacji na temat ślepoty barw, kliknij tutaj.

Wtedy występuje poważny niedobór witaminy A. nocna ślepota występuje.

Witamina A jest niezbędna do formowania siatkówka, który jest częścią cząsteczki rodopsyny. Kiedy poziom cząsteczek wrażliwych na światło jest niski z powodu niedoboru witaminy A, w nocy może być za mało światła, aby umożliwić widzenie. W ciągu dnia stymulacja świetlna jest wystarczająca, aby wywołać widzenie pomimo niskiego poziomu siatkówki.

Kiedy promienie świetlne docierają do skośnej powierzchni innego materiału, powoduje to zginanie promieni. To się nazywa refrakcja. Kiedy światło dociera do soczewki wypukłej, promienie światła zginają się w kierunku środka:

Kiedy promienie światła docierają do wklęsłej soczewki, promienie światła odchylają się od środka:

Oko ma wiele kątowanych powierzchni, które powodują załamanie światła. To są:

• Interfejs między powietrzem a przednią częścią rogówki
• Interfejs między tylną częścią rogówki a cieczą wodnistą
• Styk między cieczą wodnistą a przednią częścią soczewki
• Interfejs między tylną częścią soczewki a ciałem szklistym

Kiedy wszystko działa poprawnie, światło przechodzi przez te cztery interfejsy i dociera do siatkówki w idealnym skupieniu.

Wizja lub ostrość widzenia jest testowany przez odczytanie wykresu oka Snellena z odległości 20 stóp. Patrząc na wielu ludzi, okuliści zdecydowali, co „normalny” człowiek powinien widzieć, stojąc 20 stóp od karty oka. Jeśli masz wzrok 20/20, oznacza to, że stojąc 20 stóp od mapy, możesz zobaczyć, co widzi „normalny” człowiek. (W metryce standard to 6 metrów i nazywa się 6/6 wizją). Innymi słowy, jeśli masz wizję 20/20, Twój wzrok jest „normalny” - większość ludzi w populacji widzi to, co widzisz z odległości 20 stóp.

Jeśli masz wizję 20/40, oznacza to, że kiedy stoisz 20 stóp od mapy, możesz zobaczyć tylko to, co normalny człowiek może zobaczyć, stojąc 40 stóp od mapy. Oznacza to, że jeśli istnieje „normalna” osoba stojąca 40 stóp od mapy, a ty stoisz tylko 20 stóp od mapy, ty i normalna osoba możecie zobaczyć te same szczegóły. 20/100 oznacza, że ​​kiedy stoisz 20 stóp od mapy, możesz zobaczyć tylko to, co widzi normalna osoba stojąca 100 stóp dalej. 20/200 to ograniczenie dla ślepoty prawnej w Stanach Zjednoczonych.

Możesz także mieć wizję lepszą niż norma. Osoba o wzroku 20/10 widzi z odległości 20 stóp to, co normalna osoba widzi stojąc 10 stóp od mapy.

Jastrzębie, sowy i inne ptaki drapieżne mają znacznie ostrzejszy wzrok niż ludzie. Jastrząb ma znacznie mniejsze oko niż człowiek, ale ma wiele czujników (czopków) upakowanych w tej przestrzeni. Daje to wizję jastrzębia, która jest ośmiokrotnie ostrzejsza niż ludzka. Jastrząb może mieć wizję 20/2!

Zwykle oko może skupić obraz dokładnie na siatkówce:

Krótkowzroczność i dalekowzroczność występują, gdy ogniskowanie nie jest doskonałe.

Kiedy krótkowzroczność (krótkowzroczność) jest obecny, osoba jest w stanie dobrze widzieć obiekty w pobliżu i ma trudności z widzeniem obiektów, które są daleko. Promienie świetlne skupiają się przed siatkówką. Jest to spowodowane zbyt długą gałką oczną lub systemem soczewek, który ma zbyt dużą moc, aby ustawić ostrość. Krótkowzroczność jest korygowana za pomocą soczewka wklęsła. Ta soczewka powoduje lekkie rozchodzenie się światła, zanim dotrze do oka, jak widać tutaj:

Kiedy dalekowzroczność (nadwzroczność), osoba jest w stanie dobrze widzieć odległe obiekty i ma trudności z widzeniem obiektów znajdujących się w pobliżu. Promienie świetlne skupiają się za siatkówką. Jest to spowodowane zbyt krótką gałką oczną lub systemem soczewek, który ma zbyt małą siłę ogniskowania. Jest to poprawiane za pomocą soczewka wypukła, jak widać tutaj:

Zobacz, jak działają problemy z refrakcją i jak działają soczewki korekcyjne, aby uzyskać szczegółowe informacje.

Astygmatyzm to nierówna krzywizna rogówki i powoduje zniekształcenie widzenia. Aby to naprawić, soczewka jest ukształtowana tak, aby korygować nierówności.

Dlaczego wzrok pogarsza się wraz z wiekiem?

Wraz z wiekiem soczewka staje się mniej elastyczny. Traci zdolność do zmiany kształtu. To się nazywa dalekowzroczność starcza i jest bardziej zauważalne, gdy próbujemy zobaczyć rzeczy z bliska, ponieważ ciało rzęskowe musi się kurczyć, aby soczewka była grubsza. Utrata elastyczności zapobiega pogrubieniu soczewki. W efekcie tracimy zdolność skupiania się na bliskich obiektach.

Początkowo ludzie zaczynają trzymać rzeczy dalej, aby zobaczyć je w centrum uwagi. Zwykle staje się to zauważalne, gdy osiągamy wiek po czterdziestce. Ostatecznie soczewka nie może się poruszać i staje się mniej lub bardziej trwale skupiona na ustalonej odległości (która jest różna dla każdej osoby).

Aby to poprawić, dwuogniskowe są wymagane. Okulary dwuogniskowe to połączenie dolnej soczewki do bliskiego widzenia (czytania) i górnej soczewki do dali.

Oko używa trzech metod określania odległości:

• Rozmiar znanego obiektu na siatkówce - Jeśli masz wiedzę na temat wielkości obiektu z poprzedniego doświadczenia, twój mózg może ocenić odległość na podstawie rozmiaru obiektu na siatkówce.
• Ruchoma paralaksa - Kiedy poruszasz głową z boku na bok, obiekty, które są blisko ciebie, szybko przesuwają się po siatkówce. Jednak obiekty, które są daleko, poruszają się bardzo mało. W ten sposób Twój mózg może z grubsza określić, jak daleko coś jest od Ciebie.
• Widzenie stereo - Każde oko otrzymuje inny obraz obiektu na siatkówce, ponieważ każde oko jest oddalone od siebie o około 2 cale. Jest to szczególnie ważne, gdy obiekt znajduje się blisko oczu. Jest to mniej przydatne, gdy obiekty są daleko, ponieważ obrazy na siatkówce stają się bardziej identyczne, im dalej znajdują się od twoich oczu.

Prawna ślepota jest zwykle definiowana jako ostrość wzroku mniej niż 20/200 z soczewkami korekcyjnymi. Teraz, gdy nauczyłeś się trochę anatomii oka i tego, jak ono działa, łatwiej jest zrozumieć, w jaki sposób następujące warunki mogą prowadzić do ślepoty:

• Zaćma - jest to zmętnienie soczewki, które blokuje dostęp światła do siatkówki. Z wiekiem występuje częściej, ale dzieci mogą rodzić się z zaćmą. Gdy się pogarsza, może wymagać operacji usunięcia soczewki i umieszczenia soczewki wewnątrzgałkowej.
• Jaskra - jeśli ciecz wodnista nie wypływa prawidłowo, w oku wzrasta ciśnienie. Powoduje to obumieranie komórek i włókien nerwowych w tylnej części oka. Można to leczyć za pomocą leków i operacji.
• Retinopatia cukrzycowa - U osób z cukrzycą może dojść do zablokowania naczyń krwionośnych, wycieku naczyń krwionośnych i blizn, które mogą prowadzić do ślepoty. Można to leczyć chirurgią laserową.
• Zwyrodnienie plamki żółtej - U niektórych osób plamka (która jest odpowiedzialna za drobne szczegóły w centrum widzenia) może się pogorszyć z wiekiem z nieznanych przyczyn. Powoduje to utratę widzenia centralnego. Czasami można temu pomóc, wykonując operację laserową.
• Uraz - Bezpośredni uraz lub obrażenia chemiczne mogą spowodować uszkodzenie oczu na tyle, że uniemożliwi to prawidłowe widzenie.
• Barwnikowe zwyrodnienie siatkówki - Jest to choroba dziedziczna, która powoduje degenerację siatkówki i nadmiar pigmentu. Najpierw powoduje ślepotę nocną, a następnie widzenie tunelowe, które często stopniowo prowadzi do całkowitej ślepoty. Nie ma znanego leczenia.
• Trachoma - Jest to infekcja wywołana przez organizm zwany Chlamydia trachomatis. Jest to powszechna przyczyna ślepoty na całym świecie, ale rzadko występuje w Stanach Zjednoczonych. Można go leczyć antybiotykami.

Istnieje wiele innych przyczyn ślepoty, takich jak niedobór witaminy A, guzy, udary, choroby neurologiczne, inne infekcje, choroby dziedziczne i toksyny. Aby uzyskać więcej informacji, sprawdź linki na następnej stronie.

Powiązane artykuły

• Jak działają problemy z refrakcją wzroku
• Jak działają soczewki korekcyjne
• Jak działa daltonizm
• Dlaczego ludzie mają czerwone oczy na niektórych zdjęciach z lampą błyskową?
• Dlaczego przyzwyczajenie się do ciemności zajmuje mi kilka minut?
• Will czytać w słabym świetle raził mnie w oczy?
• Jak działają psy przewodniki

Więcej świetnych linków!

• Zasoby oka w Internecie
• National Institutes of Health: National Eye Institute
• Galeria iluzji
• UC Davis: Neurological Eye Simulator

o autorze

Carl Bianco, MD, jest lekarzem medycyny ratunkowej praktykującym w Dorchester General Hospital w Cambridge w stanie Maryland. Dr Bianco uczęszczał do szkoły medycznej w Georgetown University School of Medicine i uzyskał tytuł licencjata na Uniwersytecie Georgetown na kierunkach pielęgniarstwo i pre-med. Odbył staż i rezydenturę z medycyny ratunkowej w Akron City Hospital w Akron w stanie Ohio.

Dr Bianco mieszka w pobliżu Baltimore z żoną i dwójką dzieci.